WO2013110509A2 - Electrical energy store - Google Patents

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WO2013110509A2
WO2013110509A2 PCT/EP2013/050476 EP2013050476W WO2013110509A2 WO 2013110509 A2 WO2013110509 A2 WO 2013110509A2 EP 2013050476 W EP2013050476 W EP 2013050476W WO 2013110509 A2 WO2013110509 A2 WO 2013110509A2
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electrical energy
plate
air
energy store
electrode
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Horst Greiner
Wolfgang Drenckhahn
Johann Rothfischer
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M12/00—Hybrid cells; Manufacture thereof
    • H01M12/08—Hybrid cells; Manufacture thereof composed of a half-cell of a fuel-cell type and a half-cell of the secondary-cell type
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • ROB Rechargeable Battery oxides
  • ROBs are usually operated at temperatures between 600 ° C and 800 ° C, in this case oxygen, which is supplied to an air ⁇ electrode of the electric cell, converted into oxygen erstoffionen, transported by a solid electrolyte and brought to the opposite storage electrode. There, a redox reaction takes place, which receives or generates electrical current depending on the charging or discharging process.
  • the object of the invention is therefore to provide an electrical energy storage based on a ROB, which ensures over the prior art, a cost-effective, easy to assemble mounting and temperature-resistant structure of a stack or a memory cell.
  • the solution of the problem consists in an electrical energy storage according to the preamble of claim 1.
  • the electrical energy storage device according to claim 1 comprises a stack, so a stack of a plurality of memory cells, each memory cell having at least two housing plates.
  • a first housing plate comprises a memory cell an air feed.
  • a second housing plate of the memory cell ⁇ comprises a receptacle for a storage medium.
  • the energy store is characterized in that the second hous ⁇ plate of a first memory cell, so the housing plate with the receptacle for the storage medium, as well as the first Ge ⁇ housing plate (with the air supply) of a second memory cell in the form of a single integrated component are shown ,
  • the representation of two different housing plates of two adjacent cells in an integrated component which is thus designed in one piece, will cause the cell h ⁇ len are virtually back to back, the installation effort is thereby significantly reduced.
  • the integrated component is designed plate-shaped and one side of the integrated component ⁇ the first housing plate with the Heilzu ⁇ management (hereinafter called air supply side) of the second memory cell.
  • the other side of the integrated component is designed plate-shaped and one side of the integrated component ⁇ the first housing plate with the Heilzu ⁇ management (hereinafter called air supply side) of the second memory cell.
  • the other side of the integrated component is designed plate-shaped and one side of the integrated component ⁇ the first housing plate with the Heilzu ⁇ management (hereinafter called air supply side) of the second memory cell.
  • Component (the side in which the storage medium is deposited, hereinafter referred to as the memory side) in turn forms the second housing plate of the first memory cell.
  • the memory side the side in which the storage medium is deposited, hereinafter referred to as the memory side
  • the embodiment of the receptacle for the storage medium in the form of depressions which are at least 2 mm deep, offers an advantage over alternative Ausgestal ⁇ tion forms, as a larger storage medium can be introduced into the recess which these wells for the Storage medium is covered by an electrode support structure, which is also sealed from the environment.
  • At least one channel is introduced in the form of a recess which is connected via a bore with an air supply device of the stack.
  • the entire stack is thus supplied via a separate air supply with air, which is passed through fine holes in the channels, which leads the air as a process gas to the corresponding Elekt ⁇ rode, namely an air electrode or a positive Elekt ⁇ rode.
  • an electrode structure is provided, the recording of the storage medium preferably planar covering Compared to the wells of the storage side of the cell are beauts, wherein intended oxygen ions can migrate through the electrode structure for storage of the cell.
  • the water vapor present in the storage side should ideally remain there, however.
  • the electrode structure in this case has a positive electrode (air electrode), a solid electrolyte and a ne gative ⁇ electrode (storage electrode), which are preferably planar are stacked on top of each other and carried over a likewise planar substrate or a substrate structure.
  • the substrate structure on the side of the negative electrode that is the storage electrode is mounted and is in planar connection with this.
  • the at least one channel on the Lucaszu ⁇ driving side in direct contact with the positive electrode, ie the air electrode.
  • a further embodiment of the invention consists in an electrical energy store according to claim 12, wherein in this case a stack, that is to say a stack of individual cells, is configured in a layered manner with a following sequence.
  • First be ⁇ is a base plate with an air supply for the first memory cell.
  • This base plate thus forms the Luftzugot ⁇ side of the first memory cell.
  • Base plate, the electrode structure and the memory side of the integrated component thus form the essential components of the first memory cell. This is followed by a second one
  • Memory cell which is placed on the Lucaszu Bigseite by the remindsei ⁇ te of the integrated component, it follows in turn an electrode structure and a cover plate, which forms the memory side of the second cell.
  • the electrode structure is inserted so that each of the positive electrodes faces the air supply side and the negative electrode faces the storage side.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the mode of operation of an ROB
  • FIG. 2 shows an exploded view for constructing a stack in an ROB
  • FIG. 3 the exploded view from FIG. 2 with opposite viewing direction, FIG.
  • FIG. 4 shows a layer structure for a detailed illustration of a memory cell
  • FIG. 5 shows an integrated component with a view of the air supply side
  • Figure 6 is an integrated component with a view of the memory ⁇ page 7 shows a cross-sectional view of the integrated component
  • FIG. 8 is a plan view of a base plate with air and water supply device
  • FIG. 9 shows an alternative embodiment of the base plate according to FIG. 8,
  • Figure 10 is a cover plate
  • FIGS 11-16 different flow directions of the air supply.
  • a common structure of the ROB is that via a positive electrode, a process gas, in particular air is introduced via a gas supply 28, wherein oxygen is extracted from the air.
  • the positive electrode is hereinafter referred to as an air electrode.
  • the oxygen passes in the form of oxygen ions (0 2 ⁇ ) through a, applied to the positive electrode solid electrolyte 36 to a negative
  • Electrode 38 At the negative electrode is a Speicherme ⁇ dium in the form of a porous material, which was according to Charzu ⁇ (charging / discharging) is present in elemental form or in oxide form, arranged, which is a functional res acting oxidizable material, particularly a Metal, for example iron, contains.
  • the negative electrode is also referred to as a storage electrode, which term will be used hereinafter.
  • a gaseous redox couple for example H 2 / H 2 O
  • the oxygen ions transported through the solid electrolyte are transported or withdrawn through pore channels of a porous body, which serves as storage medium, to the oxidizable material, ie the metal .
  • the metal or metal oxide is oxidized or redu ⁇ sheet and required for this oxygen through the gasför ⁇ -shaped redox couple H 2 -H 2 O supplied, or to the solid state electric ⁇ LYTEN transported back (this mechanism is referred to as shutter mechanism).
  • the visible with respect to the base plate 42 side of the electric storage cell 4 is referred to as the air guide side 18.
  • the base plate 42 has a flat surface 50 on which a seal 46 is placed.
  • the seal 46 consists for example of a glass sheet having the required sealing properties at the ent ⁇ speaking temperatures between 600 ° C and 800 ° C.
  • an electrode structure 22 is placed, in which case the positive electrode 34 points down to the channels 24.
  • An integrated component 16 also referred to as interconnector plate, this term being used hereinafter
  • the interconnector plate 16 again has an air supply side 18 on the rear side, which is analogous to the air supply side
  • the air distribution plate 48 has recesses 56 or 56 ', which serve for the inlet (56) or outlet (56') of the air serving as process gas. Further, the partition plate 48 shipsver ⁇ recesses 58 and 58 ', the What can be ⁇ serdampf conducted into the stack 2, and through which the steam is distributed in the stack. Both the depressions 56, 56 'and the depressions 58, 58' have bores 60 and 62, respectively, which serve to supply the operating medium. The operating medium used in particular the air or the water ⁇ steam or a purge gas.
  • the air which is introduced adjusted via the recesses 56 in the stack thus flows through the recesses 64 in Randbe ⁇ reaching the bottom plate 44 upward.
  • These recesses 64 for air supply have bores 26, which can be seen in the perspective view of Figure 2 and in more detail in Figures 5 and 7. These bores 26 serve to bring the air into channels 24 which are in communication with the air electrode 34.
  • the air is thus diverted from the recesses 64 in the holes 26 and are thus supplied to the corresponding air electrode 34.
  • the described flow direction of the air is merely an exemplary example. Basically, the air can also be directed in the opposite direction. It is also possible through the described air distribution ⁇ plate without considerable technical effort and while maintaining the fundamentally advantageous stack structure with its relatively simple installation to generate a different Luftvertei ⁇ ment, if this should be necessary for thermal reasons.
  • This crossflow can, for example, as shown in Figures 11 to 13, run.
  • one speaks of a direct current when the recesses 13 and the channels 24 as shown in Figure 14, would run parallel on the interconnector plate 16.
  • Figures 15 and 16 a meandering course of the air flow is described, which may be performed in cocurrent or countercurrent.
  • the different flow patterns presuppose corresponding adaptations of the components of the steam supply device and the air supply device 28, which are not explicitly shown in FIGS. 11 to 16.
  • the interconnector plate 16 (or the integrated component 16) is applied, which also from ⁇ savings 64, 64 'which form an air channel with the recesses 64 of the bottom plate 44. Since the air duct according to FIGS.
  • This air duct continues through the interconnector plate also passes through a seal 46, which as well as the bottom plate 44 and the interconnector plate 16 which each have con ⁇ congruent recesses 47 through which the air or water vapor can flow and which also with the air duct form.
  • FIGS. 2 and 3 only one interconnector plate 16 is shown, onto which a so-called cover plate 42 now follows.
  • the cover plate 42 in turn has recesses 66 for the air supply device.
  • the depressions 66 in the cover plate 42 likewise have bores 26 which lead into channels 24, which likewise communicate with the air electrode 34 of an electrical energy storage cell 4, 4 '.
  • the air channel of the stack 2 is thus constructed in such a way that the air flows past the individual memory cells 4 and is branched off through the bores 26 to the respective air electrodes 34 of the individual cells 4.
  • the air is redirected accordingly and by depressions 64 ', which are arranged in this embodiment in the middle of the respective plate so the bottom plate 44, the cover plate 42 or the interconnector plate 16, and in turn form an air ⁇ channel, back directed to the air distribution plate 48.
  • these depressions and this air channel are in connection with the recess 56 'in the air distribution plate and the air is discharged from the stack again via the bore 60'.
  • the depressions 56 therefore serve to supply the air which is introduced into the stack to the individual air ducts and furthermore to the individual storage cells, of which there can be several per stack level (according to the example in FIG. 3 and FIG. 4, there are four storage cells per level).
  • the depression 56 ' serves to collect the air which has been returned from the air ducts and, if appropriate, to discharge it again from the stack.
  • the air from the depression 56 ' can also be recirculated at least partially to the circulation.
  • the entire system for air supply therefore comprises the holes 60, 60 ', the recesses 56, 56', the bores 26 to the channels 24, the recesses 64, 64 'and the recesses 66, 66' together the unnamed air ducts form.
  • This entire system is referred to as air supply device 28.
  • manifold is also used here.
  • Analogous to the just described air supply device 28 will now be discussed on the water vapor supply device 70.
  • Figure 3 should be noted, which in turn is based on the air distribution plate 48, which also has recesses 60, through the stanchions 62, 62 'water vapor or a purge gas can be introduced into the stack.
  • This steam is passed through the recesses 60 in recesses 65 of the bottom plate 44 and the interconnector plate 16. These recesses 65 in turn form an unspecified channel to the water vapor line, a steam channel.
  • the What ⁇ serdampf does not flow as the air in the air passage but the ⁇ What serdampf is preferably stationary front with a pressure of for example 20 mbar relative to ambient pressure.
  • the task of the water vapor channel or of the entire water vapor supply device 70 is, in particular, to keep the water vapor pressure for the storage medium 14 as constant as possible. If the water vapor pressure drops, it can be readjusted from the outside by the steam supply device. be liert.
  • the water vapor channels are in particular in direct communication with the recesses 13 on the memory side 20 of the interconnector plate 16 and with the Speicherme ⁇ dium fourteenth
  • the depressions 58, 58 'in the air distribution plate 48 also serve for distribution onto the steam passages of the stack, which supply each individual storage cell 4 with steam.
  • the special feature of the air distribution plate 48 is that in its ne ⁇ ben the air distribution and the water vapor distribution is integrated, which makes the entire structure of the stack less compli ⁇ edy and simplifies installation.
  • the air distribution plate 48 need not necessarily comprise two or three recesses for the air supply device 28 and water vapor supply device 70, respectively.
  • the air removal from the stack 2 can also take place via a further plate, not shown here, on the opposite side of the air distribution plate 48.
  • the structure described here is very convenient, space-saving and component-saving and very inexpensive to install.
  • FIGS. 8 and 9 the air distribution plate 48 is shown once more in an enlarged view, this being two alternative embodiments of the air distribution plate 48 with the same effect.
  • FIG. 10 shows an enlarged view of the cover plate 42.
  • the water vapor supply device 70 here comprises, in particular, the non-designated water vapor channels formed from the recesses 65 in the bottom plate 44 and the interconnector plate 16 and the depressions 58 and 58 'in the air distribution plate 48 and the holes 62 in the air distribution plate 48th
  • the interconnector plate 16 thus represents in an efficient manner in each case a housing plate of a cell 4 and a second cell 4 '. It has on each side flat surfaces 50 which are suitable for integrally integrated component or by this enclosed cells 4 in a simple and efficiently sealed.
  • each layer of a stack 2 may comprise a plurality of cells 4.
  • the structures for each four memory cells 4 are applied to the bottom plate 42 or the interconnector plate 16 and the cover plate 44.
  • Each layer sequence 54 of bottom plate 44, gasket 46, electrode structure 22 and the interconnector plate 16 thus provides four individual ⁇ ne memory cells 4, 4 '.
  • the stack 2 may of course advantageously include multiple layer sequences 54, 54 'of cells 4 and 4' using a higher number of interconnector plates 16.
  • a number of ten layer sequences 54 of cells 4, 4 'with in each case two to eight cells 4 per layer sequence 54 may be expedient here, taking into account the process-related costs of the distribution of air.
  • FIG. 4 shows a cross-sectional view of a section of a stack 2 in the assembled state, with the individual layers of the electrode structure 22 being shown in more detail here.
  • FIG. 4 shows a highly schematic representation, which is in no way to be considered as true to scale.
  • Broken lines 52 are drawn across the layer structure according to FIG. 4, which are provided on the outside by a curly bracket with the reference symbols 4 and 4 ', these two dashed lines 52, 52' representing the termination of a cell 4 or a layer success 54 ,
  • the dashed lines 50 in this case run transversely through the interconnector plate 16, which, as described, is in each case a component of two successive cells 4, 4 '.
  • the description will now begin from the dashed line 52, it describes a plane which runs parallel to the flat surface 50 through the Intercon ⁇ nectorplatte 16.
  • the channels 24, which are connected via bores 26 with the air supply device 28, not shown in FIG. The air flowing through the passages 24 the air is in direct ⁇ th contact with the air electrode 34 are ionized at the oxygen atoms to oxygen ions, which oxygen ions 0 2 ⁇ migrate through a solid electrolyte 36 to the storage electrode 38.
  • the storage electrode 38 for example of nickel is mixed with the yttrium-reinforced zirconia is placed on a substrate structure 40, which has substantially the same chemical composition as having the storage electrode 38, but with respect ih ⁇ rer porosity and their microstructure from that differs.
  • the substrate structure 40 serves to carry the electrodes 34, 38 or the solid-state electrolyte 36, which have a very thin extension of a few ym. In principle, the substrate structure 40 can also be applied to the air electrode side.
  • the oxygen ions are combined at the porous negative electrode 38 with molecular hydrogen, and oxidized to water.
  • the water diffuses through the pores of the substrate structure 40 for receiving 12 for the storage medium 14.
  • the receptacle 12 for the storage medium 14 is, as shown in more detail in Figure 6, in the form of channel-shaped recesses 13 designed. These recesses 13 have in particular ⁇ a depth of more than 2 mm, preferably about 6-10 mm.
  • pressed pins made of iron or iron oxide are inserted. This iron or iron oxide (depending on the operating state charging or discharging is the oxidized or reduced state before) serves as a storage medium 14.
  • These pressed pins are designed porous, so that the water vapor in all pores and thus reach all surfaces of the storage medium 14 can. Thus prevails in the wells 13 before a steam atmosphere.
  • FIGS. 5-7 show a detailed representation of the interconnector plate 16.
  • the figure 5 shows ei ⁇ NEN view of the air supply side 18 of the interconnector plate 16 which in this embodiment, the air supply is applied for each of four individual memory cells on a plate of the interconnector plate sixteenth
  • the air supply side 18 of the interconnector plate 16 has the individual channels 24, wherein it can be seen that the channels 24 communicate via bores 26 with the entire air supply device 28 of the stack 2.
  • ⁇ form is a single straight running Kanä ⁇ le 24, each having a bore 26 in the entrance and, not shown here, a further bore to the air outlet in have the generally designated air supply device 28.
  • the memory page is to see 20 of the interconnector plate 16, which is disposed on the rear side of the air supply side 18 ge ⁇ Mäss FIG. 4
  • the memory page also has channel-shaped recesses 13, which serve as a receptacle 12 for the storage medium 14, not shown here.
  • the flat sealing surfaces 50 can be seen on the seals 46 are placed and thus seal each side, the air supply side 18 and the Spei ⁇ cherseite 20 against the environment.
  • it is pos ⁇ lich to achieve a high degree of tightness in the wells 13 and thus to ensure a constant content of water vapor in the storage medium.
  • the thermal expansion coefficient of the integrated component ⁇ part is preferably in the vicinity of the expansion coefficient of the substrate structure 40.
  • the coefficient of expansion should te between 12 x 10 ⁇ 6 K -1 - 14 x 10 ⁇ 6 K -1 in particular at

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Abstract

The invention relates to an electrical energy store having a stack (2) which comprises a plurality of storage cells (4), wherein each storage cell (4) has at least two housing panels (6, 8), wherein a first housing panel (6) comprises an air inlet (10) and a second housing panel (8) comprises a receptacle (12) for a storage medium (14), characterized in that the second housing panel (8) of a first storage cell (4) and the first housing panel (6) of a second storage cell (4') are illustrated in the form of an integrated component (16).

Description

Beschreibung description
Elektrischer Energiespeicher Zur Speicherung von überschüssigem elektrischem Strom, der beispielsweise bei der Stromerzeugung durch erneuerbare Ener¬ giequellen oder durch Kraftwerke anfällt, die im Bereich des optimalen Wirkungsgrades betrieben werden und für den temporär kein Bedarf im Netz besteht, werden verschiedene techni- sehe Alternativen angewandt. Eine davon ist die wiederauflad¬ bare Oxidbatterie (Rechargeable Oxide Battery, ROB) . ROBs werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600 °C und 800°C betrieben, hierbei wird Sauerstoff, der an einer Luft¬ elektrode der elektrischen Zelle zugeführt wird, in Sau- erstoffionen umgewandelt, durch einen Festkörperelektrolyten transportiert und zur gegenüberliegenden Speicherelektrode gebracht. Dort findet eine Redoxreaktion statt, die je nach Lade- oder Entladeprozess elektrischen Strom aufnimmt oder erzeugt. Aufgrund der hohen benötigten Temperaturen für die- sen Prozess ist die Werkstoffauswahl für die verwendeten Zel¬ lenwerkstoffe und Konstruktion der Zellenbauteile sowie die Anordnung des Speichermediums sehr komplex. Insbesondere lei¬ den die einzelnen Komponenten nach mehreren Redoxzyklen, die bei den besagten Betriebstemperaturen betrieben werden. Electric energy storage For storing excess electric power, which is obtained for example in the power generation by renewable energy sources ¬ or power plants that are operated in the range of optimum efficiency and temporarily no need for the network, various technical see alternatives are applied. One is the Rechargeable ¬ bare Oxidbatterie (Rechargeable Battery oxides, ROB). ROBs are usually operated at temperatures between 600 ° C and 800 ° C, in this case oxygen, which is supplied to an air ¬ electrode of the electric cell, converted into oxygen erstoffionen, transported by a solid electrolyte and brought to the opposite storage electrode. There, a redox reaction takes place, which receives or generates electrical current depending on the charging or discharging process. Due to the high temperatures required for those sen process, the material selection for the used cell h ¬ lenwerkstoffe and construction of the cell components as well as the arrangement of the storage medium is very complex. In particular, lei ¬ the individual components after several redox cycles, which operate at said operating temperatures.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen elektrischen Energiespeicher auf Basis einer ROB bereitzustellen, der gegenüber dem Stand der Technik einen kostengünstigen, montagetechnisch einfach aufzubauenden und temperaturbeständigen Aufbau eines Stacks bzw. einer Speicherzelle gewährleistet. The object of the invention is therefore to provide an electrical energy storage based on a ROB, which ensures over the prior art, a cost-effective, easy to assemble mounting and temperature-resistant structure of a stack or a memory cell.
Die Lösung der Aufgabe besteht in einem elektrischen Energiespeicher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Der elektrische Energiespeicher nach Anspruch 1 umfasst einen Stack, also einen Stapel aus mehreren Speicherzellen, wobei jede Speicherzelle mindestens zwei Gehäuseplatten aufweist. Hierbei umfasst eine erste Gehäuseplatte einer Speicherzelle eine LuftZuführung . Eine zweite Gehäuseplatte der Speicher¬ zelle umfasst eine Aufnahme für ein Speichermedium. Der Energiespeicher zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Gehäu¬ seplatte einer ersten Speicherzelle, also die Gehäuseplatte mit der Aufnahme für das Speichermedium, so wie die erste Ge¬ häuseplatte (mit der LuftZuführung) einer zweiten Speicherzelle in Form eines einzigen integrierten Bauteils dargestellt sind. Die Darstellung von zwei unterschiedlichen Gehäuseplatten von zwei benachbarten Zellen in einem integrierten Bauteil, das somit einstückig ausgestaltet ist, führt dazu, dass die Zel¬ len praktisch Rücken an Rücken liegen, der Montageaufwand wird dadurch deutlich reduziert. The solution of the problem consists in an electrical energy storage according to the preamble of claim 1. The electrical energy storage device according to claim 1 comprises a stack, so a stack of a plurality of memory cells, each memory cell having at least two housing plates. In this case, a first housing plate comprises a memory cell an air feed. A second housing plate of the memory cell ¬ comprises a receptacle for a storage medium. The energy store is characterized in that the second hous ¬ plate of a first memory cell, so the housing plate with the receptacle for the storage medium, as well as the first Ge ¬ housing plate (with the air supply) of a second memory cell in the form of a single integrated component are shown , The representation of two different housing plates of two adjacent cells in an integrated component which is thus designed in one piece, will cause the cell h ¬ len are virtually back to back, the installation effort is thereby significantly reduced.
Es ist dabei insbesondere vorteilhaft, wenn das integrierte Bauteil plattenförmig ausgestaltet ist und eine Seite des in¬ tegrierten Bauteils die erste Gehäuseplatte mit der Luftzu¬ führung (im Weiteren Luftzuführseite genannt) der zweiten Speicherzelle darstellt. Die andere Seite des integriertenIt is particularly advantageous if the integrated component is designed plate-shaped and one side of the integrated component ¬ the first housing plate with the Luftzu ¬ management (hereinafter called air supply side) of the second memory cell. The other side of the integrated
Bauteils (die Seite, in der das Speichermedium deponiert ist, im Weiteren Speicherseite genannt) bildet wiederum die zweite Gehäuseplatte der ersten Speicherzelle. Hierdurch wird es er¬ möglicht, das plattenförmige integrierte Bauteil beidseitig mit ebenen Dichteflächen zu versehen, was dazu führt, dass sowohl die Speicherseite als auch die Luftzuführungsseite ge¬ genüber der Umgebung abgedichtet werden können. Dies führt insbesondere auch auf der Speicherseite dazu, dass dort eine weitgehend abgeschlossene Wasserdampfatmosphäre vorherrschen kann, was elektrochemisch für den Betrieb der Batterie vorteilhaft ist, worauf noch im Einzelnen eingegangen wird. Component (the side in which the storage medium is deposited, hereinafter referred to as the memory side) in turn forms the second housing plate of the first memory cell. This makes it ¬ it enables to provide the plate-like integrated component on both sides with flat surfaces density, which results in that both the memory page and the air supply side ge ¬ genüber the surroundings may be sealed. This leads in particular also on the memory side to the fact that there can prevail a largely closed steam atmosphere, which is advantageous electrochemically for the operation of the battery, which will be discussed in detail.
Insbesondere die Ausgestaltung der Aufnahme für das Speichermedium in Form von Vertiefungen, die mindestens 2 mm tief sind, bietet einen Vorteil gegenüber alternativen Ausgestal¬ tungsformen, da so ein größeres Speichermedium in die Vertiefung eingebracht werden kann wobei diese Vertiefungen für das Speichermedium durch eine Elektrodentragstruktur bedeckt ist, die gegenüber der Umgebung ebenfalls abgedichtet ist. In particular, the embodiment of the receptacle for the storage medium in the form of depressions, which are at least 2 mm deep, offers an advantage over alternative Ausgestal ¬ tion forms, as a larger storage medium can be introduced into the recess which these wells for the Storage medium is covered by an electrode support structure, which is also sealed from the environment.
Auf der LuftZuführungsseite des integrierten Bauteils bzw. der jeweiligen Speicherzelle ist mindestens ein Kanal in Form einer Vertiefung eingebracht, der über eine Bohrung mit einer Luftzufuhrvorrichtung des Stacks verbunden ist. Der gesamte Stack wird also über eine separate LuftZuführung mit Luft versorgt, die über feine Bohrungen in die Kanäle geleitet wird, die die Luft als Prozessgas an die entsprechende Elekt¬ rode, nämlich an eine Luftelektrode bzw. eine positive Elekt¬ rode führt . On the air supply side of the integrated component or the respective storage cell at least one channel is introduced in the form of a recess which is connected via a bore with an air supply device of the stack. The entire stack is thus supplied via a separate air supply with air, which is passed through fine holes in the channels, which leads the air as a process gas to the corresponding Elekt ¬ rode, namely an air electrode or a positive Elekt ¬ rode.
Diese Bohrungen weisen bezüglich einer Ebene, in der der Ka- nal liegt eine Neigung auf, die zwischen 2° und 25°, bevor¬ zugt zwischen 5° und 15° liegt. Diese Neigung hat produkti¬ onstechnische Vorteile, da bevorzugt mit einer Kammbohrvor¬ richtung mehrere Bohrungen gleichzeitig zur Luftzufuhrvorrichtung eingebracht werden können. Dieser geneigte Verlauf der Bohrungen der produktionstechnisch vorteilhaft ist, lässt sich insbesondere deshalb verwirklichen, da das integrierte Bauteil aufgrund der großen Tiefe der Vertiefungen für das Speichermedium ebenfalls relativ hoch ausgestaltet ist. Bei einem sehr flachen, einteiligen nicht integriertem Bauteil könnten die Bohrungen nicht in dieser vorteilhaften geneigten Form verwirklicht werden. This drilling point with respect to a plane in which the Ka is nal on a slope which is between 2 ° and 25 ° before Trains t ¬ between 5 ° and 15 °. This tendency has produkti ¬ technical advantages, since preferably with a Kammbohrvor ¬ direction several holes can be introduced simultaneously to the air supply device. This inclined course of the bores is advantageous in terms of production, can therefore be realized in particular because the integrated component is also designed to be relatively high due to the large depth of the recesses for the storage medium. In a very flat, one-piece non-integrated component, the holes could not be realized in this advantageous inclined shape.
Im Weiteren ist eine Elektrodenstruktur vorgesehen, die die Aufnahme des Speichermediums bevorzugt planar bedeckt, gegen- über der die Vertiefungen der Speicherseite der Zelle abge¬ dichtet sind, wobei bestimmungsgemäß Sauerstoffionen durch die Elektrodenstruktur zur Speicherseite der Zelle wandern können. Der in der Speicherseite vorliegende Wasserdampf, sollte im Idealfall jedoch dort verbleiben. Furthermore, an electrode structure is provided, the recording of the storage medium preferably planar covering Compared to the wells of the storage side of the cell are abge ¬ seals, wherein intended oxygen ions can migrate through the electrode structure for storage of the cell. The water vapor present in the storage side should ideally remain there, however.
Die Elektrodenstruktur weist dabei eine positive Elektrode auf ( Luftelektrode), einen Feststoffelektrolyten und eine ne¬ gative Elektrode (Speicherelektrode) , die bevorzugt planar aufeinander geschichtet sind und über ein ebenfalls planares Substrat bzw. eine Substratstruktur getragen werden. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Substratstruktur auf der Seite der negativen Elektrode also der Speicherelektrode angebracht und steht mit dieser in flächiger Verbindung. Im Gegenzug dazu steht der mindestens eine Kanal auf der Luftzu¬ fuhrseite im direkten Kontakt mit der positiven Elektrode, also der Luftelektrode. Eine weitere Ausgestaltungsform der Erfindung besteht in einem elektrischen Energiespeicher nach Anspruch 12 wobei hierbei ein Stack, also ein Stapel von Einzelzellen schichtförmig mit einer folgenden Abfolge ausgestaltet ist. Zunächst be¬ steht eine Grundplatte mit einer Luftzufuhr für die erste Speicherzelle. Diese Grundplatte bildet also die Luftzuführ¬ seite der ersten Speicherzelle. Es folgt eine erste Elektro¬ denstruktur und anschließend das integrierte Bauteil. Wobei jeweils in zweckmäßiger Weise zwischen der Luftzufuhrseite der Grundplatte und der Elektrodenstruktur sowie zwischen der Elektrodenstruktur und dem integrierten Bauteil, dort derThe electrode structure in this case has a positive electrode (air electrode), a solid electrolyte and a ne gative ¬ electrode (storage electrode), which are preferably planar are stacked on top of each other and carried over a likewise planar substrate or a substrate structure. In an advantageous embodiment, the substrate structure on the side of the negative electrode that is the storage electrode is mounted and is in planar connection with this. In return, is the at least one channel on the Luftzu ¬ driving side in direct contact with the positive electrode, ie the air electrode. A further embodiment of the invention consists in an electrical energy store according to claim 12, wherein in this case a stack, that is to say a stack of individual cells, is configured in a layered manner with a following sequence. First be ¬ is a base plate with an air supply for the first memory cell. This base plate thus forms the Luftzuführ ¬ side of the first memory cell. This is followed by a first electrical ¬ denstruktur and then the integrated component. Where appropriate in each case between the air supply side of the base plate and the electrode structure and between the electrode structure and the integrated component, there the
Speicherseite jeweils eine Dichtung, insbesondere eine Dich¬ tung bestehend aus einer Glasfolie eingebracht ist. Die Memory side in each case a seal, in particular a Dich ¬ tion is introduced consisting of a glass sheet. The
Grundplatte, die Elektrodenstruktur und die Speicherseite des integrierten Bauteils bilden somit die wesentlichen Bestand- teile der ersten Speicherzelle. Daraufhin folgt eine zweiteBase plate, the electrode structure and the memory side of the integrated component thus form the essential components of the first memory cell. This is followed by a second one
Speicherzelle, die auf der Luftzuführseite durch die Rücksei¬ te des integrierten Bauteils gestellt ist, es folgt wiederum eine Elektrodenstruktur sowie eine Abschlussplatte, die die Speicherseite der zweiten Zelle bildet. Die Elektrodenstruk- tur ist so eingebracht, dass jeweils die positive Elektrode der Luftzufuhrseite zugewandt ist und die negative Elektrode der Speicherseite zugewandt ist. Memory cell, which is placed on the Luftzuführseite by the Rücksei ¬ te of the integrated component, it follows in turn an electrode structure and a cover plate, which forms the memory side of the second cell. The electrode structure is inserted so that each of the positive electrodes faces the air supply side and the negative electrode faces the storage side.
Bei dem Beschriebenen handelt es sich um die einfachste Aus- führung, selbstverständlich können beliebig viele integrierte Bauteile übereinander gestapelt werden, wobei der Stack jeweils von der Grundplatte und der Abschlussplatte begrenzt ist . Weitere Ausgestaltungsformen und weitere Merkmale der Erfindungen werden anhand der folgenden Figuren näher beschrieben. Merkmale mit derselben Bezeichnung jedoch in unterschiedli- chen Ausgestaltungsformen behalten dabei dasselbe Bezugszeichen. Es handelt sich um rein exemplarische Ausgestaltungs¬ formen, die keine Einschränkung des Schutzbereiches darstel¬ len . Dabei zeigen: The described is the simplest embodiment, of course, any number of integrated components can be stacked on top of each other, the stack being limited in each case by the base plate and the end plate. Further embodiments and further features of the invention will be described in more detail with reference to the following figures. Features with the same designation but in different embodiments retain the same reference numeral. It is purely exemplary Ausgestaltungs ¬ forms that do not limiting the scope depicting ¬ len. Showing:
Figur 1 eine schematische Darstellung der Wirkungsweise einer ROB, Figur 2 eine Explosionsdarstellung zum Aufbau eines Stacks in einer ROB, 1 shows a schematic representation of the mode of operation of an ROB, FIG. 2 shows an exploded view for constructing a stack in an ROB,
Figur 3, die Explosionsdarstellung aus Figur 2 mit entgegengesetzter Blickrichtung, 3, the exploded view from FIG. 2 with opposite viewing direction, FIG.
Figur 4 einen Schichtaufbau zur detaillierten Darstellung einer Speicherzelle, FIG. 4 shows a layer structure for a detailed illustration of a memory cell,
Figur 5 ein integriertes Bauteil mit Blick auf die Luftzu- führseite, FIG. 5 shows an integrated component with a view of the air supply side,
Figur 6 ein integriertes Bauteil mit Blick auf die Speicher¬ seite, Figur 7 eine Querschnittsdarstellung des integrierten Bauteils, Figure 6 is an integrated component with a view of the memory ¬ page 7 shows a cross-sectional view of the integrated component,
Figur 8 eine Draufsicht auf eine Grundplatte mit Luft- und Wasserzuführvorrichtung, 8 is a plan view of a base plate with air and water supply device,
Figur 9 eine alternative Ausgestaltungsform der Grundplatte nach Figur 8, Figur 10 eine Deckplatte, und FIG. 9 shows an alternative embodiment of the base plate according to FIG. 8, Figure 10 is a cover plate, and
Figuren 11 - 16 unterschiedliche Strömungsrichtungen der Luftzufuhr . Figures 11-16 different flow directions of the air supply.
Anhand der Figur 1 soll schematisch die Wirkungsweise einer ROB beschrieben werden, insoweit dies für die folgende Be¬ schreibung der Erfindung notwendig ist. Ein üblicher Aufbau der ROB besteht darin, dass über eine positive Elektrode ein Prozessgas, insbesondere Luft über eine Gaszufuhr 28 eingela- sen wird, wobei aus der Luft Sauerstoff entzogen wird. Aus diesem Grund wird die positive Elektrode im Weiteren als Luftelektrode bezeichnet. Der Sauerstoff gelangt in Form von Sauerstoffionen (02~) durch einen, an der positiven Elektrode anliegenden Feststoffelektrolyten 36 zu einer negativen With reference to FIG 1, the operation of an ROB will be described schematically as far as this is necessary for the following Be ¬ scription of the invention. A common structure of the ROB is that via a positive electrode, a process gas, in particular air is introduced via a gas supply 28, wherein oxygen is extracted from the air. For this reason, the positive electrode is hereinafter referred to as an air electrode. The oxygen passes in the form of oxygen ions (0 2 ~ ) through a, applied to the positive electrode solid electrolyte 36 to a negative
Elektrode 38. An der negativen Elektrode ist ein Speicherme¬ dium in Form eines porösen Materials, das je nach Betriebszu¬ stand (Laden/Entladen) in elementarer Form oder in Oxidform vorliegt, angeordnet, das ein funktional wirkendes oxidierba- res Material, insbesondere ein Metall, beispielsweise Eisen, enthält. Aus diesem Grund wird die negative Elektrode auch als Speicherelektrode bezeichnet, wobei dieser Begriff im Weiteren verwendet wird. Über ein, bei Betriebszustand der Batterie gasförmiges Redox- paar beispielsweise H2/H2O, werden die durch den Festkörperelektrolyten transportierten Sauerstoffionen durch Porenkanäle eines porösen Körpers, der als Speichermedium dient, zu dem oxidierbaren Material, also dem Metall, transportiert bzw. abgezogen. Je nachdem, ob ein Lade- oder Entladevorgang vorliegt, wird das Metall bzw. Metalloxid oxidiert oder redu¬ ziert und der hierfür benötigte Sauerstoff durch das gasför¬ mige Redoxpaar H2-H2O angeliefert oder zum Festkörperelektro¬ lyten zurücktransportiert (dieser Mechanismus wird als Shut- tlemechanismus bezeichnet) . Electrode 38. At the negative electrode is a Speicherme ¬ dium in the form of a porous material, which was according to Betriebszu ¬ (charging / discharging) is present in elemental form or in oxide form, arranged, which is a functional res acting oxidizable material, particularly a Metal, for example iron, contains. For this reason, the negative electrode is also referred to as a storage electrode, which term will be used hereinafter. By means of a gaseous redox couple, for example H 2 / H 2 O, in the operating state of the battery, the oxygen ions transported through the solid electrolyte are transported or withdrawn through pore channels of a porous body, which serves as storage medium, to the oxidizable material, ie the metal , Depending on whether a charge or discharge is present, the metal or metal oxide is oxidized or redu ¬ sheet and required for this oxygen through the gasför ¬-shaped redox couple H 2 -H 2 O supplied, or to the solid state electric ¬ LYTEN transported back (this mechanism is referred to as shutter mechanism).
Anhand von Figur 2 und 3 soll nun der Aufbau eines Stacks, der wiederum Bestandteil des elektrischen Energiespeichers in seiner Gesamtheit ist, wobei hierfür in der Regel mehrere Stacks zusammengefasst werden, dargestellt werden. Die Explo¬ sionsdarstellung in Figur 2 ist in der Art aufgebaut, dass der Blick auf eine Luftzufuhrseite 18 der jeweiligen Spei- cherzelle 4 gerichtet ist, wobei eine Speicherseite 20 je¬ weils verdeckt ist. Die Figur 3 hingegen stellt lediglich ei¬ ne um 180° gedrehte Ansicht der Figur 2 dar. Bei der Figur 3 handelt es sich von unten nach oben gesehen, um eine produktionstechnisch gesehen günstige Montagereihenfolge. Die ein- zelnen Komponenten seien anhand der Figur 2 im Folgenden von unten nach oben erläutert. Zunächst wird eine Deckplatte 42 angeordnet, auf der Kanäle 24 zur Luftzufuhr eingebracht sind. Die bezüglich der Grundplatte 42 sichtbare Seite der elektrischen Speicherzelle 4 wird als Luftführungsseite 18 bezeichnet. Die Grundplatte 42 weist eine ebene Fläche 50 auf, auf die eine Dichtung 46 aufgelegt wird. Die Dichtung 46 besteht beispielsweise aus einer Glasfolie, die bei den ent¬ sprechenden Temperaturen zwischen 600°C und 800°C die geforderten Dichtungseigenschaften aufweist. Auf die Dichtung 46 wird eine Elektrodenstruktur 22 aufgelegt, wobei hierbei die positive Elektrode 34 nach unten zu den Kanälen 24 zeigt. Auf die Wirkungsweise der Elektrodenstruktur wird noch bezüglich Figur 4 näher eingegangen. Auf die Elektrodenstruktur 22 wird ein integriertes Bauteil 16 (auch als Interconnectorplatte bezeichnet, wobei dieser Begriff im Weiteren verwendet wird) aufgesetzt, wobei in Richtung der Elektrodenstruktur 22 Aufnahmen 12 für ein Speichermedium 14 in Form von Vertiefungen 13 eingebracht sind. Es handelt sich hierbei um die Speicherseite 20 der Intercon¬ nectorplatte 16, die analog dazu in der umgekehrten Explosi¬ onsdarstellung nach Figur 3 zu erkennen ist. With reference to Figure 2 and 3, the construction of a stack, which in turn is part of the electrical energy storage in its entirety is, whereby this usually several stacks are summarized, are presented. The Explo ¬ sion representation in Figure 2 is constructed in the way that the view is directed to an air supply side 18 of the respective memory cell 4, wherein a memory page 20 je ¬ Weils is hidden. Figure 3, however, is merely ei ¬ ne rotated through 180 ° view of Figure 2. In Figure 3 is bottom-up seen a seen production-favorable assembly sequence. The individual components will be explained below with reference to FIG. 2 from bottom to top. First, a cover plate 42 is arranged, are introduced on the channels 24 for air supply. The visible with respect to the base plate 42 side of the electric storage cell 4 is referred to as the air guide side 18. The base plate 42 has a flat surface 50 on which a seal 46 is placed. The seal 46 consists for example of a glass sheet having the required sealing properties at the ent ¬ speaking temperatures between 600 ° C and 800 ° C. On the seal 46, an electrode structure 22 is placed, in which case the positive electrode 34 points down to the channels 24. The mode of action of the electrode structure will be discussed in more detail with reference to FIG. An integrated component 16 (also referred to as interconnector plate, this term being used hereinafter) is placed on the electrode structure 22, wherein receptacles 12 for a storage medium 14 in the form of depressions 13 are introduced in the direction of the electrode structure 22. This is the memory page 20 of Intercon ¬ nectorplatte 16, which is analogous to recognize in the reverse explo ¬ onsdarstellung of FIG. 3
Die Interconnectorplatte 16 weist auf der Rückseite wiederum eine Luftzuführseite 18 auf, die analog der LuftzuführseiteThe interconnector plate 16 again has an air supply side 18 on the rear side, which is analogous to the air supply side
18 der Grundplatte 42 ausgestaltet ist. Auch diese Luftzufüh¬ rungsseite 18 weist eine ebene Fläche 50 auf, auf die wieder¬ um eine Dichtung 46 aufgebracht ist, es folgt eine weitere Elektrodenstruktur 22 und nun eine Bodenplatte 44, die in diesem Fall wiederum die Aufnahme 12 für ein Speichermedium 14 in Form von Vertiefungen 13 aufweist. Auf diese Bodenplatte 44 ist eine Luftverteilungsplatte 48 aufgebracht, die zum Einlass des Prozessgases, nämlich der Luft in den Stack 2 dient. 18 of the base plate 42 is configured. These Luftzufüh ¬ approximately page 18 has a flat surface 50 which is applied to the back ¬ a seal 46, it is followed by another Electrode structure 22 and now a bottom plate 44, which in turn has the receptacle 12 for a storage medium 14 in the form of recesses 13 in this case. On this bottom plate 44, an air distribution plate 48 is applied, which serves for the inlet of the process gas, namely the air in the stack 2.
Die Luftverteilungsplatte 48 weist dabei Vertiefungen 56 bzw. 56' auf, die zum Einlass (56) bzw. Auslass (56') der Luft, die als Prozessgas dient, dienen. Ferner weist die Luftver¬ teilungsplatte 48 Vertiefungen 58 bzw. 58' auf, über die Was¬ serdampf in den Stack 2 geleitet werden kann und über die der Wasserdampf in dem Stack verteilt wird. Sowohl die Vertiefun- gen 56, 56' als auch die Vertiefungen 58, 58' weisen Bohrungen 60 bzw. 62 auf, die zur Betriebsmittelzufuhr dienen. Als Betriebsmittel dienen insbesondere die Luft bzw. der Wasser¬ dampf oder ein Spülgas. Gemäß Figur 3 folgt auf die Luftver¬ teilungsplatte 48 eine Bodenplatte 44, die mit dieser in be- vorzugter Weise durch ein Fügeverfahren insbesondere durch ein Heißlöteverfahren stoffschlüssig verbunden ist. Im zusammengesetzten Stack 6 bilden die Luftverteilungsplatte 48 und die Bodenplatte 44 somit ein einziges gefügtes Bauteil. Die Bodenplatte 44 weist Aussparungen 64 und 65 auf, die wie in der Explosionsdarstellung gemäß Figur 3 zu erkennen ist, über den jeweiligen Vertiefungen 56 für die Luftzufuhr bzw. der Vertiefungen 60, 60' für die Wasserzufuhr liegen. In this case, the air distribution plate 48 has recesses 56 or 56 ', which serve for the inlet (56) or outlet (56') of the air serving as process gas. Further, the partition plate 48 Luftver ¬ recesses 58 and 58 ', the What can be ¬ serdampf conducted into the stack 2, and through which the steam is distributed in the stack. Both the depressions 56, 56 'and the depressions 58, 58' have bores 60 and 62, respectively, which serve to supply the operating medium. The operating medium used in particular the air or the water ¬ steam or a purge gas. According to Figure 3 follows the Luftver ¬ partition plate 48, a bottom plate 44 which is integrally connected with this in of preferred manner by a joining process, in particular by a Heißlöteverfahren. In the assembled stack 6, the air distribution plate 48 and the bottom plate 44 thus form a single joined component. The bottom plate 44 has recesses 64 and 65, which can be seen in the exploded view of Figure 3, above the respective wells 56 for the air supply and the wells 60, 60 'for the water supply.
Die Luft, die über die Vertiefungen 56 in den Stack einge- bracht wird strömt somit durch die Aussparungen 64 im Randbe¬ reich der Bodenplatte 44 nach oben. Diese Aussparungen 64 zur Luftzufuhr weisen Bohrungen 26 auf, die in der perspektivischen Darstellung gemäß Figur 2 bzw. detaillierter in den Figuren 5 und 7 zu erkennen sind. Diese Bohrungen 26 dienen da- zu, die Luft in Kanäle 24 zu bringen, die mit der Luftelekt¬ rode 34 in Verbindung stehen. Die Luft wird somit aus den Aussparungen 64 in die Bohrungen 26 abgezweigt und werden somit der entsprechenden Luftelektrode 34 zugeführt. Bei der beschriebenen Strömungsrichtung der Luft handelt es sich lediglich um ein exemplarisches Beispiel. Grundsätzlich kann die Luft auch in entgegen gesetzter Richtung geleitet werden. Es ist ferner durch die beschriebene Luftverteilungs¬ platte möglich ohne erheblichen technischen Aufwand und unter Beibehaltung des grundsätzlichen vorteilhaften Stack-Aufbaus mit seiner relativ einfachen Montage, eine andere Luftvertei¬ lung zu generieren, wenn dies aus thermischen Gründen notwen- dig sein sollte. The air which is introduced adjusted via the recesses 56 in the stack thus flows through the recesses 64 in Randbe ¬ reaching the bottom plate 44 upward. These recesses 64 for air supply have bores 26, which can be seen in the perspective view of Figure 2 and in more detail in Figures 5 and 7. These bores 26 serve to bring the air into channels 24 which are in communication with the air electrode 34. The air is thus diverted from the recesses 64 in the holes 26 and are thus supplied to the corresponding air electrode 34. The described flow direction of the air is merely an exemplary example. Basically, the air can also be directed in the opposite direction. It is also possible through the described air distribution ¬ plate without considerable technical effort and while maintaining the fundamentally advantageous stack structure with its relatively simple installation to generate a different Luftvertei ¬ ment, if this should be necessary for thermal reasons.
Durch die chemische Reaktion, die sich in den Zellen abspielt, weißt auch das Prozessgas, also die Luft in ungünsti¬ gen Fällen einen erheblichen Temperaturgradienten über den gesamten Strömungsverlauf auf. Dieser Temperaturgradient kann wiederum zu thermischen Spannungen in den einzelnen Komponenten, wie beispielsweise der Interconnectorplatte 16 führen. Zur Vermeidung bzw. Reduktion dieser thermischen Spannungen wird der Strömungsverlauf der Luft entsprechend angepasst. Je nachdem wie viele Zellen 4 und in welcher geometrischen Anordnung diese in den einzelnen Schichtfolgen 54, 54' angeordnet sind, können verschiedene Luftströmungswege thermisch zweckmäßig sein. In dem beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich grundsätzlich um einen Kreuzstrom, da sich die Richtung der Luftkanäle 24 und die Richtung der Vertie¬ fungen 13 (gestrichelte Pfeile in den Figuren 11 bis 16) für das Speichermedium 14 im 90°-Winkel zueinander verlaufen. Dieser Kreuzstrom kann beispielsweise wie in den Figuren 11 bis 13 dargestellt, verlaufen. Im Gegensatz dazu spricht man von einem Gleichstrom, wenn die Vertiefungen 13 und die Kanäle 24 wie in Figur 14 gezeigt, auf der Interconnectorplatte 16 parallel verlaufen würden. In de Figuren 15 und 16 ist ein mäanderförmiger Verlauf des Luftstroms beschrieben, der im Gleichstrom oder Gegenstrom geführt sein kann. Die unter- schiedlichen Strömungsverläufe setzen selbstverständlich entsprechende Anpassungen der Komponenten der Wasserdampfzuführ- vorrichtung und der Luftzuführvorrichtung 28 voraus, die in den Figuren 11 bis 16 nicht explizit dargestellt sind. Über der Bodenplatte 44 ist die Interconnectorplatte 16 (bzw. das integrierte Bauteil 16) aufgebracht, die ebenfalls Aus¬ sparungen 64, 64' aufweist, die mit den Aussparungen 64 der Bodenplatte 44 einen Luftkanal bilden. Da der Luftkanal gemäß der Figuren 2 und 3 durch die Stapelungen der Aussparungen 64 gebildet wird und als ganzes nicht zu erkennen ist, ist er auch nicht einem Bezugszeichen versehen. Dieser Luftkanal verläuft weiter durch die Interconnectorplatte durchläuft ebenfalls eine Dichtung 46, die ebenso wie die Bodenplatte 44 und die Interconnectorplatte 16 die wie diese jeweils kon¬ gruente Aussparungen 47 aufweist, durch die die Luft bzw. der Wasserdampf hindurchströmen kann und die ebenfalls den Luftkanal mit bilden. The chemical reaction that takes place in the cells and the process gas, so the air in for adverse ¬ gen cases know to a significant temperature gradient across the entire flow path. This temperature gradient can in turn lead to thermal stresses in the individual components, such as the interconnector plate 16. To avoid or reduce these thermal stresses, the flow pattern of the air is adjusted accordingly. Depending on how many cells 4 and in which geometric arrangement they are arranged in the individual layer sequences 54, 54 ', different air flow paths can be thermally expedient. In the described embodiment is basically a cross-flow, since the direction of the air channels 24 and the direction of the Vertie ¬ tions 13 (dashed arrows in Figures 11 to 16) for the storage medium 14 at 90 ° to each other. This crossflow can, for example, as shown in Figures 11 to 13, run. In contrast, one speaks of a direct current, when the recesses 13 and the channels 24 as shown in Figure 14, would run parallel on the interconnector plate 16. In Figures 15 and 16, a meandering course of the air flow is described, which may be performed in cocurrent or countercurrent. Of course, the different flow patterns presuppose corresponding adaptations of the components of the steam supply device and the air supply device 28, which are not explicitly shown in FIGS. 11 to 16. Over the bottom plate 44, the interconnector plate 16 (or the integrated component 16) is applied, which also from ¬ savings 64, 64 'which form an air channel with the recesses 64 of the bottom plate 44. Since the air duct according to FIGS. 2 and 3 is formed by the stackings of the recesses 64 and can not be seen as a whole, it is also not provided with a reference numeral. This air duct continues through the interconnector plate also passes through a seal 46, which as well as the bottom plate 44 and the interconnector plate 16 which each have con ¬ congruent recesses 47 through which the air or water vapor can flow and which also with the air duct form.
Es können nun je nach Ausgestaltung des Stacks 2 mehrere In- terconnectorplatten 16 folgen, in den Figuren 2 und 3 ist jeweils nur eine Interconnectorplatte 16 abgebildet, auf die nun eine sogenannte Deckplatte 42 folgt. Die Deckplatte 42 weist wiederum Vertiefungen 66 für die Luftzufuhrvorrichtung auf. Die Vertiefungen 66 in der Deckplatte 42 weisen ebenfalls wiederum Bohrungen 26 auf, die in Kanäle 24 führen, die ebenfalls mit der Luftelektrode 34 einer elektrischen Energiespeicherzelle 4, 4' in Verbindung steht. Der Luftkanal des Stacks 2 ist somit in der Art aufgebaut, dass die Luft an den einzelnen Speicherzellen 4 vorbeiströmt und durch die Bohrungen 26 zu den jeweiligen Luftelektroden 34 der einzelnen Zellen 4 abgezweigt werden. In der Deckplatte 42 wird die Luft entsprechend umgeleitet und durch Vertiefungen 64', die in dieser Ausgestaltungsform in der Mitte der jeweiligen Platte also der Bodenplatte 44, der Deckplatte 42 oder der Interconnectorplatte 16 angeordnet sind, und die wiederum einen Luft¬ kanal bilden, zurück zur Luftverteilerplatte 48 geleitet. Dort stehen diese Vertiefungen und dieser Luftkanal in Ver- bindung mit der Vertiefung 56' in der Luftverteilerplatte und die Luft wird über die Bohrung 60' aus dem Stack wieder ausgeleitet . Die Vertiefungen 56 dienen demnach dazu, die Luft, die in den Stack eingebracht wird, auf die einzelnen Luftkanäle und im Weiteren auf die einzelnen Speicherzellen, von denen es pro Stackebene mehrere geben kann (gemäß Beispiel in Figur 3 und Figur 4 sind es vier Speicherzellen pro Ebene) zu verteilen. Die Vertiefung 56' dienen dazu die aus den Luftkanälen zurückgeführte Luft zu sammeln und gegebenenfalls wieder aus dem Stack auszuleiten. Grundsätzlich kann die Luft von der Vertiefung 56' aus auch wieder erneut zumindest teilweise dem Kreislauf zugeführt werden. Depending on the configuration of the stack 2, it is now possible for a number of interconnector plates 16 to follow, and in FIGS. 2 and 3 only one interconnector plate 16 is shown, onto which a so-called cover plate 42 now follows. The cover plate 42 in turn has recesses 66 for the air supply device. The depressions 66 in the cover plate 42 likewise have bores 26 which lead into channels 24, which likewise communicate with the air electrode 34 of an electrical energy storage cell 4, 4 '. The air channel of the stack 2 is thus constructed in such a way that the air flows past the individual memory cells 4 and is branched off through the bores 26 to the respective air electrodes 34 of the individual cells 4. In the cover plate 42, the air is redirected accordingly and by depressions 64 ', which are arranged in this embodiment in the middle of the respective plate so the bottom plate 44, the cover plate 42 or the interconnector plate 16, and in turn form an air ¬ channel, back directed to the air distribution plate 48. There, these depressions and this air channel are in connection with the recess 56 'in the air distribution plate and the air is discharged from the stack again via the bore 60'. The depressions 56 therefore serve to supply the air which is introduced into the stack to the individual air ducts and furthermore to the individual storage cells, of which there can be several per stack level (according to the example in FIG. 3 and FIG. 4, there are four storage cells per level). The depression 56 'serves to collect the air which has been returned from the air ducts and, if appropriate, to discharge it again from the stack. In principle, the air from the depression 56 'can also be recirculated at least partially to the circulation.
Das gesamte System zur LuftZuführung umfasst demnach die Bohrungen 60, 60', die Vertiefungen 56, 56', die Bohrungen 26 zu den Kanälen 24, die Aussparungen 64, 64' sowie die Vertiefun- gen 66, 66' die zusammen die nicht bezeichneten Luftkanäle bilden. Dieses gesamte System wird als Luftzufuhrvorrichtung 28 bezeichnet. In der technischen Terminologie ist hier auch der Begriff Manifold gebräuchlich. Analog zur gerade beschriebenen Luftzufuhrvorrichtung 28 soll nun noch auf die Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 eingegangen werden. Hierzu ist insbesondere Figur 3 zu beachten, wobei wiederum von der Luftverteilungsplatte 48 ausgegangen wird, die ebenfalls Vertiefungen 60 aufweist, über die durch Boh- rungen 62, 62' Wasserdampf bzw. eine Spülgas in den Stack eingeleitet werden kann. Dieser Wasserdampf wird über die Vertiefungen 60 in Aussparungen 65 der Bodenplatte 44 bzw. der Interconnectorplatte 16 geleitet. Diese Aussparungen 65 bilden wiederum einen nicht bezeichneten Kanal zur Wasser- dampfleitung, einen Wasserdampfkanal . Hierbei strömt der Was¬ serdampf nicht wie die Luft in dem Luftkanal sondern der Was¬ serdampf liegt bevorzugt stationär mit einem Überdruck von beispielsweise 20 mbar gegenüber dem Umgebungsdruck vor. Die Aufgabe des Wasserdampfkanals bzw. der gesamten Wasserdampf- zufuhrvorrichtung 70 besteht insbesondere darin, den Wasserdampfdruck für das Speichermedium 14 möglichst konstant zu halten. Sollte der Wasserdampfdruck abfallen, kann dieser durch die Wasserdampfzufuhrvorrichtung von außen nachregu- liert werden. Die Wasserdampfkanäle stehen insbesondere in direkter Verbindung mit den Vertiefungen 13 auf der Speicherseite 20 der Interconnectorplatte 16 und mit dem Speicherme¬ dium 14. The entire system for air supply therefore comprises the holes 60, 60 ', the recesses 56, 56', the bores 26 to the channels 24, the recesses 64, 64 'and the recesses 66, 66' together the unnamed air ducts form. This entire system is referred to as air supply device 28. In technical terminology, the term manifold is also used here. Analogous to the just described air supply device 28 will now be discussed on the water vapor supply device 70. For this purpose, in particular Figure 3 should be noted, which in turn is based on the air distribution plate 48, which also has recesses 60, through the stanchions 62, 62 'water vapor or a purge gas can be introduced into the stack. This steam is passed through the recesses 60 in recesses 65 of the bottom plate 44 and the interconnector plate 16. These recesses 65 in turn form an unspecified channel to the water vapor line, a steam channel. Here, the What ¬ serdampf does not flow as the air in the air passage but the ¬ What serdampf is preferably stationary front with a pressure of for example 20 mbar relative to ambient pressure. The task of the water vapor channel or of the entire water vapor supply device 70 is, in particular, to keep the water vapor pressure for the storage medium 14 as constant as possible. If the water vapor pressure drops, it can be readjusted from the outside by the steam supply device. be liert. The water vapor channels are in particular in direct communication with the recesses 13 on the memory side 20 of the interconnector plate 16 and with the Speicherme ¬ dium fourteenth
Im Hinblick auf die Wasserdampfatmosphäre im Stack dienen ebenfalls die Vertiefungen 58, 58' in der Luftverteilerplatte 48 zur Verteilung auf die Wasserdampfkanäle des Stacks, die jede einzelne Speicherzelle 4 mit Wasserdampf versorgen. Das besondere an der Luftverteilerplatte 48 ist, dass in ihr ne¬ ben der Luftverteilung auch die WasserdampfVerteilung integriert ist, was den gesamten Aufbau des Stacks weniger kompli¬ ziert gestaltet und die Montage vereinfacht. Grundsätzlich muss die Luftverteilerplatte 48 nicht unbedingt zwei bzw. drei Vertiefungen für die Luftzufuhrvorrichtung 28 bzw. Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 umfassen. Die Luftabfuhr aus dem Stack 2 kann auch über eine weitere, hier nicht dargestellte Platte auf der gegenüberliegenden Seite der Luft- verteilungsplatte 48 erfolgen. Der hier beschriebene Aufbau ist jedoch sehr zweckmäßig, platzsparend und bauteilsparend und in der Montage sehr kostengünstig. With regard to the steam atmosphere in the stack, the depressions 58, 58 'in the air distribution plate 48 also serve for distribution onto the steam passages of the stack, which supply each individual storage cell 4 with steam. The special feature of the air distribution plate 48 is that in its ne ¬ ben the air distribution and the water vapor distribution is integrated, which makes the entire structure of the stack less compli ¬ edy and simplifies installation. Basically, the air distribution plate 48 need not necessarily comprise two or three recesses for the air supply device 28 and water vapor supply device 70, respectively. The air removal from the stack 2 can also take place via a further plate, not shown here, on the opposite side of the air distribution plate 48. However, the structure described here is very convenient, space-saving and component-saving and very inexpensive to install.
In den Figuren 8 und 9 ist die Luftverteilungsplatte 48 noch einmal einzeln in vergrößerter Darstellung abgebildet, hierbei handelt es sich um zwei alternative Ausgestaltungsformen der Luftverteilungsplatte 48 mit gleicher Wirkung. Die Figur 10 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Deckplatte 42. Die Wasserdampfzufuhrvorrichtung 70 umfasst hierbei insbesondere die nicht bezeichneten Wasserdampfkanäle, die aus den Aussparungen 65 in der Bodenplatte 44 bzw. der Interconnectorplatte 16 gebildet sind, sowie die Vertiefungen 58 bzw. 58' in der Luftverteilungsplatte 48 und die Bohrungen 62 in der Luftverteilungsplatte 48. In FIGS. 8 and 9, the air distribution plate 48 is shown once more in an enlarged view, this being two alternative embodiments of the air distribution plate 48 with the same effect. FIG. 10 shows an enlarged view of the cover plate 42. The water vapor supply device 70 here comprises, in particular, the non-designated water vapor channels formed from the recesses 65 in the bottom plate 44 and the interconnector plate 16 and the depressions 58 and 58 'in the air distribution plate 48 and the holes 62 in the air distribution plate 48th
Es soll im Folgenden noch kurz auf die Montage des Stacks 2 eingegangen werden. Wie bereits erwähnt wird zunächst die Luftverteilungsplatte 48 mit der Bodenplatte 44 verlötet. Diese beiden Platten bilden nun ein einziges Stoffschlüssig verbundenes Bauteil. Auf diesem Bauteil, das mit der Spei¬ cherseite 20 nach oben zeigt, werden nun die Elektrodenstruk- turen 22, sowie die Dichtungen 46, die auf den ebenen Flächen 50 aufliegen, aufgesetzt. Es folgt nun die Interconnec¬ torplatte 16, wobei hierbei die Luftseite nach unten zeigt und die Elektrodenseite nach oben. Es folgen wiederum Elekt¬ rodenstrukturen 22, 22' sowie Dichtungen 46. Abschließend wird nach gegebenenfalls weiteren Schichtfolgen 54 von weiteren Interconnectorplatten 16, Elektrodenstrukturen 22 und Dichtungen 46 und die Deckplatte 42 aufgelegt. Dieser so zu¬ sammengesetzte Stack 2 wird nun bei einer bestimmten Tempera¬ tur bevorzugt über 800 °C wärmebehandelt. Hierbei schmelzen die Dichtungen 46, die beispielsweise aus einer Glasfritte bestehen zumindest teilweise auf und verkleben somit die ein¬ zelnen Komponenten also die Interconnectorplatten 16 bzw. die Deckplatte 42, Bodenplatte 44 miteinander und dichten diese ab. Die Dichtungen 46 bilden hierbei bevorzugt amorphe und kristalline Komponenten gleichzeitig aus, weshalb hierbei von einer sogenannten Glaskeramik gesprochen werden kann. Auf eine Verschraubung des Stacks kann durch diese Montagemethode in der Regel verzichtet werden. Die Interconnectorplatte 16 stellt somit in effizienter Form jeweils eine Gehäuseplatte einer Zelle 4 sowie einer zweiten Zelle 4' dar. Es weist auf jeder Seite ebene Flächen 50 auf, die dazu geeignet sind, dass gesamt integrierte Bauteil bzw. durch dieses eingeschlossene Zellen 4 in einfacher und effi- zienter Weise abzudichten. Es ist dabei anzumerken, dass jede Schicht eines Stacks 2 mehrere Zellen 4 umfassen kann. Im vorliegenden Beispiel sind auf der Bodenplatte 42 bzw. der Interconnectorplatte 16 und der Deckplatte 44 die Strukturen für jeweils vier Speicherzellen 4 aufgebracht. Jede Schicht- folge 54 von Bodenplatte 44, Dichtung 46, Elektrodenstruktur 22 und die Interconnectorplatte 16 liefert somit vier einzel¬ ne Speicherzellen 4, 4'. Bei den Darstellungen nach Figur 2 und 3 wurde der Übersichtlichkeit halber jeweils nur eine Abfolge unter Verwendung ei¬ ner Interconnectorplatte 16 dargestellt. Grundsätzlich kann der Stack 2 in vorteilhafter Weise selbstverständlich mehrere Schichtfolgen 54, 54' von Zellen 4 und 4' unter Verwendung einer höheren Anzahl von Interconnectorplatten 16 enthalten. Eine Anzahl von zehn Schichtfolgen 54 von Zellen 4, 4' mit jeweils zwei bis acht Zellen 4 pro Schichtfolgen 54 kann hierbei unter Berücksichtigung des prozesstechnischen Aufwan- des der Luftverteilung zweckmäßig sein. It will be discussed below briefly on the assembly of the stack 2. As already mentioned, the first Air distribution plate 48 soldered to the bottom plate 44. These two plates now form a single materially connected component. On this component, which points with the Spei ¬ cherseite 20 upwards, now the electrode structures 22, as well as the seals 46, which rest on the flat surfaces 50, placed. There now follows a Interconnec ¬ gate plate 16, wherein in this case shows the air-side down and the electrode side up. In turn is followed by Elect ¬ roden structures 22, 22 'as well as gaskets 46. In conclusion is launched after optionally further layer sequences 54 of another interconnector plates 16, electrode structures 22 and seals 46 and the cover plate 42nd This so to ¬ sammengesetzte stack 2 is now preferably heat treated at a certain temperature ¬ ture above 800 ° C. Here, the gaskets 46, which consist for example of a glass frit to melt at least partially, and thus adhere the thus a ¬ individual components, the interconnector plates 16 and the top plate 42, bottom plate 44 together and seal them. In this case, the seals 46 preferably form amorphous and crystalline components simultaneously, which is why it is possible to speak here of a so-called glass ceramic. On a screwing the stack can be dispensed with by this mounting method usually. The interconnector plate 16 thus represents in an efficient manner in each case a housing plate of a cell 4 and a second cell 4 '. It has on each side flat surfaces 50 which are suitable for integrally integrated component or by this enclosed cells 4 in a simple and efficiently sealed. It should be noted that each layer of a stack 2 may comprise a plurality of cells 4. In the present example, the structures for each four memory cells 4 are applied to the bottom plate 42 or the interconnector plate 16 and the cover plate 44. Each layer sequence 54 of bottom plate 44, gasket 46, electrode structure 22 and the interconnector plate 16 thus provides four individual ¬ ne memory cells 4, 4 '. In the illustrations of Figure 2 and 3 for clarity only one sequence using egg ¬ ner interconnector plate was shown 16th In principle, the stack 2 may of course advantageously include multiple layer sequences 54, 54 'of cells 4 and 4' using a higher number of interconnector plates 16. A number of ten layer sequences 54 of cells 4, 4 'with in each case two to eight cells 4 per layer sequence 54 may be expedient here, taking into account the process-related costs of the distribution of air.
In Figur 4 ist eine Querschnittdarstellung aus einem Ausschnitt eines Stacks 2 im zusammengesetzten Zustand gegeben, wobei hierbei die einzelnen Schichten der Elektrodenstruktur 22 detaillierter dargestellt sind. Hierbei handelt es sich jedoch um eine stark schematisierte Darstellung, die in keiner Weise als maßstabsgetreu anzusehen ist. Quer durch den Schichtaufbau nach Figur 4 sind hier gestrichelte Linien 52 gezeichnet, die außenseitig durch eine geschweifte Klammer mit dem Bezugszeichen 4 und 4' versehen sind, wobei diese beiden gestrichelten Linien 52, 52' den Abschluss einer Zelle 4 bzw. einer Schichtfolgte 54 darstellen. Die gestrichelten Linien 50 verlaufen dabei quer durch die Interconnectorplatte 16, das wie beschrieben, jeweils Bestandteil zweier aufeinan- derfolgenden Zellen 4, 4' ist. Die Beschreibung soll nun von der gestrichelten Linie 52 aus beginnen, sie beschreibt eine Ebene, die parallel zur ebenen Fläche 50 durch die Intercon¬ nectorplatte 16 verläuft. Oberhalb der gestrichelten Linie 52 verlaufen die Kanäle 24, die über Bohrungen 26 mit der in Fi- gur 4 nicht dargestellten Luftzuführvorrichtung 28 verbunden sind. Die durch die Kanäle 24 strömende Luft steht im direk¬ ten Kontakt mit der Luftelektrode 34, an der Sauerstoffatome zu Sauerstoffionen ionisiert werden, die Sauerstoffionen 02~ wandern durch einen Festkörperelektrolyten 36 zur Speicher- elektrode 38. Die Speicherelektrode 38, die beispielsweise aus Nickel besteht, das mit den Ytrium verstärkten Zirkonoxid gemischt ist, ist auf einer Substratstruktur 40 aufgesetzt, die im Wesentlichen dieselbe chemische Zusammensetzung wie die Speicherelektrode 38 aufweist, sich jedoch bezüglich ih¬ rer Porosität und ihrer Mikrostruktur von dieser unterscheidet. Die Substratstruktur 40 dient dazu, die Elektroden 34, 38 bzw. den Festkörperelektrolyten 36, die eine sehr dünne Ausdehnung von wenigen ym haben, zu tragen. Grundsätzlich kann die Substratstruktur 40 auch auf der Luftelektrodenseite aufgebracht sein. FIG. 4 shows a cross-sectional view of a section of a stack 2 in the assembled state, with the individual layers of the electrode structure 22 being shown in more detail here. However, this is a highly schematic representation, which is in no way to be considered as true to scale. Broken lines 52 are drawn across the layer structure according to FIG. 4, which are provided on the outside by a curly bracket with the reference symbols 4 and 4 ', these two dashed lines 52, 52' representing the termination of a cell 4 or a layer success 54 , The dashed lines 50 in this case run transversely through the interconnector plate 16, which, as described, is in each case a component of two successive cells 4, 4 '. The description will now begin from the dashed line 52, it describes a plane which runs parallel to the flat surface 50 through the Intercon ¬ nectorplatte 16. Above the dashed line 52 extend the channels 24, which are connected via bores 26 with the air supply device 28, not shown in FIG. The air flowing through the passages 24 the air is in direct ¬ th contact with the air electrode 34 are ionized at the oxygen atoms to oxygen ions, which oxygen ions 0 2 ~ migrate through a solid electrolyte 36 to the storage electrode 38. The storage electrode 38, for example of nickel is mixed with the yttrium-reinforced zirconia is placed on a substrate structure 40, which has substantially the same chemical composition as having the storage electrode 38, but with respect ih ¬ rer porosity and their microstructure from that differs. The substrate structure 40 serves to carry the electrodes 34, 38 or the solid-state electrolyte 36, which have a very thin extension of a few ym. In principle, the substrate structure 40 can also be applied to the air electrode side.
Die Sauerstoffionen werden an der porösen negativen Elektrode 38 mit molekularem Wasserstoff in Verbindung gebracht, und zu Wasser aufoxidiert. Das Wasser diffundiert durch die Poren der Substratstruktur 40 zur Aufnahme 12 für das Speichermedium 14. Die Aufnahme 12 für das Speichermedium 14 ist, wie in Figur 6 näher dargestellt ist, in Form von kanalförmigen Ver- tiefungen 13 ausgestaltet. Diese Vertiefungen 13 weisen ins¬ besondere eine Tiefe von mehr als 2 mm, bevorzugt etwa 6-10 mm auf. In diesen Vertiefungen 13 sind gepresste Stifte aus Eisen bzw. Eisenoxid eingelegt. Dieses Eisen bzw. Eisenoxid (je nach Betriebszustand Laden oder Entladen liegt der oxi- dierte oder reduzierte Zustand vor) dient als Speichermedium 14. Diese gepressten Stifte sind porös ausgestaltet, so dass der Wasserdampf in alle Poren und somit an alle Oberflächen des Speichermediums 14 gelangen kann. Somit herrscht in den Vertiefungen 13 eine Wasserdampfatmosphäre vor. The oxygen ions are combined at the porous negative electrode 38 with molecular hydrogen, and oxidized to water. The water diffuses through the pores of the substrate structure 40 for receiving 12 for the storage medium 14. The receptacle 12 for the storage medium 14 is, as shown in more detail in Figure 6, in the form of channel-shaped recesses 13 designed. These recesses 13 have in particular ¬ a depth of more than 2 mm, preferably about 6-10 mm. In these recesses 13 pressed pins made of iron or iron oxide are inserted. This iron or iron oxide (depending on the operating state charging or discharging is the oxidized or reduced state before) serves as a storage medium 14. These pressed pins are designed porous, so that the water vapor in all pores and thus reach all surfaces of the storage medium 14 can. Thus prevails in the wells 13 before a steam atmosphere.
In den Figuren 5-7 ist eine detaillierte Darstellung der In- terconnectorplatte 16 gegeben. Hierbei zeigt die Figur 5 ei¬ nen Blick auf die LuftZuführungsseite 18 der Interconnec- torplatte 16, wobei auf einer Platte der Interconnectorplatte 16 in dieser Ausgestaltungsform die LuftZuführung für jeweils vier einzelne Speicherzellen aufgebracht ist. Die Luftzuführungsseite 18 der Interconnectorplatte 16 weist die einzelnen Kanäle 24 auf, wobei zu erkennen ist, dass die Kanäle 24 über Bohrungen 26 mit der gesamten LuftZuführungsvorrichtung 28 des Stacks 2 in Verbindung stehen. Bei dieser Ausgestaltungs¬ form handelt es sich um einzelne geradlinig verlaufende Kanä¬ le 24, die jeweils eine Bohrung 26 im Eingang sowie, hier nicht dargestellt, eine weitere Bohrung zum Luftauslass in die allgemein bezeichnete LuftZuführungsvorrichtung 28 aufweisen . FIGS. 5-7 show a detailed representation of the interconnector plate 16. Here, the figure 5 shows ei ¬ NEN view of the air supply side 18 of the interconnector plate 16 which in this embodiment, the air supply is applied for each of four individual memory cells on a plate of the interconnector plate sixteenth The air supply side 18 of the interconnector plate 16 has the individual channels 24, wherein it can be seen that the channels 24 communicate via bores 26 with the entire air supply device 28 of the stack 2. In this embodiment ¬ form is a single straight running Kanä ¬ le 24, each having a bore 26 in the entrance and, not shown here, a further bore to the air outlet in have the generally designated air supply device 28.
In Figur 6 ist die Speicherseite 20 der Interconnectorplatte 16 zu sehen, die auf der Rückseite der Luftzufuhrseite 18 ge¬ mäß Figur 4 angeordnet ist. Die Speicherseite weist ebenfalls kanalförmige Vertiefungen 13 auf, die als Aufnahme 12 für das hier nicht dargestellte Speichermedium 14 dienen. Sowohl in Figur 5 als auch in Figur 6 sind die ebenen Dichtflächen 50 zu erkennen, auf die die Dichtungen 46 aufgelegt werden und somit jede Seite, die Luftzuführungsseite 18 sowie die Spei¬ cherseite 20 gegen die Umgebung abdichten. Somit ist es mög¬ lich, einen hohen Grad an Dichtigkeit in den Vertiefungen 13 zu erzielen und somit einen konstanten Gehalt an Wasserdampf im Speichermedium zu gewährleisten. In Figure 6, the memory page is to see 20 of the interconnector plate 16, which is disposed on the rear side of the air supply side 18 ge ¬ Mäss FIG. 4 The memory page also has channel-shaped recesses 13, which serve as a receptacle 12 for the storage medium 14, not shown here. Both in Figure 5 and in Figure 6, the flat sealing surfaces 50 can be seen on the seals 46 are placed and thus seal each side, the air supply side 18 and the Spei ¬ cherseite 20 against the environment. Thus, it is pos ¬ lich to achieve a high degree of tightness in the wells 13 and thus to ensure a constant content of water vapor in the storage medium.
In Figur 7 ist noch ein Querschnitt durch die Interconnec¬ torplatte 16 gegeben, in dem die bezüglich Figur 4 und 5 beschriebenen Merkmale dieser Darstellung nachvollzogen werden können. 7 shows a cross section through the Interconnec ¬ gate plate 16 is still present, in which the figure can be understood with respect to features of this representation described. 4 and 5
Der thermische Ausdehnungskoeffizient des integrierten Bau¬ teils liegt bevorzugt in der Nähe des Ausdehnungskoeffizienten der Substratstruktur 40. Der Ausdehnungskoeffizient soll- te zwischen 12 x 10~6 K-1 - 14 x 10~6 K-1 insbesondere beiThe thermal expansion coefficient of the integrated component ¬ part is preferably in the vicinity of the expansion coefficient of the substrate structure 40. The coefficient of expansion should te between 12 x 10 ~ 6 K -1 - 14 x 10 ~ 6 K -1 in particular at
13 x 10"6 K"1 1iegen. Als Material für das integrierte Bauteil bietet sich daher ein ferristischer Stahl mit einem Chromgehalt zwischen 15 Gew. % und 30 Gew 13 x 10 "6 K" 1 1iegen. As a material for the integrated component, therefore, offers a ferrite steel with a chromium content between 15 wt.% And 30 wt

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektrischer Energiespeicher mit einem Stack 2, der mehrere Speicherzellen 4 umfasst, wobei jede Speicherzelle 4 mindestens zwei Gehäuseplatten 6, 8 aufweist, wobei eine erste Gehäuseplatte 6 eine LuftZuführung 10 umfasst und eine zweite Gehäuseplatte 8 eine Aufnahme 12 für ein Spei¬ chermedium 14 umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Gehäuseplatte 8 einer ersten Speicherzelle 4 und die erste Gehäuseplatte 6 einer zweiten Speicherzelle 4' in Form eines integrierten Bauteils 16 dargestellt sind. 1. Electrical energy storage device with a stack 2, which comprises a plurality of memory cells 4, each memory cell 4 having at least two housing plates 6, 8, wherein a first housing plate 6 comprises an air supply 10 and a second housing plate 8 a receptacle 12 for a Spei ¬ chermedium 14th comprises, characterized in that the second housing plate 8 of a first memory cell 4 and the first housing plate 6 of a second memory cell 4 'in the form of an integrated component 16 are shown.
2. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das integrierte Bauteil 16 plattenför- mig ausgestaltet ist und eine Seite des integrierten Bau¬ teils 16 die erste Gehäuseplatte 6 mit der LuftZuführung (Luftzuführungsseite) 18 der zweiten Speicherzelle 4' dar¬ stellt und die andere Seite des integrierten Bauteils 16 (Speicherseite 20) die zweite Gehäuseplatte 8 der ersten Speicherzelle 4 mit der Aufnahme 12 für das Speichermedium2. Electrical energy storage device according to claim 1, characterized in that the integrated component 16 is plate-mig designed, and a side of the integrated construction ¬ part 16, the first housing plate 6 'represents ¬ provides with the air inlet (air inlet side) 18 of the second memory cell 4 and the other side of the integrated component 16 (memory page 20), the second housing plate 8 of the first memory cell 4 with the receptacle 12 for the storage medium
14 bildet. 14 forms.
3. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 12 für das Spei- chermedium 14 in Form von Vertiefungen 13 mit einer Tiefe von mindestes 2 mm ausgestaltet ist. 3. Electrical energy store according to claim 1 or 2, characterized in that the receptacle 12 is designed for the storage medium 14 in the form of recesses 13 with a depth of at least 2 mm.
4. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme 12 für das Speichermedium 14 durch eine Elektrodentragstruktur 22 bedeckt ist und gegenüber einer Umgebung abgedichtet sind. 4. Electrical energy store according to claim 3, characterized in that the receptacle 12 for the storage medium 14 is covered by an electrode support structure 22 and are sealed from an environment.
5. Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Aufnahme 12 für das Speichermedium 14 eine Wasserdampfatmosphäre vor¬ herrscht . 5. Electrical energy store according to one of the preceding claims, characterized in that in the receptacle 12th for the storage medium 14, a steam atmosphere prevails ¬ .
6. Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Luftzufüh¬ rungsseite 18 des integrierten Bauteils 16 mindestens ein Kanal 24 in Form einer Vertiefung 25 eingebracht ist, die über eine Bohrung 26 mit einer Luftzufuhrvorrichtung 28 des Stacks 2 verbunden ist. 6. Electrical energy store according to one of the preceding claims, characterized in that at least one channel 24 is introduced in the form of a recess 25 at the Luftzufüh ¬ tion side 18 of the integrated component 16, which is connected via a bore 26 with an air supply device 28 of the stack 2 ,
7. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Bohrung 26 bezüglich einer Ebene 30, in der der Kanal liegt, eine Neigung 32 aufweist, die zwischen 2° und 25°, bevorzugt zwischen 5° und 15° liegt. 7. Electrical energy store according to claim 6, characterized in that the bore 26 with respect to a plane 30 in which the channel is located, an inclination 32 which is between 2 ° and 25 °, preferably between 5 ° and 15 °.
8. Elektrischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenstruktur 22 eine planare Struktur ist. 8. Electrical energy store according to one of claims 4 to 7, characterized in that the electrode structure 22 is a planar structure.
9. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Elektrodenstruktur 22 eine positive Elektrode 34 einen Feststoffelektrolyten 36 , eine negative Elektrode 38 und eine planare Substratstruktur 40 umfasst. 9. Electrical energy store according to claim 8, characterized in that the planar electrode structure 22 comprises a positive electrode 34, a solid electrolyte 36, a negative electrode 38 and a planar substrate structure 40.
10. Elektrischer Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratstruktur 40 in flächiger Verbindung zu negativen Elektrode 38 steht. 10. Electrical energy store, characterized in that the substrate structure 40 is in surface connection to the negative electrode 38.
11. Elektrischer Energiespeicher nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Kanal 24 im direkten Kontakt mit der positiven Elektrode 34 steht. 11. Electrical energy store according to one of claims 6 to 10, characterized in that the at least one channel 24 is in direct contact with the positive electrode 34.
12. Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass der Stack 2 schichtförmig mit einer Abfolge folgender Bauteile ausgestaltet ist: 12. Electrical energy store according to one of the preceding claims, characterized in that the stack 2 is designed in layers with a sequence of the following components:
eine Grundplatte 42 mit einer Luftzufuhr für die erste a base plate 42 with an air supply for the first
Speicherzelle 4, Memory cell 4,
eine erste Elektrodenstruktur 22,  a first electrode structure 22,
das integrierte Bauteil 16, wobei die Speicherseite 20 der Elektrodenstruktur 22 zugewandt ist,  the integrated component 16, wherein the memory side 20 faces the electrode structure 22,
eine zweite Elektrodenstruktur 22', die der Luftzuführungsseite 18 des integrierten Bauteils 16 zugewandt ist, sowie eine Abschlussplatte 44, die der negativen Elektrode 38 der zweiten Elektrodenstruktur 22 zugewandt ist und die eine Aufnahme 12 für das Speichermedium 14 enthält.  a second electrode structure 22 ', which faces the air supply side 18 of the integrated component 16, and a cover plate 44, which faces the negative electrode 38 of the second electrode structure 22 and which contains a receptacle 12 for the storage medium 14.
PCT/EP2013/050476 2012-01-25 2013-01-11 Electrical energy store WO2013110509A2 (en)

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DE102012201066A DE102012201066A1 (en) 2012-01-25 2012-01-25 Electric energy storage
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