[發(fā)明專利]用于制造電能存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380025337.1
• 申請(qǐng)日: 2013-04-24
• 公開（公告）號(hào): CN104302425A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: C.舒;T.索勒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西門子公司
• 主分類號(hào): B22F3/11
• 分類號(hào): B22F3/11
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 任宇

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種按權(quán)利要求1的前序部分所述的用于制造電能存儲(chǔ)單元存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法。

背景技術(shù)

例如從可再生能源中獲得的剩余電能只能在一定的范圍內(nèi)存儲(chǔ)在電網(wǎng)中。這也適用于化石能源發(fā)電廠在最佳的經(jīng)濟(jì)負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行之后產(chǎn)生的但消費(fèi)者不能從電網(wǎng)中調(diào)用的剩余能量。為了中間存儲(chǔ)更大量的這些剩余能量，存在各種大型存儲(chǔ)設(shè)備。其中一種是例如泵存儲(chǔ)發(fā)電廠。在電池領(lǐng)域，用于電能存儲(chǔ)的方法是，使用所謂的氧化物蓄電池(ROB)，也即高溫金屬空氣電池。在這種電池中，根據(jù)電池狀態(tài)(充電或放電)還原或氧化存儲(chǔ)介質(zhì)。在存儲(chǔ)介質(zhì)的多個(gè)循環(huán)的充電(也就是說還原)和放電(也就是說氧化)過程中，當(dāng)這種電池存在比較高的工作溫度(即，通常在600℃到900℃之間)時(shí)，該介質(zhì)易于通過燒結(jié)過程破壞存儲(chǔ)介質(zhì)所需的微觀結(jié)構(gòu)，尤其是多孔結(jié)構(gòu)。這導(dǎo)致電池的老化，然后導(dǎo)致電池的失效。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于，提供一種用于制造電能存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法，該存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)具有更高的壽命并且經(jīng)受更大周期數(shù)目的充和放電過程。

該技術(shù)問題的解決方案在于一種具有權(quán)利要求1所述特征的用于制造存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法。

按本發(fā)明的用于制造金屬空氣電能存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的方法包括活性存儲(chǔ)材料和惰性材料。該方法基于下列步驟：

首先制造包括活性存儲(chǔ)材料的多孔基體。在進(jìn)一步的方法步驟中，該多孔基體以浸潤介質(zhì)侵潤，其中，浸潤介質(zhì)包含惰性材料。惰性材料可以在浸潤介質(zhì)中以其最終的形式或化學(xué)前體存在。然后，對(duì)于已浸潤的用于產(chǎn)生惰性包覆結(jié)構(gòu)的基體進(jìn)行熱處理，該惰性包覆結(jié)構(gòu)至少部分地包覆活性存儲(chǔ)材料的顆粒。

此處，概念惰性理解為，在惰性材料和可能的反應(yīng)物之間慢慢地形成化學(xué)平衡，使得在現(xiàn)行的工作溫度下不發(fā)生變化，該反應(yīng)持續(xù)地影響存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的功能性。其理解為尤其是相對(duì)氣態(tài)或液態(tài)反應(yīng)物的惰性性能，該反應(yīng)物又與存儲(chǔ)材料發(fā)生反應(yīng)。此外，其本身理解為相對(duì)存儲(chǔ)材料的惰性性能。尤其是使用二氧化鋯、氧化釔、氧化鎂、氧化銫、氧化鋁或其組合作為惰性存儲(chǔ)材料。

活性存儲(chǔ)材料在能量存儲(chǔ)單元(下面簡(jiǎn)稱為存儲(chǔ)單元)工作時(shí)根據(jù)其充電狀態(tài)以不同化學(xué)形式存在。這意味著，活性存儲(chǔ)材料在充或放電過程中經(jīng)受化學(xué)轉(zhuǎn)化。該化學(xué)轉(zhuǎn)化與體積的不斷變化有關(guān)，體積的不斷變化分別與存儲(chǔ)材料的轉(zhuǎn)化度有關(guān)。包覆結(jié)構(gòu)在活性存儲(chǔ)材料的化學(xué)轉(zhuǎn)化期間盡可能地形狀穩(wěn)定，因此它保護(hù)活性存儲(chǔ)材料的各個(gè)顆粒在其化學(xué)轉(zhuǎn)化期間不受燒結(jié)過程的損壞。在極端充電狀態(tài)(例如完全放電狀態(tài))中，活性存儲(chǔ)材料具有其最大的體積并且在此幾乎完全填充包覆結(jié)構(gòu)。在另外的極端存儲(chǔ)狀態(tài)(例如完全充電過程)中，活性存儲(chǔ)材料具有最小的體積，其中，在包覆結(jié)構(gòu)的內(nèi)部除了活性存儲(chǔ)材料外還存在未填充存儲(chǔ)材料的空腔。

多個(gè)圍繞活性存儲(chǔ)材料的各個(gè)顆粒形成的包覆結(jié)構(gòu)又形成骨架結(jié)構(gòu)，該骨架結(jié)構(gòu)然后以宏觀形式形成原本的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)。

在各個(gè)包覆結(jié)構(gòu)之間，骨架結(jié)構(gòu)還可以通過另外的各個(gè)惰性支撐顆粒加強(qiáng)，該惰性支撐顆粒不必具有與包覆結(jié)構(gòu)的材料相同的化學(xué)成分。這種支撐顆粒可以形成骨架結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步加強(qiáng)并因此形成存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步加強(qiáng)。

在進(jìn)一步方法步驟中以浸潤介質(zhì)浸潤的基體可以通過不同的制造方法示出。特別簡(jiǎn)單的制造方法在此是擠壓法。此處還可以采用單軸擠壓法或采用等靜壓擠壓法(冷等靜壓或熱等靜壓擠壓法)。此外，提到所謂的沉積方法、篩壓方法或?qū)訅簤弘娞沾杀∧?Grünfolie)作為適宜的制造方法。

基體的特征為，它具有處于體積百分比20％到50％之間的開口孔隙度。在優(yōu)選的實(shí)施形式中，孔隙度在體積百分比20％到40％之間。在該孔隙度范圍內(nèi)，基體的浸潤是特別有效的，其中，在制造存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)之后存在較高份額的活性存儲(chǔ)材料。

浸潤介質(zhì)可以以溶膠的形式存在(在采用所謂的溶膠-凝膠方法的情況下)、以溶液形式存在或以懸濁液形式存在。懸濁液此處理解為由液體和分散在其中的細(xì)微的固體組成的異質(zhì)的材料混合物。分散的細(xì)微固體顆粒通過適合的設(shè)備，如攪拌器保持懸浮在液體(例如水或酒精)中。此處可以輔助地采用附加的分散劑。概念溶液理解為兩種物質(zhì)的均質(zhì)的混合物，例如在溶劑中的鹽，這又可以是尤其是水或酒精。在溶劑蒸發(fā)之后，溶解的材料又以其原始的化學(xué)形式作為固體存在。溶膠是指導(dǎo)致所謂溶膠-凝膠過程的原料，它又指一種方法，該方法為制造非金屬的無機(jī)材料或雜化聚合材料由膠體彌散。原材料在此也稱作所謂的前驅(qū)體(Precursoren)。在第一基本反應(yīng)中的溶液內(nèi)從上述原材料中產(chǎn)生最細(xì)小的粒子。通過溶膠的專門的再加工可以產(chǎn)生粉末、層或氣溶膠。