[發明專利]用于儲存電能的設備和操作該設備的方法

有效

• 申請號: 201780025487.0
• 申請日: 2017-03-03
• 公開（公告）號: CN109075414B
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發明（設計）人: P·赫德布里徹;D·拜爾;W·亞布茨尼斯基;J·E·澤勒帕恩達;A·K·杜爾
• 申請（專利權）人: 巴斯夫歐洲公司
• 主分類號: H01M12/08
• 分類號: H01M12/08;H01M10/39
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 黃麗娜;吳鵬

本發明涉及一種用于儲存電能的設備，其包括具有通過固體電解質(3)分隔開的陽極空間(5)和陰極空間(11)的至少一個電化學電池單元(1)，并且包括連接到陽極空間(5)的用于陽極物質的第一儲存器(7)和連接到陰極空間(11)的用于陰極物質的第二儲存器(23)，其特征在于，陰極空間(11)還連接到第三儲存器(25)，第二儲存器(23)和第三儲存器(25)借助于氣體管道(33)互相連接，其中氣體管道(33)通向第二儲存器(23)和第三儲存器(25)的上部區域中，并且具有可逆輸送方向的用于氣體的輸送設備(35)容納在氣體管道(33)中，并且其中，(i)第二儲存器(23)具有在儲存器(23)的下部區域中的取出點(27)，該取出點連接到通向陰極空間(11)的上部區域中的管道(17)，并且第三儲存器(25)具有在第三儲存器(25)中所包含的液體的液面(31)處的取出點(29)，該取出點連接到通向陰極空間(11)的下部區域中的管道(19)，或者(ii)第二儲存器(23)和第三儲存器(25)各自具有在儲存器的下部區域中的取出點(41)，這些取出點連接到通向陰極空間(11)的下部區域中的管道(19)，并且各自具有在儲存器(23,25)中所包含的液體的液面(31)處的取出點(43)，這些取出點連接到通向陰極空間(11)的上部區域中的管道(17)。本發明還涉及一種操作該設備的方法。

技術領域

本發明從一種用于存儲電能的設備入手，該設備包括至少一個具有通過固體電解質分隔開的陽極空間和陰極空間的電化學電池單元，并且還包括連接到陽極空間的用于陽極物質的第一儲存器和連接到陰極空間的用于陰極物質的第二儲存器。本發明還涉及操作用于儲存電能的設備的方法。

背景技術

用于儲存電能的電化學電池單元一般被稱為電池或蓄能器。其它電化學設備例如為電解槽。這些例如可以用于由包含堿金屬的合適的鹽制備堿金屬。

除了在環境溫度下工作的電池以外，還存在需要高于環境溫度的工作溫度的電池。這些通常是使用熔融電解質操作的電化學電池單元，至少一種電解質的熔點高于環境溫度。該類型的電池例如是基于堿金屬和硫的電池，其中硫和堿金屬兩者均在熔融狀態下使用。

例如由DE-A 26 35 900或DE-A 26 10 222獲知這種基于作為陽極的熔融堿金屬和一般為硫的陰極反應參與物而工作的電池。這里，熔融堿金屬和陰極反應參與物通過可透過陽離子的固體電解質分離開。堿金屬與陰極反應參與物的反應在陰極發生。例如在使用鈉作為堿金屬并使用硫作為陰極反應參與物時，這是鈉和硫形成多硫化鈉的反應。為了將電池充電，多硫化鈉通過電能的引入而在電極處再次分解成鈉和硫。

為了增加基于熔融堿金屬和陰極反應參與物的電池的蓄電容量，使用其中借助于附加儲存容器來增加反應物的使用量的電池。為了實現放電，液體鈉被供給到固體電解質。液體鈉同時用作陽極并且形成經陽離子傳導固體電解質輸送到陰極的陽離子。流到陰極上的硫在陰極處還原為多硫化物，即與鈉離子反應而形成多硫化鈉。相應的多硫化鈉可以被收集在又一容器中。作為替代方案，也可以將多硫化鈉連同硫一起收集在陰極空間周圍的容器中。由于密度差，硫上升并且多硫化鈉沉積。該密度差還可以用于引起沿著陰極的流動。例如，WO 2011/161072中描述了相應的電池設計。

DE-A 10 2011 110 843公開了一種基于熔融鈉和熔融硫的電池，其中設置了用于鈉、硫和多硫化鈉的單獨的儲存器，并且在工作期間，在各種情況下需要的材料流經電池的單元。用于輸出電力的電極布置在鈉管道和多硫化物管道上。

WO-A 2010/135283描述了又一種鈉-硫電池，其中使用分開的用于鈉和硫的容器以便增加容量。這里，鈉和硫各自借助泵而被輸送通過電化學電池單元的相應電解質空間。這引起連續流動，使得在硫側形成的多硫化鈉從電解質空間連續排出。

由于所有電化學反應物都以熔融形式存在并且離子導電陶瓷膜的最佳電導率范圍僅在相對高的溫度下達到，所以這種電池的工作溫度通常處于300℃至370℃的范圍內。最高溫度一般由被用作固體電解質的陶瓷的劣化/降解決定。