[发明专利]放热元件、电极构造、电能单元和单元排布、以及制造方法和控制方法

说明书

优先权申请DE10 2011 008 706.0的全部内容将在此通过引用作为本申请的组成部分。

本发明涉及放热元件、电极构造、电能单元和单元排布、制造所述放热元件的方法和用于控制所述电能单元或单元排布的方法。

在本申请范畴中将如下设备理解为电能单元，即还能够输出电能的设备。例如但不仅仅是能够将一次和二次电池单元（伽伐尼单元）、燃料单元、电容器单元、超级电容器，如超级电容（比如Supercap）及类似物理解为电能单元。

在电池技术上可观察得出，对一次和（特别是）二次电池（蓄电池）的开发伴随着不断增加的能量密度。在这种情况下，还使用了带有锂的材料组合。

在电极结构的构造中的缺陷能够导致电池的故障或者导致其他不希望出现的现象，例如功率下降、温度升高或类似现象。此类缺陷能够从一开始就例如通过结晶缺陷存在于电极结构中，或者随着时间的经过（比如通过老化或机械损坏）而形成，或者能够随着时间的经过而使初始的结晶缺陷变得显著或者恶化。其电极结构具有缺陷的单元能够但并不仅仅通过过量的温度作用或者通过随着时间的经过而产生的不可靠的功能而变得不可用，或者影响其他单元，从而使得其仅能够承受有限的负荷，必须在电学上从单元排布中取出或者甚至必须彻底更换。存在以下需求，即通过有针对性地考虑其缺陷来延长其电极结构存在缺陷的单元的寿命，或者至少部分保持其功率。

由DE112004000385T5已知一种调控热流的、用于电存储单元的覆盖物，所述电存储单元能够在短路状态下在过热点产生热量。所述覆盖物包括由导热材料形成的第一层，其形成为使得与电能的存储单元的外表面相一致，并且来自过热点的热量分布在表面部分上，所述表面部分大于过热点。所述覆盖物还包括由绝热材料形成的第二层，其形成为使得与第一层的外表面相一致，并且其延缓了到达第二层外表面的热流。由此能够降低电池的最大表面温度，并且将第二层的表面温度保持在一个预定的极限以下。

由WO03/038924A2已知一种带有膜电极构造的燃料单元，该膜电极构造紧邻多孔气体扩散层安装。膜电极构造将通过在其中加入反应物而活化。多孔气体扩散层作用如下，即为了减少热位置而选择性地限制达到膜电极构造的确定范围的反应物的量。在同一申请人相似的WO03/038936A1申请中，代替多孔气体扩散层设有由能够在Z轴方向上导电的材料所形成的层，所述材料具有正温度系数（此类层在接下来缩写为“PTC导体层”），其中，多孔PTC导体层作用如下，即，使得为了减少热位置而选择性地限制被膜电极构造的确定范围所接收（收集）的电子的量。

根据DE2007 046 939A1，液态冷却剂流过燃料单元排布，其中，监视冷却剂的压力在流过燃料单元之后达到或低于预定的极限值，其中，所述极限值大于冷却剂的沸点平衡压力。因为达到或低于沸点平衡压力会有形成蒸汽膜的危险，并因此在燃料单元中形成局部过热，所以能够通过监测冷却剂的压力来避免由于此类局部过热而在燃料单元排布中造成的损坏。

本发明的任务在于，特别（但并不仅仅是）鉴于前述观点来改善根据现有技术的结构。

由“Fraunhofer IWS Jahresbericht2008（弗劳恩霍夫研究院IWS所2008年年度报告）”第76页已知，使用纳米反应性多层作为能量存储器，其被用于拼合热敏元件。此类纳米反应性多层（随后还缩写成“RMS”）由数百层至几千层分别为10-100nm厚的单层形成，这些单层由至少两种不同材料所形成，在其化合时释放能量（放热反应）。因此在RMS中存储了一定量的化学能，其能够被用作局部热源。在通过外部能源（例如电火花或激光脉冲）的点燃之后，在释放能量的情况下引发所述多层材料的原子互扩散。这形成了前述的反应前端（Reaktionsfront），从中在非常短的时间内在空间上狭窄界定的区域内释放出高热量。在所谓的放热焊料箔中，快速反应的多层箔被用作用于产生焊接的局部热源；在这种情况下，在临近元件中的热量和电压输入能够最小化。以达到100μm的整体厚度例如通过物理气相分离法，比如磁控管和离子束喷涂沉积（德语“Ablagerung”）来制造RMS，并且能够直接在相应的元件上涂层，或者制造成独立的箔。例如Ni/Al或Ti/Al的材料组合，例如将被确定为有直至2000℃的局部可达到的温度，以及2-20m/s的传播速度。

所述任务将通过独立权利要求的特征得以完成。本发明的有益改进方式构成了从属权利要求的主题。