[发明专利]存储元件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的用于固体电解质电池的存储元件以及一种根据权利要求10的前序部分所述的用于制造这种存储元件的方法。

背景技术

固体电解质电池基于固体电解质燃料电池的原理，为了用作电池，所述固体电解质燃料电池以附加的陶瓷存储体来补充。在该存储体的陶瓷基质中掺入金属颗粒或者金属氧化物颗粒。为了从电池提取能量，金属颗粒通过电化学方式与氧转化成相应的氧化物，其中能够在电池的抽头电极上提取释放的能量作为电能。为了对这种电池进行再充电，使电池的与固体氧化物燃料电池相当的组成部分以电解模式运行，从而通过所输送的电能形成氢，氢又能将所述金属氧化物再次还原成相应的金属。

对于这种电池的容量以及充电与放电特性特别重要的是所掺入的金属颗粒或金属氧化物颗粒的可到达性以及其活性表面。现今，通常使用基本上球形或椭圆形的具有小于10μm的中值粒度大小d50的金属颗粒。然而，这种颗粒具有高反应性，并且因此在固体电解质电池的高运行温度的情况下易于快速相互烧结。通过所述烧结，颗粒的大部分的活性表面丧失，从而如此构造的电池的存储元件呈现快速老化。

发明内容

因此，本发明所基于的任务是，说明一种根据权利要求1的前序部分所述的存储元件，所述存储元件不仅在充电放电周期中而且也在待机运行中具有特别高的存储容量、良好的放电特性以及同时具有长时间稳定性。此外，本发明所基于的任务是，提供一种根据权利要求10的前序部分所述的方法，所述方法能够实现这种存储元件的制造。

所述任务通过具有权利要求1的特征的存储元件以及通过具有权利要求10的特征的方法解决。

用于固体电解质电池的这种存储元件具有由多孔陶瓷基质组成的基体，由金属和/或金属氧化物组成的颗粒被掺入到所述多孔陶瓷基质中，所述金属与金属氧化物一起形成氧化还原对。在此根据本发明规定，所述颗粒片状地构造。与由现有技术已知的颗粒的球形或椭圆形形状相比，片状的金属颗粒或金属氧化物颗粒具有特别有利的表面积-体积比例。由此，能够实现特别高的封装密度以及因此特别高的存储容量。此外，具有片状的金属颗粒或金属氧化物颗粒的存储元件的特征在于与体积相等的球形颗粒相比对于氧化还原反应所需的粒间穿透深度特别小，这在具有这种存储元件的电池的充电与放电过程时明显改善了反应动力学。此外，扁平的颗粒形状使得各个金属颗粒或者金属氧化物颗粒的相互分离变得容易，这降低了这些颗粒运行中的相互烧结。这不仅改善了存储元件的可用的容量，而且改善了其长时间稳定性。

优选地，所述颗粒具有大于10的纵横比——即其长主轴与短主轴的长度的比例，从而能够实现体积与表面积的特别好的比例。

所使用的由金属和/或金属氧化物组成的颗粒的中值粒度大小d50优选是10-20μm。粒度d90、即所述颗粒的90%所不低于的大小，在此优选是小于60μm。

此外符合目的的是，颗粒相对于优选方向定向，以便实现特别密封的封装和低的烧结倾向。在本发明的另一个扩展方案中，所述颗粒由铁和/或氧化铁、尤其是铁云母构造。铁云母的使用尤其有利，这是因为基于其晶体结构能够使铁云母成所期望的片状构造，而不需要耗费的处理。

存储元件的基质本身优选由经烧结的陶瓷颗粒组成，所述陶瓷颗粒符合目的地具有小于1μm的中值粒度大小d50。因为陶瓷颗粒构造得比金属颗粒显著更小，所以金属颗粒大面积地由陶瓷颗粒覆盖，从而几乎不发生金属颗粒自身之间的接触，所述接触稍后可能导致烧结。然而同时，金属颗粒的表面基本上保持可到达的，从而几乎不丧失反应表面。

优选地，陶瓷颗粒由氧化还原惰性的材料组成，尤其是由Al₂O₃、MgO或ZrO₂组成。显然，也可以使用其他氧化物陶瓷或基于碳化物或氮化物的陶瓷，只要它们在固体电解质电池中的电化学条件下不易于进行氧化还原反应。