[发明专利]用于制造电能存储单元的存储结构的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种按权利要求1的前序部分所述的用于制造电能存储单元存储结构的方法。

背景技术

例如从可再生能源中获得的剩余电能只能在一定的范围内存储在电网中。这也适用于化石能源发电厂在最佳的经济负载范围内运行之后产生的但消费者不能从电网中调用的剩余能量。为了中间存储更大量的这些剩余能量，存在各种大型存储设备。其中一种是例如泵存储发电厂。在电池领域，用于电能存储的方法是，使用所谓的氧化物蓄电池(ROB)，也即高温金属空气电池。在这种电池中，根据电池状态(充电或放电)还原或氧化存储介质。在存储介质的多个循环的充电(也就是说还原)和放电(也就是说氧化)过程中，当这种电池存在比较高的工作温度(即，通常在600℃到900℃之间)时，该介质易于通过烧结过程破坏存储介质所需的微观结构，尤其是多孔结构。这导致电池的老化，然后导致电池的失效。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种用于制造电能存储器的存储单元的存储结构的方法，该存储结构相对现有技术具有更高的寿命并且经受更大周期数目的充和放电过程。

该技术问题的解决方案在于一种具有权利要求1所述特征的用于制造存储结构的方法。

按本发明的用于制造金属空气电能存储单元的存储结构的方法包括活性存储材料和惰性材料。该方法基于下列步骤：

首先制造包括活性存储材料的多孔基体。在进一步的方法步骤中，该多孔基体以浸润介质侵润，其中，浸润介质包含惰性材料。惰性材料可以在浸润介质中以其最终的形式或化学前体存在。然后，对于已浸润的用于产生惰性包覆结构的基体进行热处理，该惰性包覆结构至少部分地包覆活性存储材料的颗粒。

此处，概念惰性理解为，在惰性材料和可能的反应物之间慢慢地形成化学平衡，使得在现行的工作温度下不发生变化，该反应持续地影响存储结构的功能性。其理解为尤其是相对气态或液态反应物的惰性性能，该反应物又与存储材料发生反应。此外，其本身理解为相对存储材料的惰性性能。尤其是使用二氧化锆、氧化钇、氧化镁、氧化铯、氧化铝或其组合作为惰性存储材料。

活性存储材料在能量存储单元(下面简称为存储单元)工作时根据其充电状态以不同化学形式存在。这意味着，活性存储材料在充或放电过程中经受化学转化。该化学转化与体积的不断变化有关，体积的不断变化分别与存储材料的转化度有关。包覆结构在活性存储材料的化学转化期间尽可能地形状稳定，因此它保护活性存储材料的各个颗粒在其化学转化期间不受烧结过程的损坏。在极端充电状态(例如完全放电状态)中，活性存储材料具有其最大的体积并且在此几乎完全填充包覆结构。在另外的极端存储状态(例如完全充电过程)中，活性存储材料具有最小的体积，其中，在包覆结构的内部除了活性存储材料外还存在未填充存储材料的空腔。

多个围绕活性存储材料的各个颗粒形成的包覆结构又形成骨架结构，该骨架结构然后以宏观形式形成原本的存储结构。

在各个包覆结构之间，骨架结构还可以通过另外的各个惰性支撑颗粒加强，该惰性支撑颗粒不必具有与包覆结构的材料相同的化学成分。这种支撑颗粒可以形成骨架结构的进一步加强并因此形成存储结构的进一步加强。

在进一步方法步骤中以浸润介质浸润的基体可以通过不同的制造方法示出。特别简单的制造方法在此是挤压法。此处还可以采用单轴挤压法或采用等静压挤压法(冷等静压或热等静压挤压法)。此外，提到所谓的沉积方法、筛压方法或层压压电陶瓷薄膜(Grünfolie)作为适宜的制造方法。

基体的特征为，它具有处于体积百分比20％到50％之间的开口孔隙度。在优选的实施形式中，孔隙度在体积百分比20％到40％之间。在该孔隙度范围内，基体的浸润是特别有效的，其中，在制造存储结构之后存在较高份额的活性存储材料。

浸润介质可以以溶胶的形式存在(在采用所谓的溶胶-凝胶方法的情况下)、以溶液形式存在或以悬浊液形式存在。悬浊液此处理解为由液体和分散在其中的细微的固体组成的异质的材料混合物。分散的细微固体颗粒通过适合的设备，如搅拌器保持悬浮在液体(例如水或酒精)中。此处可以辅助地采用附加的分散剂。概念溶液理解为两种物质的均质的混合物，例如在溶剂中的盐，这又可以是尤其是水或酒精。在溶剂蒸发之后，溶解的材料又以其原始的化学形式作为固体存在。溶胶是指导致所谓溶胶-凝胶过程的原料，它又指一种方法，该方法为制造非金属的无机材料或杂化聚合材料由胶体弥散。原材料在此也称作所谓的前驱体(Precursoren)。在第一基本反应中的溶液内从上述原材料中产生最细小的粒子。通过溶胶的专门的再加工可以产生粉末、层或气溶胶。