[发明专利]电能存储单元的存储结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种按照权利要求1前序部分的电能存储单元的存储结构。

背景技术

例如来自可再生能源的剩余的电能仅能在一定范围内存储到电网。这也适用于当火电站在最优的经济的负载范围运行时积累的然而不能被用电器从电网中调用的剩余能量。为了以更大的量中间存储这些剩余能量，有不同的大存储装置。其中之一例如是抽水蓄能电站。在电池部分，一种用于电能存储的方式在于使用所谓的可充电氧化物电池(ROB)，即高温金属空气电池。在这种电池的情况下，基于金属的存储介质根据电池状态(充电或放电)被还原或氧化。在存储介质多次这样循环的充电和放电过程即氧化和还原过程下，该介质在这样的电池处于的相对高的运行温度下(通常在600℃到800℃之间)趋向于，由于烧结工艺损毁存储介质所需的微观结构(特别是孔结构)。这导致电池老化并随后出现故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，提供一种电能存储的存储单元，其相对于现有技术具有更高的长期稳定性并且经受充电及放电过程的更高的循环次数。

该技术问题的解决方案在于具有权利要求1的特征的存储结构。

根据本发明的电能存储单元的存储结构包括活性存储材料，其特征在于，所述活性存储材料具有粒子尺寸分布，该粒子尺寸分布具有至少0.1μm的d₅值，其中，粒子尺寸分布的d₅₀值在0.1μm与1.5μm之间。存储单元的其它特征在于，粒子尺寸分布的d₉₅值小于10μm。在此，术语d₅₀值被理解成所有粒子的50％小于所给出的值。类似地，d₅值表示粒子的5％小于给出的0.1μm，而d₉₅值表示所有粒子的95％小于给出的值10μm。

在此，所谓的粒子尺寸分布是用于存储结构的活性存储材料的输出物质的粒子尺寸分布。在建好的存储结构中，活性存储材料的各个晶粒处于被压制或预烧结的形式，从而微观上形成结(Akklomeraten)或在接触区域中的内聚键(stoffschlüssige Verbindung)，其也称为烧结颈(Sinterhals)。各个晶粒由此可以通过温度处理在接触区域处通过扩散过程融合，这导致它们作为更大晶粒在微观上可见。因此，为了物质地表征活性存储材料，使用输出材料的粒子尺寸分布，其中，粒子尺寸分布也反映出在建好的存储材料或建好的存储结构的微观结构中的内聚的接触面。

在本发明的优选构造方式中，活性存储材料的输出材料的粒子尺寸分布的特征在于，d₅值小于0.2μm，粒子尺寸分布的d₅₀值在0.3μm与1、1.5μm之间，d₉₅值小于3μm。

在此，在两个要求保护的实施方式中分别涉及相对狭窄的粒子尺寸分布，其中，d₅₀值显示在大约1μm也就是在0.8μm与1.1μm之间的量级范围内，其足够小，从而粒子具有关于其体积尽可能大的表面，这又导致其与还要解释的反应物的反应足够大。另一方面，较大地选择D₅₀值，使得当存储结构在能量存储单元的工艺温度下(600℃到800℃之间)运行时，不必然立即进行烧结。这会在d₅₀值接近纳米范围的粒子尺寸分布中出现。因此，根据本发明证实d₅₀值刚好在1μm范围附近是特别有利的，另外，整个粒子尺寸分布必须非常狭窄，由此也不允许d₅值小于0.1μm，或在本发明的更优选的实施方式中不允许d₅值小于0.2μm。这意味着，活性存储材料所使用的晶粒的95％大于0.2μm，但是也小于3μm或10μm。

具有给定的d₅₀值的活性存储材料的粒子的这样狭窄的分布结构于是导致粒子足够大，使得其不会像纳米粒子那样趋于更高的烧结趋势，另一方面，粒子的中值较小，使得活性存储材料的各个晶粒的活性表面较大，以至于非常快地进行化学过程，特别是氧化还原过程，这以有利的方式缩短了能量存储单元的循环时间并提高了存储单元的效率。此外，通过活性存储材料的晶粒的高活性表面使得由于原料或工艺不纯净引起的可能的负面效应最小化。