[发明专利]用于使氧富化的结构元件、结构元件堆垛、用于获取富氧流体的装置、金属-氧电池和机动车

说明书

技术领域

本发明涉及用于使氧富化的结构元件、结构元件堆垛、用于获取富氧流体的装置、金属-氧电池和机动车。该金属-氧电池优选地包括锂-氧电池电芯。

背景技术

由于改善的储存能力、可更频繁的再充电性和更高的能量密度，基于金属-氧的电池(例如，基于锂-氧电芯的电池)得到日益广泛的应用。基于金属-氧电芯的电池的特征尤其在于很高的能量密度和极低的自放电。

具有更小的能量存储能力的电池例如用于小型便携式电子设备，如移动电话、笔记本电脑、便携式摄像机等，而具有大容量的电池用作用于驱动机动车(例如混合动力车或电动车辆等)的马达的能量来源，或者用作固定的储能器，例如用于用来获取再生能量形式的系统。

如果金属-氧电芯的金属电极和空气电极通过负载导电地连接，则带负电的电子从金属电极流向空气电极。同时金属离子流动通过导电的电解质。在此出现与氧的反应。在为金属-氧电池充电时，这个过程以相反的方向进行，以前结合的氧被再次释放。金属-氧电芯能够实现相对很大的能量密度，因为氧不必包含在电池本身中，而是可以从环境引入。

因此，在闭合系统中，系统中的氧的量在放电期间减少，并且在充电期间再次增多。

在开放式系统中，大气可用作氧来源，其中，尤其在锂-氧电芯中要注意的是：仅将氧、但不要将包含在大气中的湿气或其他污染物输送给电芯。因此，根据现有技术，如在WO2011/052440A1中记录的那样，锂-氧电芯包括膜，膜特别对于水和/或水蒸气是不可穿透的，而对于氧优选地是可穿透的。

从US2009/0239132A1已知一种锂-氧电芯，其包括空气进口和空气出口。在此，空气输送管路包括H₂O和CO₂分离器。

US2012/0041628A1涉及一种金属-空气电池，其中，氧浓度在电池充电期间保持恒定。在此，氧供给通过储罐进行，其中，氧在回路中引导或排放到大气中。

发明内容

根据本发明提供了一种具有根据权利要求1所述特征的用于使氧富化的结构元件。此外，根据本发明提供了具有根据权利要求4所述特征的结构元件堆垛、具有根据权利要求7所述特征的用于输送富氧流体的装置、具有根据权利要求9所述特征的金属-氧电池和具有根据权利要求10所述特征的机动车。

根据本发明提出的结构元件包括至少一个氧分离膜，其平坦地构造有两个平行延伸的边缘。该结构元件的特征在于，在该膜的一侧上布置有垂直于面的、与边缘平行延伸的通道侧壁以用于形成至少一个流动通道。

该结构元件具有的优点是，能够从流动通过流动通道的流体中容易地实现氧的富化或贫化。

在一个实施方式中，该一侧是膜的渗透侧。

此时，利用该结构元件可使流动通过流动通道的流体容易地贫化。

在另一实施方式中，该一侧是膜的滞留侧。

此时，利用该结构元件可使流动通过流动通道的流体容易地富化。

根据本发明提出的结构元件堆垛包括至少一个结构元件对，其包括一个实施方式的结构元件和另一实施方式的结构元件，其中，结构元件的膜具有基本上相同的尺寸和基本上相同的形状。在此，结构元件对的结构元件中的一个的通道侧壁与结构元件中的另一个的对置侧如此连接，即，结构元件中的一个的通道侧壁和一侧与结构元件中的另一个的对置侧形成闭合的流动通道。

该结构元件堆垛具有的优点是，能够从流动通过闭合的流动通道的流体中容易地实现氧的富化或贫化。

在结构元件堆垛的一个实施方式中，结构元件的膜具有基本上四重离散的旋转对称的形状，并且一个对的结构元件如此布置，即，该结构元件中的一个的平行延伸的边缘垂直于结构元件中的另一个的平行延伸的边缘。

这使得能够实现容易地引入和引出氧和待贫化或待富化的流体。

在结构元件堆垛的另一实施方式中，一个对的结构元件如此布置，即，结构元件中的一个的平行延伸的边缘与结构元件中的另一个的平行延伸的边缘平行延伸。

此时气体交换可有利地以逆流的方式实现。

根据本发明提出的用于获取富氧流体的装置包括新鲜空气导入部、排气导出部、用于输送富氧流体的氧导出部和根据本发明的结构元件堆垛。在此，新鲜空气导入部和排气导出部使流体能流动地与另一实施方式的结构元件的流动通道的对置端连接。氧导出部使流体能流动地与在一个实施方式的结构元件的一侧上的流动通道的端部连接。

这样可容易地实现纯的或净化了的氧富化。尤其可借助于该装置为基于金属-氧的电池输送富氧流体。