储能布置结构、其应用和储能单元布置结构的制作方法
【专利说明】储能布置结构、其应用和储能单元布置结构
[0001]本发明涉及一种储能布置结构、其应用和一种储能单元布置结构。
[0002]通常对于能源供给而言，有必要在产生电流的供给与对电流的波动需求之间取得平衡，尤其在使用随时间变化的能量源的情况下，例如在使用风力发电厂、太阳能发电厂或光伏发电厂进行发电的情况下。这种平衡可例如借助抽水蓄能式水电站、压缩空气储能器和/或飞轮来实现。在使用电化学储能器时，传统使用的电池或蓄电池除了成本过高之外，还存在结构技术上的问题和/或受应用限制的问题。
[0003]从中可直观看出在不同实施方式中所共同秉持的一个观点，即应采用一种电化学单元用来存储电能，其中，这种电化学单元具有可充分利用空间的简单结构，这一点，可例如通过提高储能密度(存储的电能基于电化学单元的总容积)来实现，同时，电化学单元采用的设置，要使得对电化学单元充电和/或放电的电流(充电电流和/或放电电流)不致损害电单元的功能性。
[0004]电化学单元可借助或应借助液态部件来实现，其中，电化学单元采用的设置，要使得液态部件(阳极、阴极和电解质)在电化学单元运作期间以上下层的方式彼此重叠布置，或者说由于其本身的密度不同(质量密度)而呈层状，其中，液态的阳极(例如液态的阳极层)和液态的阴极(例如液态的阴极层)由液态的电解质(例如液态的电解质层)分隔开来。
[0005]此外，不同的实施方式还基于如下认知，即在具有液态部件(阳极、阴极、电解质)的电化学单元中，在电化学单元中流通的电流会对液态部件产生影响。这种电流可例如在具有液态部件的电化学单元中，使得单元难以或者不能扩大到较大的容积(例如大于
0.1m3)。在电流大于临界电流强度时，其中，极限电流强度受例如电化学单元的材料参数和高度影响，例如可在至少一个液态部件中引起流动(如由于所谓的泰勒不稳定性)，其中，该流动可损害电化学单元的功能。这例如可导致液态部件部分混合，或者破坏液态部件布置而成的层系统，从而可导致短路，例如液态的阳极与液态的阴极可直接接触。直观来看，应采用一种基于电化学单元的储能布置结构，其中，储能布置结构采用的设置，要使得在电化学单元的液态部件内部不会出现流动(如出现泰勒不稳定性)或者至少减小流动的强度，或者说要使得临界电流的强度得以提高，其中，超出该临界电流强度时在电化学单元的液态部件内部才会出现流动(例如出现泰勒不稳定性)。
[0006]换言之，可具有或应形成一种基于电化学单元的储能布置结构，其中，储能布置结构的功能即便是在高充电电流和/或放电电流的情况下也不能因为在电化学单元的液态部件中出现流动(或者由于泰勒不稳定性)而受损。同时电化学单元或者说储能布置结构的储能密度应尽可能高，例如到达最大，并且电化学单元或者说储能布置结构应尽可能简单，从而可成本合适地、例如大规模地运用该储能布置结构。
[0007]此外，可从中直观看出在不同实施方式中所秉持的另一个视角，即应采用一种储能单元布置结构，其具有多个电化学单元，其中，多个电化学单元可借助共同的磁场产生结构处于或进入稳定状态。储能单元布置结构的电化学单元例如可与电磁线圈结合，其中，该线圈在储能单元布置结构运作时产生磁场，该磁场穿过储能单元布置结构的多个电化学单
J L ο
[0008]根据不同的实施方式，储能布置结构可具有如下部分:至少一个电化学单元，其中，至少一个电化学单元具有工作时呈液态的第一电极(例如阳极)、工作时呈液态的电解质和工作时呈液态的第二电极(例如阴极)；和布置在至少一个电化学单元外周缘外部的、用于产生磁场的磁场产生结构，其中，磁场产生结构采用的设置，要使得产生的磁场穿过至少一个电化学单元，例如穿过至少一个电化学单元的外周缘。
[0009]直观来看，可具备或应形成的磁场，要使得至少一个电化学单元的液态阳极、液态电解质和/或液态阴极进入稳定状态。换言之，应阻止或至少减少例如在电化学单元中出现流动的情况，或者应提高临界电流，其中，超出该临界电流时便会在电化学单元之内出现流动。这就确保了在以高电流例如几千安培甚至兆安培的电流对电化学单元进行充电时电化学单元的功能性，或者确保了在电化学单元释放高电流时电化学单元的功能性。因此，该储能布置结构可用作临时电化学储能器。此外，直观来看，储能布置结构可采用的设置，要使得电化学单元之内的流动动态受到外部产生的磁场的影响。因此，可摒弃其他例如需要更复杂结构的措施。例如，电化学单元可具有圆柱形、长方体形(或立方体形)或任何棱柱形的形状。
[0010]根据不同的实施方式，磁场产生结构可布置在电化学单元外部，从而使磁场可从外部进入电化学单元。因此，电化学单元不必具有安装磁场产生结构所需的例如通孔或凹处。直观来看，电化学单元可具有任意一种外形或表面。磁场产生结构的有效部分在延伸时例如不穿过电化学单元。
[0011]根据不同的实施方式，磁场产生结构可被或应被布置和设置于电化学单元外部。因此，电化学单元设计可被或应被独立于磁场产生结构进行选择。因此可例如避免必须强制使用空心体作为电化学单元的情况。于是，可具有或应形成更大的空间利用率(储能密度)。此外，例如由于结构简单，储能布置结构可成本合适地进行制造和/或可例如不易出错O
[0012]根据不同的实施方式，储能布置结构可具有:至少一个电化学单元，其中，至少一个电化学单元具有工作时呈液态的阳极、工作时呈液态的电解质和工作时呈液态的阴极；布置在至少一个电化学单元外部的、用于产生磁场的磁场产生结构，其中，磁场产生结构采用的结构，要使得借助磁场产生结构在电化学单元外部产生的磁场穿过至少一个电化学单
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[0013]根据不同的实施方式，电化学单元的工作时呈液态的阳极可具有以下成分中的至少一个:金属、金属合金、半金属和半金属合金。
[0014]根据不同的实施方式，电化学单元的工作时呈液态的阴极可具有以下成分中的至少一个:金属、金属合金、半金属和半金属合金。
[0015]此外，磁场产生结构可具有一个永磁体或多个永磁体。一个永磁体或多个永磁体可布置在例如与电化学单元相距一段距离的位置上，其相对于电化学单元采用的布置，要使得相应产生的磁场从外部穿过电化学单元。
[0016]此外，磁场产生结构可具有能导电的线圈布置结构。能导电的线圈布置结构可布置在例如与电化学单元相距一段距离的位置上，其相对于电化学单元采用的布置，要使得借助能导电的线圈布置结构产生的相应磁场从外部穿过电化学单元。能导电的线圈布置结构可具有一个或多个线圈。
[0017]根据不同的实施方式，工作时呈液态的阳极、工作时呈液态的电解质和工作时呈液态的阴极可形成具有至少一个分界面的分层结构。在此，部件(阳极、电解质和阴极)各自的材料可具有分别不同的质量密度，因此在地球重力场的作用下形成液态部件的分层结构。磁场产生结构可采用的设置，要使得产生磁场的磁场分量平行于分层结构的至少一个分界面的平面法线。直观来看，电化学单元的液态部件可在地球重力场中对齐，并且产生磁场的磁场分量平行于导致对齐的重力。
[0018]此外，磁场产生结构可具有一个线圈布置结构，该布置结构可采用的设置，要使得至少一个电化学单元定位在线圈布置结构的第一线圈与线圈布置结构的第二线圈之间。此夕卜，线圈布置结构可采用亥姆霍兹线圈布置结构，其中，在亥姆霍兹线圈布置结构的线圈之间可产生或应产生基本上均匀的磁场。
[0019]此外，磁场产生结构可与至少一个电化学单元导电连接，从而在至少一个电化学单元充电或放电时，使电流流过磁场产生结构或者在磁场产生结构内部流动。磁场产生结构的至少一个线圈可例如与至少一个电化学单元导电连接，从而在至少一个电化学单元充电或放电时使电流流过磁场产生结构的至少一个线圈。
[0020]储能布置结构可具有例如至少一个热源，用于加热至少一个电化学单元。电化学单元的部件可被热源液化或者至少部分液化。此外，电化学单元还可借助充电电流或者借助放电电流来加热。
[0021]根据不同的实施方式，可使用储能布置结构(如文中所述)借助至少一个电化学单元中的化学反应来存储电能。此外，磁场产生结构可用在电化学单元外部，用以稳定电化学单元，例如用以减少或阻止因出现泰勒不稳定性而发生的功能损坏。根据不同的实施方式，可使用储能单元布置结构(如文中所述)借助至少一个电化学单元中的化学反应来存储电會K。
[0022]根据不同的实施方式，电化学单元可具有凸状的单元壳体，电化学单元的液态部件可容纳在该单元壳体中。
[0023]此外，电化学单元可具有第一电接触部，该接触部与电化学单元的第一电极(