用于使氧富化的結(jié)構(gòu)元件、結(jié)構(gòu)元件堆垛、用于獲取富氧流體的裝置、金屬-氧電池和機動車的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于使氧富化的結(jié)構(gòu)元件、結(jié)構(gòu)元件堆垛、用于獲取富氧流體的裝置、金屬-氧電池和機動車。該金屬-氧電池優(yōu)選地包括鋰-氧電池電芯。
【背景技術(shù)】
[0002]由于改善的儲存能力、可更頻繁的再充電性和更高的能量密度，基于金屬-氧的電池(例如，基于鋰-氧電芯的電池)得到日益廣泛的應(yīng)用。基于金屬-氧電芯的電池的特征尤其在于很高的能量密度和極低的自放電。
[0003]具有更小的能量存儲能力的電池例如用于小型便攜式電子設(shè)備，如移動電話、筆記本電腦、便攜式攝像機等，而具有大容量的電池用作用于驅(qū)動機動車(例如混合動力車或電動車輛等)的馬達的能量來源，或者用作固定的儲能器，例如用于用來獲取再生能量形式的系統(tǒng)。
[0004]如果金屬-氧電芯的金屬電極和空氣電極通過負載導(dǎo)電地連接，則帶負電的電子從金屬電極流向空氣電極。同時金屬離子流動通過導(dǎo)電的電解質(zhì)。在此出現(xiàn)與氧的反應(yīng)。在為金屬-氧電池充電時，這個過程以相反的方向進行，以前結(jié)合的氧被再次釋放。金屬-氧電芯能夠?qū)崿F(xiàn)相對很大的能量密度，因為氧不必包含在電池本身中，而是可以從環(huán)境引入。
[0005]因此，在閉合系統(tǒng)中，系統(tǒng)中的氧的量在放電期間減少，并且在充電期間再次增多。
[0006]在開放式系統(tǒng)中，大氣可用作氧來源，其中，尤其在鋰-氧電芯中要注意的是:僅將氧、但不要將包含在大氣中的濕氣或其他污染物輸送給電芯。因此，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，如在WO 2011/052440 Al中記錄的那樣，鋰-氧電芯包括膜，膜特別對于水和/或水蒸氣是不可穿透的，而對于氧優(yōu)選地是可穿透的。
[0007]從US 2009/0239132 Al已知一種鋰-氧電芯，其包括空氣進口和空氣出口。在此，空氣輸送管路包括H2O和(302分離器。
[0008]US 2012/0041628 Al涉及一種金屬-空氣電池，其中，氧濃度在電池充電期間保持恒定。在此，氧供給通過儲罐進行，其中，氧在回路中引導(dǎo)或排放到大氣中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]根據(jù)本發(fā)明提供了一種具有根據(jù)權(quán)利要求1所述特征的用于使氧富化的結(jié)構(gòu)元件。此外，根據(jù)本發(fā)明提供了具有根據(jù)權(quán)利要求4所述特征的結(jié)構(gòu)元件堆垛、具有根據(jù)權(quán)利要求7所述特征的用于輸送富氧流體的裝置、具有根據(jù)權(quán)利要求9所述特征的金屬-氧電池和具有根據(jù)權(quán)利要求10所述特征的機動車。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)元件包括至少一個氧分離膜，其平坦地構(gòu)造有兩個平行延伸的邊緣。該結(jié)構(gòu)元件的特征在于，在該膜的一側(cè)上布置有垂直于面的、與邊緣平行延伸的通道側(cè)壁以用于形成至少一個流動通道。
[0011]該結(jié)構(gòu)元件具有的優(yōu)點是，能夠從流動通過流動通道的流體中容易地實現(xiàn)氧的富化或貧化。
[0012]在一個實施方式中，該一側(cè)是膜的滲透側(cè)。
[0013]此時，利用該結(jié)構(gòu)元件可使流動通過流動通道的流體容易地貧化。
[0014]在另一實施方式中，該一側(cè)是膜的滯留側(cè)。
[0015]此時，利用該結(jié)構(gòu)元件可使流動通過流動通道的流體容易地富化。
[0016]根據(jù)本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)元件堆垛包括至少一個結(jié)構(gòu)元件對，其包括一個實施方式的結(jié)構(gòu)元件和另一實施方式的結(jié)構(gòu)元件，其中，結(jié)構(gòu)元件的膜具有基本上相同的尺寸和基本上相同的形狀。在此，結(jié)構(gòu)元件對的結(jié)構(gòu)元件中的一個的通道側(cè)壁與結(jié)構(gòu)元件中的另一個的對置側(cè)如此連接，即，結(jié)構(gòu)元件中的一個的通道側(cè)壁和一側(cè)與結(jié)構(gòu)元件中的另一個的對置側(cè)形成閉合的流動通道。
[0017]該結(jié)構(gòu)元件堆垛具有的優(yōu)點是，能夠從流動通過閉合的流動通道的流體中容易地實現(xiàn)氧的富化或貧化。
[0018]在結(jié)構(gòu)元件堆垛的一個實施方式中，結(jié)構(gòu)元件的膜具有基本上四重離散的旋轉(zhuǎn)對稱的形狀，并且一個對的結(jié)構(gòu)元件如此布置，即，該結(jié)構(gòu)元件中的一個的平行延伸的邊緣垂直于結(jié)構(gòu)元件中的另一個的平行延伸的邊緣。
[0019]這使得能夠?qū)崿F(xiàn)容易地引入和引出氧和待貧化或待富化的流體。
[0020]在結(jié)構(gòu)元件堆垛的另一實施方式中，一個對的結(jié)構(gòu)元件如此布置，即，結(jié)構(gòu)元件中的一個的平行延伸的邊緣與結(jié)構(gòu)元件中的另一個的平行延伸的邊緣平行延伸。
[0021]此時氣體交換可有利地以逆流的方式實現(xiàn)。
[0022]根據(jù)本發(fā)明提出的用于獲取富氧流體的裝置包括新鮮空氣導(dǎo)入部、排氣導(dǎo)出部、用于輸送富氧流體的氧導(dǎo)出部和根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件堆垛。在此，新鮮空氣導(dǎo)入部和排氣導(dǎo)出部使流體能流動地與另一實施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動通道的對置端連接。氧導(dǎo)出部使流體能流動地與在一個實施方式的結(jié)構(gòu)元件的一側(cè)上的流動通道的端部連接。
[0023]這樣可容易地實現(xiàn)純的或凈化了的氧富化。尤其可借助于該裝置為基于金屬-氧的電池輸送富氧流體。
[0024]此外，在一個實施方式中，裝置可包括電池空氣輸送部，其與一個實施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動通道的對置端連接并且適合于將貧氧流體從電池輸送給一個實施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動通道。
[0025]此時，用于基于金屬-氧的電池的氧輸送部更容易配置。
[0026]在從屬權(quán)利要求中給出并在說明書中說明了本發(fā)明的有利的改進方案。
【附圖說明】
[0027]借助附圖和隨后的說明詳細闡述本發(fā)明的實施例。其中:
[0028]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件的第一實施例；
[0029]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件的第二實施例；
[0030]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件堆垛的一個實施例；
[0031]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的用于輸送富氧流體的裝置的一個實施例；
[0032]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的用于輸送富氧流體的裝置的另一實施例；
[0033]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件的第三實施例；并且
[0034]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件堆垛的另一實施例。
【具體實施方式】
[0035]在圖1中以剖面圖示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件100第一實施例。結(jié)構(gòu)元件100包括氧可穿透的、但水在所有物態(tài)下都不可穿透的膜110，例如由鈣鈦礦(Perowskite)制成的膜。膜110的滲透側(cè)115(氧在該滲透側(cè)上富化)平坦地構(gòu)造，而膜110的滯留側(cè)116 (氧在該滯留側(cè)上貧化)設(shè)有垂直于膜110的接片120。接片120與膜的邊緣平行延伸。分別相鄰的接片120形成敞開的流動通道。因此，接片120也被稱為通道側(cè)壁。接片120可以由與膜相同的材料組成或例如包括塑料和/或金屬。
[0036]圖2所示的根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件的第二實施例的不同之處僅在于，在第二示例中接片120形成在滲透側(cè)115上，而滯留側(cè)116平坦地構(gòu)造。
[0037]在圖1和圖2的示例中，該結(jié)構(gòu)元件各具有5個接片120。但接片120的數(shù)目可以改變，只要通過接片120實現(xiàn)至少一個流動通道。在一個示例性的實施方式中，結(jié)構(gòu)元件在剖面中具有溝槽形狀或字母JT的形狀。
[0038]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)元件堆垛300的一個實施例。結(jié)構(gòu)元件堆垛300交替地包括根據(jù)第一實施例的結(jié)構(gòu)元件100和根據(jù)第二實施例的結(jié)構(gòu)元件200，其中，結(jié)構(gòu)元件