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(jī)動(dòng)車(chē)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(jī)動(dòng)車(chē)。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(chǔ)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?；诮饘?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(chǔ)能力的電池例如用于小型便攜式電子設(shè)備，如移動(dòng)電話、筆記本電腦、便攜式攝像機(jī)等，而具有大容量的電池用作用于驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車(chē)(例如混合動(dòng)力車(chē)或電動(dòng)車(chē)輛等)的馬達(dá)的能量來(lái)源，或者用作固定的儲(chǔ)能器，例如用于用來(lái)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(guò)負(fù)載導(dǎo)電地連接，則帶負(fù)電的電子從金屬電極流向空氣電極。同時(shí)金屬離子流動(dòng)通過(guò)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(shí)，這個(gè)過(guò)程以相反的方向進(jìn)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(duì)很大的能量密度，因?yàn)檠醪槐匕陔姵乇旧碇校强梢詮沫h(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(kāi)放式系統(tǒng)中，大氣可用作氧來(lái)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(duì)于水和/或水蒸氣是不可穿透的，而對(duì)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(jìn)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(guò)儲(chǔ)罐進(jìn)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(jī)動(dòng)車(chē)。
[0010]根據(jù)本發(fā)明提出的結(jié)構(gòu)元件包括至少一個(gè)氧分離膜，其平坦地構(gòu)造有兩個(gè)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(gè)流動(dòng)通道。
[0011]該結(jié)構(gòu)元件具有的優(yōu)點(diǎn)是，能夠從流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)通道的流體中容易地實(shí)現(xiàn)氧的富化或貧化。
[0012]在一個(gè)實(shí)施方式中，該一側(cè)是膜的滲透?jìng)?cè)。
[0013]此時(shí)，利用該結(jié)構(gòu)元件可使流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)通道的流體容易地貧化。
[0014]在另一實(shí)施方式中，該一側(cè)是膜的滯留側(cè)。
[0015]此時(shí)，利用該結(jié)構(gòu)元件可使流動(dòng)通過(guò)流動(dòng)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(gè)結(jié)構(gòu)元件對(duì)，其包括一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)元件和另一實(shí)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(duì)的結(jié)構(gòu)元件中的一個(gè)的通道側(cè)壁與結(jié)構(gòu)元件中的另一個(gè)的對(duì)置側(cè)如此連接，即，結(jié)構(gòu)元件中的一個(gè)的通道側(cè)壁和一側(cè)與結(jié)構(gòu)元件中的另一個(gè)的對(duì)置側(cè)形成閉合的流動(dòng)通道。
[0017]該結(jié)構(gòu)元件堆垛具有的優(yōu)點(diǎn)是，能夠從流動(dòng)通過(guò)閉合的流動(dòng)通道的流體中容易地實(shí)現(xiàn)氧的富化或貧化。
[0018]在結(jié)構(gòu)元件堆垛的一個(gè)實(shí)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(duì)稱(chēng)的形狀，并且一個(gè)對(duì)的結(jié)構(gòu)元件如此布置，即，該結(jié)構(gòu)元件中的一個(gè)的平行延伸的邊緣垂直于結(jié)構(gòu)元件中的另一個(gè)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(shí)施方式中，一個(gè)對(duì)的結(jié)構(gòu)元件如此布置，即，結(jié)構(gòu)元件中的一個(gè)的平行延伸的邊緣與結(jié)構(gòu)元件中的另一個(gè)的平行延伸的邊緣平行延伸。
[0021]此時(shí)氣體交換可有利地以逆流的方式實(shí)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(dòng)地與另一實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動(dòng)通道的對(duì)置端連接。氧導(dǎo)出部使流體能流動(dòng)地與在一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)元件的一側(cè)上的流動(dòng)通道的端部連接。
[0023]這樣可容易地實(shí)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(gè)實(shí)施方式中，裝置可包括電池空氣輸送部，其與一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動(dòng)通道的對(duì)置端連接并且適合于將貧氧流體從電池輸送給一個(gè)實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)元件的流動(dòng)通道。
[0025]此時(shí)，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(shuō)明書(shū)中說(shuō)明了本發(fā)明的有利的改進(jìn)方案。
【附圖說(shuō)明】
[0027]借助附圖和隨后的說(shuō)明詳細(xì)闡述本發(fā)明的實(shí)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(shí)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(shí)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(gè)實(shí)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(gè)實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)施例。
【具體實(shí)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(shí)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?jìng)?cè)115(氧在該滲透?jìng)?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(kāi)的流動(dòng)通道。因此，接片120也被稱(chēng)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(shí)施例的不同之處僅在于，在第二示例中接片120形成在滲透?jìng)?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(gè)接片120。但接片120的數(shù)目可以改變，只要通過(guò)接片120實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)流動(dòng)通道。在一個(gè)示例性的實(shí)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(gè)實(shí)施例。結(jié)構(gòu)元件堆垛300交替地包括根據(jù)第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)元件100和根據(jù)第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)元件200，其中，結(jié)構(gòu)元件