(57)【要約】  本発明は、固体電解質（３）並びに多孔性の固体電極（７）を備えている、電気的なエネルギを蓄積する電気化学的な装置のための電極ユニットに関する。この電極ユニットにおいては、固体電解質（３）によって、カソード材料のための空間とアノード材料のための空間が離隔されており、多孔性の電極（７）は面状に固体電解質（３）と接続されており、カソード材料は放電時に多孔性の電極（７）に沿って流れ、多孔性の電極（７）は、カソード材料のための空間を向いている、固体電解質（３）側とは反対側において、セグメント壁（９）によって覆われており、セグメント壁（９）はカソード材料の流れ方向において入口開口部（１５）を有しており、カソード材料は、入口開口部（１５）を通って多孔性の電極（７）に流入し、多孔性の電極（７）においてアノード材料と化学的に反応し、流れ方向における後続の出口開口部（１７）を通って再び多孔性の電極（７）から流出する。
2015525450.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質（３）並びに多孔性の固体電極（７）を備えている、電気的なエネルギを蓄積する電気化学的な装置のための電極ユニットであって、
前記固体電解質（３）によって、カソード材料のための空間とアノード材料のための空間が離隔されており、
前記多孔性の電極（７）は面状に前記固体電解質（３）と接続されており、
前記カソード材料は放電時に前記多孔性の電極（７）に沿って流れる、電極ユニットにおいて、
前記多孔性の電極（７）は、前記カソード材料のための空間を向いている、前記固体電解質（３）側とは反対側において、セグメント壁（９）によって覆われており、
前記セグメント壁（９）は前記カソード材料の流れ方向において入口開口部（１５）を有しており、
前記カソード材料は、前記入口開口部（１５）を通って前記多孔性の電極（７）に流入し、該多孔性の電極（７）において前記アノード材料と化学的に反応し、流れ方向における後続の出口開口部（１７）を通って再び前記多孔性の電極（７）から流出する、
ことを特徴とする、電極ユニット。
【請求項２】
前記セグメント壁（９）は、前記流れ方向を横断する方向に配向されている、入口開口部（１５）及び出口開口部（１７）の複数の列を有しており、
流れ方向において、入口開口部（１５）及び出口開口部（１７）はそれぞれ交互に設けられており、
流れ方向において、前記入口開口部（１５）の上流側且つ前記出口開口部（１７）の下流側では、流れ障壁（１９）が前記多孔性の電極にそれぞれ収容されている、請求項１に記載の電極ユニット。
【請求項３】
出口開口部（１７）の各列に隣接して、入口開口部（１５）の一つの列が設けられている、請求項１又は２に記載の電極ユニット。
【請求項４】
前記カソード材料の流れ方向において前記出口開口部（１７）に続く入口開口部（１５）は該出口開口部（１７）に対してずらされて配置されている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項５】
前記セグメント壁（９）に隣接してカバー（１１）が設けられており、
前記カバー（１１）によって前記電極（７，９）に沿った流路（１３）が形成されるように前記カバー（１１）は構成されている、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項６】
前記カバー（１１）は波状に形成されている、請求項５に記載の電極ユニット。
【請求項７】
前記固体電解質（３）は円筒状に形成されており、
前記多孔性の電極（７）は前記固体電解質（３）を取り囲んでいる、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項８】
前記セグメント壁（９）は、前記多孔性の電極（７）を取り囲む少なくとも一つのスリーブであり、
前記入口開口部（１５）及び前記出口開口部（１７）は前記スリーブに形成されている、請求項７に記載の電極ユニット。
【請求項９】
前記セグメント壁（９）は少なくとも二つのスリーブを有しており、
前記入口開口部（１５）はそれぞれ前記スリーブの一方の端部に形成されており、
前記出口開口部は対向する端部に形成されており、
一つのスリーブの前記出口開口部（１７）が後続のスリーブの前記入口開口部（１５）に対してずらされて配置されるように、前記スリーブは相互に回転されて前記多孔性の電極に配置されている、請求項７又は８に記載の電極ユニット。
【請求項１０】
前記カバー（１１）は被覆管であり、且つ、前記流路（１３）が軸方向において前記多孔性の電極（７）に沿って配向を有するように構成されている、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項１１】
円筒状に形成されている前記固体電解質（３）にディスプレーサ（２３）が収容されており、
前記ディスプレーサ（２３）は周方向において前記固体電解質（３）と接触していない、請求項７乃至１０のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項１２】
前記ディスプレーサ（２３）にはチャネル（２７）が形成されており、該チャネル（２７）を介して前記アノード材料が供給される、請求項１１に記載の電極ユニット。
【請求項１３】
前記ディスプレーサ（２３）は特殊鋼から作成されている、請求項１１又は１２に記載の電極ユニット。
【請求項１４】
前記ディスプレーサ（２３）は弾性的に前記固体電解質（３）に載置されている、請求項１１乃至１３のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項１５】
前記ディスプレーサ（２３）は凸部（３５）及び凹部（３７）を備えた外面形状を有している、請求項１１乃至１４のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項１６】
前記ディスプレーサ（２３）は電流伝導のための手段（３９）を有している、請求項１３乃至１５のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項１７】
前記電流伝導のための手段（３９）は、導電性の良好な材料から成るコア（４３）を備えている、両側が閉じられた特殊鋼管（４１）を有し、且つ、前記ディスプレーサ（２３）の凹部（３７）に配置されているか、又は、
前記電流伝導のための手段は、導電性が良好な材料から成るコーティング部を前記ディスプレーサ（２３）の内側面に有している、請求項１５に記載の電極ユニット。
【請求項１８】
導電性の良好な材料から成るコア（４３）を備えており、且つ、前記電流伝導のための手段（３９）を有している、両側が閉じられた特殊鋼管（４１）は前記凹部（３７）にクランプ止めされている、請求項１５に記載の電極ユニット。
【請求項１９】
前記固体電解質（３）と前記多孔性の電極（７）との間には、電子非伝導性の層（５）が配置されている、請求項１乃至１８のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項２０】
前記固体電解質（３）はβ”酸化アルミニウムから作成されている、請求項１乃至１９のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項２１】
前記多孔性の電極（７）はグラファイトフェルト電極である、請求項１乃至２０のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項２２】
前記セグメント壁（９）は鋼から作成されている、請求項１乃至２１のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項２３】
前記セグメント壁（９）は導電性であり、且つ、電流伝導のための付加的な手段を有している、請求項２２に記載の電極ユニット。
【請求項２４】
前記電流伝導のための手段は、導電性の良好な材料から成るコア（４３）を備えている、両側が閉じられた特殊鋼管（４１）を有しており、且つ、波状に形成された前記カバー（１１）の波の谷部に配置されてクランプ接続されている、請求項２３に記載の電極ユニット。
【請求項２５】
前記アノード材料はアルカリ金属である、請求項１乃至２４のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【請求項２６】
前記カソード材料は硫黄又はポリスルフィドである、請求項１乃至２５のいずれか一項に記載の電極ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体電解質並びに多孔性の固体電極を備えている、電気的なエネルギを蓄積する電気化学的な装置のための電極ユニットに関する。この電極ユニットにおいては、固体電解質によって、溶融カソード材料のための空間と溶融アノード材料のための空間が離隔されており、多孔性の電極は電子非伝導性の中間層を介して固体電解質と接続されており、溶融カソード材料は充電時又は放電時に電極に沿って流れる。
【背景技術】
【０００２】
火力発電所における電気的なエネルギの形成はＣＯ2の発生を伴い、また温室効果にも著しい影響を及ぼす。この欠点は再生可能なエネルギ源、例えば風、太陽、地熱又は水力を基礎としたエネルギの形成によって回避される。しかしながら、それらの再生可能なエネルギ源は必要なときに負荷プロファイル通りに常に利用できるものではない。また、エネルギが形成される場所が、エネルギが必要とされる場所とは異なっていることも考えられる。システムに起因するこの欠点を補償するために、形成されたエネルギの蓄積、バッファ、また必要に応じて搬送が必要になる。
【０００３】
上記の基本条件の下では、再生可能なエネルギのみを基礎とし、且つ、それにもかかわらず安定している電力網を実現することはできない。従って、エネルギ源の不安定性を廉価でエネルギ効率が良く、且つ、高効率のシステムによって補償調整し、バッファすることが必要になる。
【０００４】
電気的なエネルギを蓄積するために、現在の技術標準では揚水発電所が使用されており、この揚水発電所では、水の地理的な高低差から生じる位置エネルギが電流への変換に使用される。しかしながら、その種の揚水発電所の建設は地形的な条件及び自然環境保護の理由から制限されている。エネルギを蓄積するために空気の圧縮が利用される圧力貯蔵発電所は効率があまり良くないことから、その使用は限定的である。スーパーキャパシタ又はフライホイールのような他の形態のエネルギ蓄積部も、別の標的市場、特に短期間の蓄積を目的とした市場に狙いを定めている。電気的なエネルギは、特に、種々のコンセプトで技術的に実現されているバッテリを用いることによって効率的に蓄積される。その際に特に、再充電可能なバッテリを使用することが必要になる。
【０００５】
アノードとしての溶融したアルカリ金属と、カソード反応相手、一般的に硫黄とを基礎として動作する相応のバッテリは例えば、DE-A 26 35 900又はDE-A 26 10 222から公知である。それらのバッテリにおいては、溶融したアルカリ金属及びカソード反応相手が、カチオン透過性の固体電解質によって分離される。カソードにおいては、アルカリ金属とカソード反応相手との反応が行われる。この反応によって、例えばアルカリ金属としてのナトリウム及びカソード反応相手としての硫黄が使用される場合には、ナトリウムポリスルフィドが生じる。バッテリを充電するために電極においてナトリウムポリスルフィドが、電気エネルギの印加によって再びナトリウムと硫黄に分離される。
【０００６】
溶融したアルカリ金属及びカソード反応相手を基礎としたバッテリの蓄積能力を拡大するために、付加的な貯蔵容器によって、使用される反応物質の量が増加されたバッテリが使用される。放電のために、液体のナトリウムが固体電解質に供給される。それと同時に、液体のナトリウムはアノードとして使用され、また、カチオン伝導性の固体電解質を通過してカソードに搬送されるカチオンを形成する。カソードにおいては、カソードへと流れる硫黄がポリスルフィドに還元される。つまり、ナトリウムイオンと反応してナトリウムポリスルフィドになる。相応のナトリウムポリスルフィドを、別の容器において収集することができる。択一的に、ナトリウムポリスルフィドを硫黄と一緒に、カソード空間の周りの容器において収集することもできる。密度差に起因して硫黄が上昇し、ナトリウムポリスルフィドが沈下する。この密度差を、カソードに沿った流れを生じさせるためにも使用することができる。相応に設計されたバッテリは例えばWO 2011/161072に開示されている。
【０００７】
ナトリウム及び硫黄を基礎とする酸化還元系で動作するバッテリにおいては、ナトリウムと硫黄が反応してナトリウムポリスルフィドになる際に約９０％の高効率で電気的なエネルギを取得することができる。バッテリの充電時には、電流を供給することによって上記のプロセスが逆転され、ナトリウムポリスルフィドは硫黄とナトリウムに分解される。全ての電気化学的な反応体は溶融した状態で存在し、また温度が比較的高くなったときに漸くイオン伝導性のセラミック薄膜の最適な伝導率範囲に達するので、その種のバッテリの動作温度は通常の場合、約３００℃である。
【０００８】
バッテリに使用されるナトリウムイオン伝導性の固体電解質は、通常の場合、β”酸化アルミニウムである。その種のセラミックが使用される場合には、機械的な破損を排除することはできない。固体電解質が破損した場合、ナトリウムと硫黄との間で制御できない反応が生じる恐れがあり、これは、発熱反応に基づくバッテリ内での不所望な温度上昇に繋がる可能性もある。そのような場合の温度上昇を可能な限り低く抑えるために、例えばJP-A 10270073からは、アルミニウムから成るディスプレーサを使用し、そのディスプレーサを用いることによって、固体電解質のナトリウム側において、ナトリウムのための空間を、０．０１ｍｍから０．２ｍｍの間隙幅を有する間隙に制限することが公知である。この間隙は、通常は管状に構成されている固体電解質が挿入されているディスプレーサを熱処理した際の、可塑性の変形と弾性の反発とを組み合わせることによって生じる。
【０００９】
その種のバッテリシステムの内部抵抗を可能な限り低く抑えるために、金属製の給電線を用いて正極側にも負極側にも電流が供給されるが、そのような給電線は、周囲媒体に対して耐食性があるだけでなく、導電性も良好なものでなければならない。従って、例えば導電性の高い銅は硫黄及びポリスルフィドに対して十分な耐食性を有していないことから、従来技術においてはアルミニウム又はアルミニウム合金から成る電気導体を使用することが選択されている。
【００１０】
ここで説明したアノード設計及び電流導体設計の欠点は、アルミニウムと硫黄の反応ポテンシャル、特にアルミニウムとナトリウムポリスルフィドの反応ポテンシャルが高く化学反応が起こりやすいことである。従ってセラミック膜に機械的な障害が発生した場合には、ナトリウムと硫黄の発熱反応だけでなく、アルミニウムと硫黄の発熱反応も考慮しなければならない。そのようは発熱反応時に、金属は硫黄に反応するときと同じように、ナトリウムポリスルフィドとも強く反応する。
【００１１】
また、WO 2011/161072に開示されているバッテリ設計の欠点は、多孔性の電極が使用される場合、放電時に硫黄が電極の上部領域に流入し、そこで反応してナトリウムポリスルフィドになることである。このナトリウムポリスルフィドが電極内に留まる。更に放電が続くと、ナトリウムポリスルフィドは更に還元され、従って、より多くのナトリウムを吸収し、それによって電気化学ポテンシャルが低下し、電極における電圧も降下する。ナトリウムの吸収は、場合によっては、固体を形成しながら完全に硫化ナトリウム（Ｎａ2Ｓ）になるまで行われる。その際に、固体によって電極が詰まるか、又は、少なくとも硫黄及びナトリウムが更なる充電サイクルのための系から取り除かれ、従って、充電量／放電量が低くなる。
【００１２】
従来技術から公知の更なる欠点は、充電時に生じる硫黄が電気的に絶縁されており、それによって、内部抵抗の制御できない上昇が生じ、従って充電電圧の制御できない上昇も生じる可能性があることである。
【００１３】
従って、本発明の課題は、従来技術から公知の電極の欠点を有していない電極ユニットを提供することであった。
【００１４】
この課題は、固体電解質並びに多孔性の固体電極を備えている、電気的なエネルギを蓄積する電気化学的な装置のための電極ユニットによって解決され、この電極ユニットにおいては、固体電解質によって、溶融カソード材料のための空間と溶融アノード材料のための空間が離隔されており、多孔性の電極は電子非伝導性の中間層を介して面状に固体電解質と接続されており、溶融カソード材料は充電時又は放電時に多孔性の電極に沿って流れ、多孔性の電極は、溶解カソード材料のための空間を向いている、固体電解質側とは反対側において、面状の管壁又は金属シート壁によって覆われており、面状の管壁又は金属シート壁はカソード材料の流れ方向において入口開口部を有しており、この入口開口部を通ってカソード材料は多孔性の電極に流入し、多孔性の電極において電気化学的に反応し、流れ方向における後続の出口開口部を通って再び多孔性の電極から流出する。
【００１５】
本発明による装置でもって多孔性の電極における流れが均一になり、その結果、物質のより均一な分布が達成されるだけでなく、放電プロセス中にバッテリから均一に電力を供給することもできる。放電プロセスの経過と共にバッテリ電力が低下することもない。
【００１６】
本発明において、アノード材料とは、放電時にアノード側に供給される液体の反応体であると解される。有利には、アノード材料は導電性であり、特にアノード材料として液体のアルカリ金属が使用される。適切なアノード材料の例としてリチウム、ナトリウム、カリウム、特にナトリウム又はカリウムが挙げられる。
【００１７】
カソード材料は液体の反応体であり、アノード材料と電気化学的に反応する。通常の場合、カソード材料はアノード材料との化学反応によって塩を生成する。適切なカソード材料は例えば硫黄又はポリスルフィドである。その場合、カソード材料は液体のものが使用される。
【００１８】
多孔性の電極を介して行われる輸送は、対流及び拡散のみに基づいて行われる。これによって、強制的な輸送を促進するためのポンプ又は同様の機構を省略することができる。その種の機構の欠点は、一般的に、電気的なエネルギを必要とし、そのような電気的なエネルギをその後はもはや利用できないことである。強制的な輸送を行うための機構の更なる欠点は、機構自体が摩耗することである。
【００１９】
特に、以下ではバッテリとも称する、電気的なエネルギを蓄積するための電気化学的な装置が大きい場合に電極全体の一様な機能を達成するために、電気化学的にエネルギを蓄積するための大きい装置に関する一つの有利な実施の形態においては、面状の管壁又は金属シート壁が波状のシートのように構造化されているので、多孔性の電極材料の境界部と、波状の管壁又は金属シート壁との間には、垂直方向に配向されている長手方向チャネルが交番的に形成されているが、しかしながらこの長手方向チャネルを電極材料の空洞部と連通させることができる。それらの長手方向チャネルにおいては、例えばポリスルフィドの密度と硫黄の密度との差によって生じた対流の流れを成長させることができ、この流れは充電時には上方に方向付けられており、放電時には下方に方向付けられている。
【００２０】
別の特に有利な実施の形態においては、多孔性の電極材料は複数の長手方向セグメントに分割されており、各長手方向セグメント間には有利には、多孔性の電極と長手方向チャネルとの間での液体のカソード材料の物質移動を強制するために流れ障壁が配置されている。
【００２１】
別の実施の形態においては、多孔性の電極への所期の流入及び多孔性の電極からの所期の流出を強制するために、多孔性の電極セグメントが付加的に、側面が閉じられている複数のセグメント壁によって入れ子構造にされる。従ってこの有利な実施の形態においては、セグメント壁は流れ方向を横断する方向に配向されている、入口開口部及び出口開口部の複数の列を有しており、流れ方向において入口開口部及び出口開口部はそれぞれ交互に設けられており、また流れ方向において入口開口部の上流側且つ出口開口部の下流側にそれぞれ流れ障壁が多孔性の電極に収容されている。
【００２２】
バッテリの放電時に、即ち電気的なエネルギを放出する際に、カソード材料は入口開口部を通って多孔性の電極に流入し、アノード材料と電気化学的に反応する。続いて、反応生成物が出口開口部を通って流出する。多孔性の電極における流れ障壁は、反応生成物が出口開口部から流出することを強制し、それによって反応生成物が多孔性の電極内を更に流れないようにするために使用される。それによって、カソード材料は出口開口部に続く入口開口部を通って多孔性の電極に流入し、そこにおいて反応することができる。その結果、アノード材料をカソード材料と電気化学的に反応させるために、電極の長さ全体を均一に利用することができる。
【００２３】
多孔性の電極の面全体を十分に利用できるようにするために、更に有利には、出口開口部の各列に入口開口部の列が隣接して設けられている。この場合、反応の行われなかったカソード材料及び反応生成物が流れ障壁まで流れ、出口開口部を通って電極から流出し、また流れ障壁の直ぐ下において、アノード材料と反応する新鮮なカソード材料が多孔性の電極に供給される。
【００２４】
多孔性の電極において生成され、出口開口部を通って流出した反応生成物が、その直後に、出口開口部の後段に位置する入口開口部に流入して再び多孔性の電極へ流入することを回避するために、更に有利には、カソード材料の流れ方向において出口開口部に続く入口開口部が出口開口部に対してずらされて配置されている。
【００２５】
その場合、例えば、入口開口部及び出口開口部をそれぞれ矩形の横断面を有するように構成し、隣接する二つの入口開口部の間、又は隣接する二つの出口開口部の間にそれぞれ、面状の電極のウェブを入口開口部又は出口開口部の幅で設けることができる。上記のようなずらされた配置を実現するために、一つの入口開口部には二つの出口開口部間のウェブが、また一つの出口開口部には二つの入口開口部間のウェブがそれぞれ続いている。
【００２６】
矩形の入口開口部及び出口開口部を備えた構成以外に、入口開口部及び出口開口部を他の任意の形状で構成することも可能である。つまり、例えば、それらの開口部の形状を円形、半円形、楕円形、卵形、三角形又は、任意の数の角を有する多角形に構成することができる。もっとも、入口開口部及び出口開口部の円形、半円形又は矩形の形状が有利である。また、入口開口部と出口開口部を異なる形状に構成することも可能である。もっとも、入口開口部と出口開口部の形状は同一である方が有利である。
【００２７】
本発明によれば、セグメント壁が多孔性の電極と導電性に接続されている。装置の放電時には、アノード材料がカソード材料と電気化学的に反応した際に自由になる電圧が多孔性の電極を介してセグメント壁へと誘導され、またその電圧をセグメント壁から取り出すことができる。このために、特に有利には、セグメント壁が一つ又は複数のバスバーと導電性に接続されている。材料に起因する、電流導体と硫黄又はポリスルフィドとの不所望な発熱反応の危険を回避するために、一つの有利な実施の形態においては、導電性の良好な材料、例えばアルミニウム、銅又はナトリウムから成るバスバーが特殊鋼で被覆されるか、又は特殊鋼に入れられる。バスバーをカバーの形態で構成することもでき、このカバーは有利には、電極に沿って複数の流路を形成するように構成されている。択一的に、電気的なコンタクトをカバーを通して案内し、バスバーをカバーの外部に配置するために、電極に沿って複数の流路が形成されるように構成されているカバーを設けることも可能である。しかしながら、カバーをバスバーとして導電性に構成することが有利である。その場合、更に有利には、カバー内に付加的に棒電極が収容されており、棒電極は有利には、カバーの材料とは異なる、導電性の良好な材料から作成されている。棒電極を例えばカバーの外側に載置することができるか、又は、カバーのための材料によって包囲することができる。有利には、個々の棒電極がカバー内に等間隔で配置されている。つまり例えば、二つの流路の間に棒電極をそれぞれ配置することができる。しかしながら択一的に、各棒電極を例えば流路の領域に配置することも可能である。
【００２８】
特に有利な実施の形態においては、流路を形成するためにカバーが波状に形成されており、その場合、波の谷部がそれぞれ面状の電極に載置され、且つ、流路が相応の波の山部によって形成される。波状の構成以外に、択一的には、例えばカバーを平坦に構成してウェブを設けることも可能であり、その場合には各流路が二つのウェブの間に形成されており、且つ、ウェブは流路を形成するために面状の電極に載置される。
【００２９】
特に有利な実施の形態においては、固体電解質が円筒状に形成されており、且つ、多孔性の電極が固体電解質を取り囲んでいる。この場合、アノード材料は円筒状に形成されている固体電解質の内側に存在し、且つ、カソード材料は固体電解質の外側において多孔性の電極に沿って流れる。多孔性の電極が円筒状に形成されている場合、セグメント壁は有利には、多孔性の電極を取り囲む少なくとも一つのスリーブによって形成される。その場合、入口開口部及び出口開口部はスリーブに形成されている。多孔性の電極からスリーブ状に形成されている面状の電極に電流が流れるようにするために、多孔性の電極の外径はスリーブの内径と一致している。これによってスリーブは面状に多孔性の電極に載置される。
【００３０】
セグメント壁がただ一つのスリーブによって形成される場合には、そのスリーブに入口開口部及び出口開口部の複数の列を形成することができる。しかしながら、複数のスリーブを備えており、各スリーブの端部に入口開口部及び出口開口部が形成されている構成が有利である。このために、例えば、スリーブの各端部に矩形の横断面の形状部を構成することが可能である。その場合、一つのスリーブにおいて、対向している矩形の横断面は、凹部がそれぞれ対向するように形成されている。電極には連続的に複数のスリーブが被着され、各スリーブが相互に回転され、それによって一方のスリーブの各凹部が、それらの各凹部間に位置する凸状領域と対向する。そのようにして、凹部及び隣接するスリーブによって、入口開口部及び出口開口部が形成される。
【００３１】
固体電解質が円筒状に形成されている場合、カバーも同様に、有利にはスリーブとして形成されており、また、複数のチャネルが軸方向において多孔性の電極に沿って配向されているように構成されている。その場合、一方では、カバーがリング状のスリーブとして構成されており、且つ、個々の流路を離隔するウェブが設けられているか、又は、スリーブが波状に形成されていることによって、波の山部及び波の谷部によって複数のチャネルが形成されており、波の山部はそれぞれセグメント壁を形成するスリーブに載置されている。バッテリの放電時には、カソード材料が流路を通って流れ、また各入口開口部を介して多孔性の電極へと流入し、電気化学的な反応後に反応生成物として出口開口部から再び流出する。入口開口部と出口開口部をずらして配置することによって、出口開口部から流出した材料が、その直後に後続の入口開口部を通って再び多孔性の電極に流入することはなくなる。これによって、反応していないカソード材料が十分に入口開口部を通って多孔性の電極に到達することが保証される。
【００３２】
入口開口部及び後続の出口開口部が隣接して上下に配置されており、且つ、複数の流路が軸方向において多孔性の電極に沿って形成されている、上記の実施の形態以外に、複数の流路を螺旋状に延在させることも可能である。面状の電極ユニットにおいて流路を斜めに延在させることもできる。この場合、有利には、それぞれ一つの流路において一つの出口開口部が一つの入口開口部に続き、且つ、出口開口部の直後に続く入口開口部が隣接する流路内に位置するように、入口開口部及び出口開口部が配置されている。この場合においても、入口開口部及び出口開口部の相応の配置構成によって、出口開口部から流出した反応生成物は、その直後に、後続の入口開口部を通って再び多孔性の電極に流入しないことが保証される。
【００３３】
液体のアノード材料の量を低減するために、円筒状に形成されている固体電解質において、ディスプレーサが固体電解質内に収容されている場合には更に有利である。ディスプレーサと固体電解質との間には間隙が形成されており、アノード材料はその間隙内を流れることができる。アノード材料の流入を例えば、固体電解質の端部におけるリング状の間隙を介して行うことができるか、又は択一的に、アノード材料をディスプレーサ内の流路を介して供給することができる。もっとも、ディスプレーサ内の流路を介してアノード材料を供給する方が有利である。
【００３４】
ディスプレーサを、従来技術から公知であるように、例えばアルミニウムから作成することができる。しかしながら、ディスプレーサを特殊鋼から作成する方が有利である。特殊鋼として、特にモリブデンで安定化された特殊鋼１．４５７１，１．４４０１，１．４４０４，１．４４０５及び１．４５３９が適している。ディスプレーサが特殊鋼から作成されている場合、ディスプレーサは有利には特殊鋼シートから作成されている。アルミニウムの代わりに特殊鋼を使用することの利点は、特殊鋼は、確かに、例えば固体電荷質の破損時に生じていると考えられる比較的高い温度において腐食するが、しかしながらアルミニウムとは異なり、特殊鋼においては硫黄及びポリスルフィドとの制御できない高速な反応は生じないということである。
【００３５】
特殊鋼の機械的な安定性はアルミニウムよりも高く、従って、バッテリの動作温度での可塑性の変形は遙かに小さいので、ディスプレーサが円筒状に形成されている場合には、特殊鋼を固体電解質の形状に適合させることができない。従って、特殊鋼から作成されたディスプレーサが固体電解質に不均一に押し付けられると、熱膨張に起因して固体電解質が破損する可能性がある。例えば、セラミック固体電解質を作成する際の製造精度にばらつきがある結果、ディスプレーサは固体電解質に不均一に押し付けられることになる。従って、温度変化に起因する伸長を補償するために、ディスプレーサが固体電解質の内側の幾何学的構造に弾性的に載置されるように、ディスプレーサを構成することが有利である。固体電解質の可能な限り低い負荷は、付加的に、ディスプレーサの作成のために０．０５から０．５ｍｍまでの範囲、有利には０．０７から０．１５ｍｍまでの範囲、例えば０．１ｍｍの厚さの特殊鋼シートが使用されることによって達成される。
【００３６】
内側の幾何学的構造に弾性的に載置される形状を得るために、ディスプレーサは有利には、凸部及び凹部を備えた外面形状を有している。凸部及び凹部を例えば、波状のディスプレーサによって、又はディスプレーサのジグザグ状の構成によって実現することができる。
【００３７】
特殊鋼の導電率はそれ程高いものではないので、ディスプレーサが電流伝導のための手段を付加的に有している場合には更に有利である。電流伝導のための手段を介して、充電時にも放電時にも均一な電流供給が保障される。電流伝導のための手段として、例えば、有利にはディスプレーサの周囲にわたり均一に分散された集電体が適しており、それらの集電体は有利な実施の形態においては、両端が閉じられており、且つ、特殊鋼から成る管から作成されており、その管内に導電性の良好な材料から成るコアが挿入されている。その場合、特殊鋼から成る管は面全体が、導電性の良好な材料から成るコアに載置されている。特殊鋼から成る管によって、導電性の良好な材料から成るコアは、固体電解質の破損時の硫黄及びポリスルフィドの作用から保護される。
【００３８】
択一的な実施の形態においては、電流伝導のための手段は、ディスプレーサの内側面において、その面全体に導電性の良好な材料から成るコーティング部を有しているか、又は導電性の良好な材料から成る構造化されたコーティング部を有している。
【００３９】
集電体又はコーティング部に用いられる導電性の良好な材料として、例えば、銅、アルミニウム、銀又は金が適している。特殊鋼から成る管を有する集電体が使用される場合には、導電性の良好な材料としてナトリウムも考えられる。ナトリウムは、３００℃の通常の動作温度においては確かに液体ではあるが、しかしながら管は特殊鋼から成るものなので漏れ出ることはない。特に有利には、導電性の良好な材料は銅又はアルミニウムである。
【００４０】
電極ユニットの適切な機能を保証するためには、電流伝導のための手段とディスプレーサとの導電性の接続が良好であることが必要である。このために、集電体が使用される場合には、例えば各集電体をディスプレーサに溶接することも可能である。しかしながら有利には、集電体はディスプレーサの凹部にクランプ止めされている。その場合、集電体は有利にはディスプレーサの外面に配置されている。
【００４１】
集電体をディスプレーサに固定するために、例えば、凹部をオメガ（Ω）の字の形に構成し、そのオメガの直径をワイヤの外径に一致させることができる。凹部が相応に構成されている場合、各ワイヤを凹部にクランプ止めすることによって安定した接続を生じさせ、長さ全体にわたってディスプレーサと均一に接触させることができる。
【００４２】
上記においては、アノード材料及びカソード材料の流れ方向及び搬送経路をそれぞれ電流が形成される放電プロセスに関して説明した。電気的なエネルギを蓄積するための装置を充電するために、輸送は反対方向において行われる。この場合、放電時に生じた反応生成物は、出口開口部を通って多孔性の電極へと誘導され、多孔性の電極において反応してアノード材料及びカソード材料になり、カソード材料は入口開口部を通って再び多孔性の電極から流出して、貯蔵容器へと流れる。充電プロセス時に形成されたカチオンは固体電解質を通って輸送され、電子を吸収し、中性のアノード材料として、ディスプレーサ内の流路を通って、又はアノード材料が充電時に流れるリング状の供給装置を通って再び貯蔵容器に戻される。
【００４３】
本発明による電極ユニットは、特に、アノード材料としてのアルカリ金属を用いて動作する、電気エネルギを蓄積するための装置に使用することに適している。アノード材料として、例えば、リチウム、ナトリウム又はカリウム、有利にはナトリウム又はカリウムが適している。電気エネルギを蓄積するための装置は、使用されるアルカリ金属が液体として存在する温度において動作する。相応の温度を提供するために、例えば、円筒状の固体電解質に含まれるディスプレーサを同時に加熱エレメントとして構成し、その加熱エレメントによって電極ユニットにおける温度を、アノード材料が液体として存在する範囲に維持することができる。アノード材料は液体金属であるので、アノード材料は導電性であり、また直接的にアノードとして利用することができる。このためには、電流を流すことができる電気導体を液体のアノード材料と接触させることのみが必要とされる。
【００４４】
カソード材料として、アノード材料と化学的に反応することができる材料が使用される。有利には、カソード材料として硫黄又はポリスルフィドが使用される。
【００４５】
有利な実施の形態においては、固体電解質としてセラミックが使用される。固体電解質のための材料として特に適している材料は、β酸化アルミニウム又はβ”酸化アルミニウムである。この酸化アルミニウムは有利には、例えばＭｇＯ又はＬｉ2Ｏで安定化される。
【００４６】
β酸化アルミニウム又はβ”酸化アルミニウムの代わりに、他のセラミック材料も固体電解質として使用することができる。例えば、ＮＡＳＣＩＯＮ(R)の名称のセラミックを使用することができる。このセラミックの組成はEP-A 0 553 400に開示されている。日常用語で「セラミック」と呼ばれているセラミックが特に有利である。セラミックの代わりに、ナトリウムイオン伝導性のガラス又はゼオライト及び長石も使用することができる。しかしながら、ナトリウムβ”酸化アルミニウム、ナトリウムβ酸化アルミニウム、ナトリウムβ／β”酸化アルミニウムが特に適している。ナトリウムイオン伝導性のセラミックは有利には、固体電解質が円筒状に形成されている場合には、下面が閉じられており、且つ、上面が開かれている薄壁の管である。その場合、管が２０ｍｍから５０ｍｍまでの直径と、０．５ｍから２ｍまでの範囲の長さと有していれば更に有利である。壁厚は有利には、０．５ｍｍから３ｍｍまでの範囲にあり、特に１．５ｍｍから２ｍｍまでの範囲にある。
【００４７】
多孔性の電極は、電気化学的な反応の際に使用される物質に対して不活性である材料から作成される。電極のための材料として、例えば炭素、特にグラファイトの形態の炭素が適している。
【００４８】
本発明によれば、電気化学的な反応に関与する物質が電極を通って流れるようにするために、電極は多孔性である。これは例えば、多孔性の電極の材料がフェルト又は不織布の形態で存在することによって達成される。特に有利には、電極はグラファイトフェルト電極である。
【００４９】
電極が固体電解質と直接的に接触することを回避するために、多孔性の電極と固体電解質との間には有利には、電子伝導に関して絶縁されており、且つ、液体の電解質で満たされている多孔性の層が配置されている。「電子伝導に関して絶縁された」とは、本発明において、少なくとも１０8Ｏｈｍ＊ｃｍの比抵抗、特に少なくとも１０9Ｏｈｍ＊ｃｍの比抵抗を有する材料であると解される。絶縁層のための材料には、固体電解質を通って輸送されるカチオンが絶縁層も通って多孔性の電極に到達でき、また電子伝導率は無視できるほどに低い材料が選定されるべきである。固体電解質と電極との間に配置されている絶縁性の材料として、例えば、陽極酸化処理された又は硫化物不動態化されたアルミニウム織物、セラミック繊維、グラスファイバ又は炭素織物が適している。非導電性材料によって、非導電性のカソード材料、例えば硫黄が固体電解質に堆積し、それによって充電時に電流の流れが制限されることは回避される。
【００５０】
多孔性の電極をバスバーに導電性に接続するセグメント壁は有利には金属材料から作成され、特に鋼から作成される。適切な鋼は、ディスプレーサに使用できる鋼と同じものである。
【００５１】
セグメント壁が鋼から作成されている場合、ディスプレーサの場合と同様に、電流伝導のための付加的な手段が設けられていれば有利である。セグメント壁は両面において硫黄及びポリスルフィドと接触しているので、ここでは、導電性が良好な材料を用いるコーディング部を設けることはできない。従って、電流伝導のための手段として有利には、上記においてディスプレーサに関して説明したものと同様に、導電性が良好なコアを有しており、且つ、両側が閉じられている特殊鋼管から成るバスバーが使用される。電流伝導のための手段を使用することによって、電極の導電性が改善される。特に有利な実施の形態においては、バスバーの特殊鋼管に、付加的にクロームめっきが施されている。
【００５２】
ディスプレーサの場合と同様に、有利には、導電性のワイヤが波状に形成された面状の電極の波の谷部にクランプ止めされるように配置される。
【００５３】
同様に、チャネルを形成するカバーは有利には導電性の材料から作成されており、特に有利な実施の形態においては、それと同時にバスバーを表している。択一的に、バスバーをカバーの外部に設けることもできる。有利には、カバーは同様に金属材料、例えば鋼から作成されている。有利には、セグメント壁に使用される材料と同じ材料が使用される。
【００５４】
本発明の実施例は図面に示されており、それらの実施例を下記において詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に従い形成された電極ユニットの断面図を示す。
【図２】本発明に従い形成された、セグメント壁を備えている、電極ユニット１の平面図を示す。
【図３】セグメント壁を備えた、本発明による電極ユニットの立体図を示す。
【図４】本発明に従い形成されたディスプレーサの断面図を示す。
【図５】本発明に従い形成された面状の電極の断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１には、本発明による電極ユニットが長手方向断面図で示されている。
【００５７】
電極ユニット１は固体電解質３を有しており、この固体電解質３はここで図示されている実施の形態において円筒状に形成されており、且つ、一方の側が閉じられている。固体電解質３は一般的にセラミック膜であり、特定のカチオンに対して透過性である。上記において述べたように、固体電解質３のための材料として例えばβ”−酸化アルミニウムが適している。
【００５８】
固体電解質３に隣接して、電子伝導に関して絶縁された中間層５が設けられている。電子伝導に関して絶縁された中間層５は例えば不動態化されたアルミニウム織物、例えば陽極酸化処理された又は硫化物不動態化されたアルミニウム織物、若しくは炭素織物であるか、又は、セラミックファイバ又はグラスファイバから形成されている。代替的に、電子伝導に関して絶縁された中間層５として特殊なコーティングを多孔性の電極に施すことも可能である。この関係において、電子伝導に関して絶縁されたとは、層の比抵抗が１０8Ｏｈｍ＊ｃｍよりも大きい、有利には１０9Ｏｈｍ＊ｃｍよりも大きい、特に２×１０9Ｏｈｍ＊ｃｍよりも大きいことを意味している。
【００５９】
電子伝導に関して絶縁された中間層５は多孔性の電極７によって取り囲まれている。多孔性の電極７は例えばグラファイトフェルトから作成される。有利な実施の形態においては、図２及び図３に示されているように、多孔性の電極７がセグメント壁９によって取り囲まれている。ここで図示されている円筒状の固体電解質３を備えた実施の形態においては、セグメント壁９がスリーブとして構成されている。
【００６０】
セグメント壁９に隣接してカバー１１が設けられている。ここで図示されている実施の形態においては、カバー１１が波状の断面を有している被覆管として構成されている。これによって、被覆管として構成されているカバー１１は、波の各谷部を用いてセグメント壁９に載置されており、また波の山部によってセグメント壁９に沿ったチャネル１３を形成している。充電時又は放電時には、カソード材料がそれらのチャネル１３を通って流れる。上記において述べたように、カソード材料は例えば硫黄又はアルカリポリスルフィドである。
【００６１】
図２及び図３に図示されている実施の形態においては、電極ユニット１の動作中に、放電に際してカソード材料が流路１３から入口開口部１５を通って多孔性の電極７へと流れ、多孔性の電極７において電気化学的にアニオンに還元される。このアニオンは、固体電解質３を通って同様に多孔性の電極７へと運ばれるカチオンと反応し、塩が生成される。特に有利には、カチオンはアルカリ金属イオンであるので、アルカリ金属塩、特にアルカリ金属ポリスルフィド、極めて有利にはナトリウムポリスルフィドが多孔性の電極７において生成される。多孔性の電極７において生成された反応生成物、例えばアルカリ金属ポリスルフィドは、出口開口部１７を介して再び多孔性の電極７から流路１３へと流出する。
【００６２】
セグメント壁９のために使用されるスリーブの数は、スリーブの高さ及び電極ユニットの長さに依存し、また、ここで図示されている数より多くても良い。また、スリーブを一つだけ設け、その一つのスリーブに入口開口部１５及び出口開口部１７の複数の列を形成することもできる。
【００６３】
放電状態に依存せずに一定の電力を出力できるようにするために、多孔性の電極７は流れ障壁１９によって複数のセグメントに分割されている。流れ障壁１９によって、多孔性の電極７において生成された反応生成物が、出口開口部１７の領域において多孔性の電極７を通って更に流れることを阻止する。流れ障壁１９によって、全ての材料が多孔性の電極７から出口開口部１７の領域において流路１３へと流出することが保証される。これによって、後続のセグメントにおいては新鮮なカソード材料が多孔性の電極７に供給され、それによって電極ユニット１の出力が改善されることが保証される。出口開口部１７において流出した材料が、多孔性の電極の後続のセグメントに直接的に流入しないようにするために、出口開口部１７の下流側の入口開口部１５は出口開口部１７に対してずらされて配置されている。
【００６４】
放電時に解放された電流は電流端子２１を介して取り出される。このために、多孔性の電極７の各セグメントが電流端子２１に接触接続されている。この接触接続は、例えば、セグメント壁９及びカバー１１を介して行われる。その場合、セグメント壁９もカバー１１も導電性に形成されている。代替的に、セグメント壁９によって取り囲まれている各多孔性の電極７を、電流端子２１に接触接続されている一つの中央導体と接続することも可能である。多孔性の電極７を電気的に接触接続させるための、当業者には公知である他のあらゆる任意の実現手段も使用することができる。
【００６５】
図５に示されている簡略化された実施の形態の構造にはセグメント壁は含まれていない。多孔性の電極７は波状のカバー１１に直接的に接触接続されているので、ここでもまた垂直に配向されている流路１３が形成されている。給電線は多孔性の電極７と電気的に直接接触している。
【００６６】
放電の際、多孔性の電極７はカソードである。アノードは、固体電解質３の多孔性の電極７側とは反対側に存在するアノード材料によって形成される。ここで図示されている円筒状の固体電解質３が設けられている実施の形態においては、アノード材料が固体電解質３内に存在している。アノード材料の量を少なく抑えられるようにするために、固体電解質３内にディスプレーサ２３が設けられている。ディスプレーサ２３は、固体電解質３とディスプレーサ２３との間に間隙２５が生じるように形成されている。この間隙２５内にアノード材料が存在している。アノード材料としてアルカリ金属が使用される場合には、アノード材料自体が導電性であり、従ってアノード材料を直接的に、放電の際にアノードとして機能する電極として使用することができる。例えばこのために、ディスプレーサ２３を導電性に形成し、且つ、ディスプレーサ２３によって電流端子を形成することも可能である。
【００６７】
アノード材料を供給するために、ディスプレーサ２３内にはチャネル２７が形成されている。アノード材料はこのチャネル２７を介して間隙２５へと流れ、電気化学的な還元の際にカチオンを形成し、このカチオンは、カチオン伝導性の固体電解質３を介して多孔性の電極７に到達し、この多孔性の電極７においてカチオンは、多孔性の電極７において形成されたアニオンと反応し中和する。
【００６８】
動作に必要な温度を調整して、アノード材料及びカソード材料を溶融した状態に維持するために、ディスプレーサ２３を加熱することも可能である。加熱は例えば加熱ロッドを用いて電気的に行うことができる。
【００６９】
特別な実施の形態においては、電極ユニットの長さにわたり加熱出力が異なるように加熱が行われ、それによって頂部がより高く加熱され、底部が最も弱く加熱される。これによって、融点を下回る温度に冷却されたアルカリ金属とその周囲にあるカソード材料は、頂部から底部に向かってメルトコーン（melt cone）の形状で溶融され、従って、閉じ込められた溶融物に起因する破壊作用のある圧力は生じないことが保証される。
【００７０】
充電のために、塩、例えばナトリウムポリスルフィドがチャネル１３を介して供給され、出口開口部１７を通って多孔性の電極に流入し、また、印加されている電圧によってナトリウムイオンと硫黄に分解され、ナトリウムイオンは固体電解質３を通って間隙２５へと流れ、更にはチャネル２７を通って流れ出ることができる。硫黄はセグメント壁９における入口開口部１５を通って、多孔性の電極７から流路１３へと流出する。この流れはナトリウムポリスルフィドの密度と硫黄の濃度との差に基づき生じる。ナトリウムポリスルフィドは硫黄よりも高い密度を有しているので、ナトリウムポリスルフィドは下方に向かって沈下し、またそれによって流れが生じ、その結果、アルカリ金属及び硫黄を供給できる限りは、電極ユニット１の動作を継続させることができる。
【００７１】
硫黄及びアルカリ金属は相互に離隔されて配置されている貯蔵容器に蓄えられている。硫黄のための貯蔵容器は例えばカバー１１も取り囲むことができ、また硫黄はそのカバー１１によって形成されるチャネル１３を介して多孔性の電極７へと流れる。生じた塩は同様に硫黄のための貯蔵容器に収集される。上述の密度差に基づき二相系が生じる。つまり、下方にはナトリウムポリスルフィドが存在し、上方には硫黄が存在する。
【００７２】
図２には、本発明に従い形成された電極ユニット１が平面図で示されている。図２に示されている平面図においては、特に、被覆管として形成されているカバー１１が波状に形成されていることが見て取れる。波状のカバー１１は、波の谷部２９によってセグメント壁９に載置されており、また波の谷部２９の間に生じている波の山部３１によって個々のチャネル１３が形成される。放電時にカソード材料は、波の山部３１によって形成されるチャネル１３へと流れ、続いて入口開口部１５を通って多孔性の電極へと流入する。多孔性の電極７に到達しない材料は流路１３を通って更に流れる。出口開口部１７においては、チャネルを通って流れる材料が、流出してきた材料と混合され、その結果、同一の流路１３における後続の入口開口部１５には、出口開口部から流出する材料よりも高い割合で、反応を起こしていないカソード材料を含んでいる混合物が流入する。
【００７３】
図３には本発明による電極ユニットが立体図で示されており、ここでは、カバー１１の下にある構成要素も表すためにカバー１１の一部が切り取られている。組み立てられた電極ユニット１においては、カバー１１は切り取られていない。この図３からは、出口開口部１７が後続の入口開口部１５からずらされて配置されていることが見て取れる。これによって、材料が出口開口部１７から後続の入口開口部１５に直接的に流れる可能性が排除される。ここで図示されている実施の形態においては、入口開口部１５及び出口開口部１７がそれぞれ矩形の横断面を有するように構成されており、二つの入口開口部１５の間又は二つの出口開口部１７の間には、スリーブとして構成されている面状の電極９の延長部３３がそれぞれ設けられており、この延長部３３は後続の入口開口部１５又は先行の出口開口部１７と同じ幅を有している。
【００７４】
ここで図示されている実施の形態においては、面状の電極９が、一方の端部に入口開口部１５を、また他方の端部に出口開口部１７をそれぞれ有している別個の複数のスリーブとして作成されている。個別のスリーブとして構成することによって組み立て及び製造がより容易になる。しかしながら択一的に、複数の入口開口部１５及び複数の出口開口部１７が形成されている単一のスリーブを設けることも可能である。もっとも、各端部にそれぞれ複数の入口開口部１５及び複数の出口開口部１７が形成されている別個の複数のスリーブとして構成する方が有利である。特に有利な実施の形態では、各スリーブにおいて入口開口部１５及び出口開口部１７が軸方向において相互に位置合わせされて形成されている。更には、ここで図示されている矩形の入口開口部１５及び出口開口部１７以外に、入口開口部及び出口開口部を他のあらゆる任意の形状で形成することも可能である。つまり例えば、開口部がそれぞれスリーブの端部に位置している場合には、それらの開口部を半円又は半楕円の形状で形成することも、三角形として形成することも可能である。面状の電極が一つだけ設けられており、その面状の電極に入口開口部１５及び出口開口部１７の複数の列が形成されている場合には、それらの開口部を他のあらゆる任意の形状、例えば楕円形、円形、三角形又は任意の数の角を有する多角形の形状で形成することも可能である。
【００７５】
円筒状の固体電解質３と、従って同様に円筒状の多孔性の電極７とを備えている、ここで図示されている実施の形態以外に、電極ユニット１が他のあらゆる任意の横断面を有するように構成し、更には電極ユニット１を面状の電極ユニットとして構成することも可能である。もっとも、ここで図示されているように、円筒状の電極ユニット１が有利である。
【００７６】
比較的長い電極ユニット１を実現するために、ここで図示されているような二つのセグメント壁９よりも多くの数の、スリーブとして構成されているセグメント壁を設けることもできる。
【００７７】
図４には、本発明に従い形成されたディスプレーサが断面図で示されている。
【００７８】
有利には、ディスプレーサ２３は特殊鋼から作成される。ディスプレーサ２３の熱膨張による固体電解質３の損傷を回避するために、ディスプレーサ２３は有利には、弾性的に固体電解質３に載置されるように構成されている。固体電解質への弾性的な載置を、例えば、凸部３５及び凹部３７を備えている構造によって実現することができる。これによって例えば、ディスプレーサ２３の波状の構造が得られる。更には、付加的な電流導体３９が設けられている場合には、特に凹部３７をオメガ（Ω）の字の形に成形し、その内側に円形の横断面を備えている電流導体３９がクランプ止めされるようにすることも可能である。
【００７９】
ここで図示されている実施の形態においては、電流導体３９が、両側が閉じられた管４１の形態の被覆体と、導電性の良好な材料から成るコア４３とを有している。コア４３の全周にわたり管４１が隣接している。上述のように、管は有利には特殊鋼から作成されており、またコアはアルミニウム、銅、銀、金又はナトリウムから作成されている。電流導体３９を使用することによって、伝導率が比較的低い特殊鋼から作成されているディスプレーサ２３の導電性が改善される。
【００８０】
ディスプレーサは通常の場合、内部が中空である。ディスプレーサの内側領域４５を例えば、ナトリウムを含む容器を収容するために利用することができる。その場合、有利には、容器も特殊鋼から作成される。
【００８１】
図５には、面状の電極の本発明の実施の形態が断面図で示されている。
【００８２】
固体電解質３は絶縁層５及び多孔性の電極７によって取り囲まれている。多孔性の電極７に隣接してカバー１１が設けられており、このカバー１１は、ここで図示されている実施の形態において、波状に形成されている。カバー１１の波状の構造によって複数の流路１３が形成され、それらの流路１３を通って硫黄及びポリスルフィドが流れる。
【００８３】
カバー１１が鋼から作成される場合、電気的な特性を改善するためには、付加的な電流導体４７を設けることが必要になる。電流導体４７は有利には、カバー１１の固体電解質３側に配置される。ここで図示されている実施の形態においては、電流導体４７が面状の電極の流路２３内に収容されている。この場合、流路２３及び電流導体４７の幾何学的構造は、各電流導体４７の面全体が流路１３の壁に載置されるように相互に適合されている。電流導体と硫黄又はポリスルフィドとの不所望な反応を回避するために、電流導体４７はディスプレーサ側に配置されている電流導体３９と同様に、両側が閉じられている特殊鋼管４９の被覆体と導電性の良好な材料から成るコア５１とによって作成される。導電性の良好な材料は、有利には銅、アルミニウム、銀又は金、特に有利には銅又はアルミニウムである。
【００８４】
ここで図示されているように、電流導体３９を一つおきの流路１３内に配置する以外に、電流導体３９の他の任意の規則的な分布又は不規則的な分布も可能である。つまり例えば、規則的な分布の場合には、電流導体を二つおき又は三つおきの流路１３に設けることも可能である。
【００８５】
更にはここで図示されている実施の形態以外に、電流導体をカバー１１の固体電解質３側とは反対側に配置することも可能である。その場合には、導電性の良好な材料をカバー１１の材料と直接接触させること、例えば、コーティングによって、又は、波状に形成されているカバー１１の、固体電解質３側とは反対側の波の谷部に、導電性の良好な材料から成るワイヤをクランプ接続することによって、接触接続させることが有利である。その際に、導電性の良好な材料が硫黄又はポリスルフィドと反応することを回避するために、ここでは図示していないカバーが面状の電極を取り囲んでおり、従って導電性の良好な材料も取り囲んでいる。そのようなカバーのための材料として、有利には、カバー１１の材料と同じ材料が選択される。
【符号の説明】
【００８６】
１  電極ユニット
３  固体電解質
５  電子伝導に関して絶縁された層
７  多孔性の電極
９  セグメント壁
１１  カバー
１３  流路
１５  入口開口部
１７  出口開口部
１９  流れ障壁
２１  電流端子
２３  ディスプレーサ
２５  間隙
２７  チャネル
２９  波の谷部
３１  波の山部
３３  延長部
３５  凸部
３７  凹部
３９  電流導体
４１  管
４３  コア
４５  ディスプレーサ２３の内側領域
４７  電流導体
４９  特殊鋼管
５１  コア
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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