Bekannt sind Hochtemperatur-Akkumulatoren, die auf elektrochemischer Basis arbeiten, wie das gegenwärtig leistungstärkste Natrium/Schwefel Hochtemperatursystem von ABB mit 0,08-0,1 kWh/kg und das Hochtemperatursystem Natrium/Nickelchlorid von AEG Anglo Batteries, Produktnamen'Zebra-Batterie', mit 0,08 kWh/kg.

Diese sogenannten Hochtemperatursysteme benötigen Betriebstemperaturen um 300 C, bei der die eingesetzten Oxidkeramik-Elektrolyten für Ionen durchlässig werden und die Strom liefernde Elektrodenreaktion ablaufen kann. Zur Aufrechterhaltung der Betriebs-temperatur ist ständiges Beheizen notwendig, sonst wird der Akkumulator funktions-untüchtig und entleert sich innerhalb weniger Tage.

Neben der Unfallgefahr sind die hohen Kosten, das hohe Gewicht, die geringe Reichweite und die hohe Aufladzeit, die negativen Faktoren, gegenüber denen der Verbrennungs-motor konkurrenzlos ist. Die produktionsreife'Zebra-Batterie'würde bei großen Stückzahlen immer noch 500 DM/kWh kosten und bei Fahrleistungen wie ein'Benziner', mit 50 kWh Speicherkapazität ein Eigengewicht von 600 kg haben und Akkumulator-kosten von 25.000 Mark verursachen.

Ein ernsthaftes Problem sind die reaktiven und aggressiven Schmelzen, die im Falle eines schweren Unfalls sich in Verbindung mit Wasser und Luft entzünden. Flüssignatrium reagiert in Verbindung mit Wasser explosionsartig. Die alkalische Schwefelschmelze ist hochkorrosiv gegenüber Stahl und zerstört bereits bei einem Haarriß das Batteriegehäuse und entzündet sich an der Luft. In Verbindung mit Wasser entsteht hochgiftiger Schwefel- wasserstoff. Aus diesen Gründen hat ABB die Arbeiten an der Natrium/Schwefel-Batterie eingestellt.

Im Gegensatz zu diesen elektrochemisch arbeitenden Hochtemperatur-Akkumulatoren, die im Vergleich zu dem erfindungsgemäßen Verfahren zu Niedertemperatur-Akkumulatoren werden, arbeitet das erfindungsgemäße Hochtemperatur-Akkumulatorsystem mit mehrfach höheren Temperaturen, die je nach eingesetztem Akkumulatormaterial, um den Faktor 10 höher liegen können.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulator-Verfahrens ist es, netzun- abhängige Fahrzeuge aller Art, ob Land-, Wasser-, Luft-oder Raumfahrzeuge, genauso wie oder komfortabler als durch Verbrennungsmotoren anzutreiben, ohne deren Nachteile wie Schadstoffausstoß, hohen Lärmpegel und hohen Wartungsbedarf zu haben. Weitere Aufgabe ist die sofortige Verfügbarkeit netzunabhängiger, stationärer Energiespeicher.

Diese Aufgabe wird gelöst, in dem brennstofffrei eine möglichst große Wärmemenge pro Gewichts-oder Raumeinheit im erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulator gespeichert wird, über eine möglichst lange Zeit konserviert und bei Bedarf wieder mit möglichst großen Wirkungsgrad als Antriebsenergie abgegeben wird.

Basismaterial zur Lösung dieser Aufgabe ist Graphit, der als Träger-Speicher-, Druck- verstärker-und Hochtemperatur-Isoliermaterial dient, aber gleichzeitig auch zur Wärme- und Stromleitung und als Widerstandsheizung genutzt wird.

Carbon ist der Stoff mit der höchsten Temperaturbeständigkeit von über 3500 C in fester Phase, wird von Metallschmelze nicht benetzt und ist deshalb als Träger-und Aufheiz- material, aber auch als Wärmespeichermaterial selbst, optimal für Hochtemperatur- Akkumulatoren einsetzbar. Carbon läßt sich nach Bedarf formen und bearbeiten. Carbon ist ein Hochleistungsprodukt dessen geforderte Eigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit, elektische Leitfähigkeit, Dichte, Druck-und Zugfestigkeit maßgerecht im Produktions- prozeß erzielt werden können. Die Produktpalette von Carbon reicht von großen Blöcken über Fasern zu Verbundwerkstoffen, Folien und Isolierfilzen. Aus diesem Produktangebot allein läßt sich ein Carbon-Akkumulator mit einer maximalen Kapazität von 25 kWh/l erstellen.

Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt außer Graphit als Speichermaterial in dieser Hinsicht noch leistungsfähigere andere Elemente oder Verbindungen von Elementen mit hoher Schmelz-und Verdampfungsenthalpie und nutzt die Tatsache, daß zwischen Schmelzpunkt und Verdampfungspunkt eine etwa 4fach höhere Energiemenge aufgenommen und gespeichert wird, als für die Autheizung des Materials bis zum Schmelzpunkt nötig ist. Bei Verdampfung des Speichermaterials wird sogar eine lOfach höhere Energiemenge aufgenommen, wobei damit im Hochtemperatur-Akkumulator- Hochdruckverfahren eine optimale Energiemenge pro kWh/kg speicherbar wird, deren Optimum bei 20 kWh/kg oder 50 kWh/l liegt.

Vorteilhaft sind nicht toxische Hochtemperatur-Speichermaterialien, die sublimieren und direkt von der festen in die gasförmige Phase übergehen. Damit ist im Falle eines Unfalls keine Schmelze vorhanden, die auslaufen, Brände verursachen und toxische Reaktionen auslösen könnte. Von Bedeutung sind auch Wärmeleitfähigkeit und der elektrische- Widerstand, die einen schnellen Übergang von Strom in Hochtemperaturwärme gewährleisten.

Bedingt durch die Eigenschaften des eingesetzten Hochtemperatur-Speichermaterials und die zum Einsatz kommende Temperaturhöhe, sind die erfindungsgemäßen Hochtemperatur -Akkumulatoren in Hoch-und Niederdruck-Aggregate zu unterscheiden, wobei die Aggregatzustände des Speichermaterials fest, flüssig, gasförmig, fest-flüssig, flüssig- gasförmig, fest-gasförmig sein können.

Mit Speicherung der Hochtemperaturwärme wird der Umstand genutzt, daß der Wirkungsgrad eines Thermionischen-Generators oder eines Stirlingmotors mit wachsender Temperaturdifferenz zwischen Kühl-und Heizbereich zu nimmt. Auf diese Weise wird der Energieverlust beim Übergang von gespeicherter Wärmeenergie in Antriebsenergie klein gehalten. Gegenüber einem Verbrennungsmotor, der den Treibstoff nur mit einem Wirkungsgrad von 15% nutzt, arbeiten Thermoelektrischer-Generator und Stirlingmotor unter Hochtemperaturwärme und Kühlung durch Umgebungstemperatur mit einem Wirkungsgrad von über 50 %.

Der Gesamtwirkungsgrad und die Kosten/Nutzenbilanz gegenüber Transportmittel mit Verbrennungsmotoren erhöht sich noch erheblich durch den direkten Antrieb über Strom- bzw. Hydromotoren, da die alte kosten-und gewichtsintensive Mechanik herkömmlicher Fahrzeuge, wie Verbrennungsmotor, Auspuffanlage, Getriebe, Kardanwelle, Anlasser, Startbatterie, Bremsanlage, Treibstoffpumpe, Tank sowie deren Wartung und Ersatz entfällt. Motoröl, Getriebeöl, Bremsflüssigkeit und Kühlflüssigkeit werden überflüssig.

Das Speichermaterial des erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulators besteht außer Graphit vorzüglich aus den Elementen Beryllium, Bor, Lithium, Silizium und ihrer Boride, Carbide und Nitride, von denen die meisten vorteilhaft ohne Flüssigphase sublimieren.

Unter Nutzung der Flüssigphase eignen sich auch Metalle als Hochtemperatur-Speicher- materialien, wie beispielsweise Kupfer oder Vanadium im Temperaturbereich bis 3500 C Die Energiedichten der aufgeführten Hochtemperatur-Speichermaterialien liegen zwischen 10-50 kWh/l, die damit um den Faktor 100 höher liegen als die der leistungfähigsten, elektrochemisch arbeitenden Hochtemperatur-Akkumulatoren. Volumenbezogen liegt z. B. die Speicherkapazität von Be2C und B4C bei Sublimationstemperaturen von etwa 2500 C bei 35 kWh/liter.

Die für die Aufheizung des Speichermaterials durch elektrischen Strom aufzuwendende Energie steht beim Übergang vom flüssigen Zustand in den festen oder von dem gasförmigen in den festen Aggregatzustand wieder voll zur Verfügung und kann über Generatoren in Antriebsenergie umgesetzt werden.

Vorteilhaft ist die Aufladung durch Strom, in Form von Hochtemperaturwärme bei direktem Stromdurchfluß des Speichermaterials, mittels Wiederstandaufheizung intern. Bei externer Aufheizung des Speichermaterials, die auch eine induktive Aufheizung zu ließe, wäre eine Entnahme oder Auswechselung des Speichermaterials durch einen Automaten notwendig.

Die technische Beherrschbarkeit der hohen Temperaturen bei einer hohen Speicherdauer wird durch eine Superisolierung gewährleistet, die erfindungsgemäß dadurch gelöst wird, daß das aufzuheizende Speichermaterial unter Schutzgas (Stickstoff, Argon) bspw. in einem druckfesten und gasdichten, hohlen Graphitzylinder (Graphithohlkörper) eingebracht und durch Stromdurchfluß direkt aufgeheizt wird, und/oder indirekt über die Wärme-strahlung des bei Stromdurchfluß aufgeheizten Graphitzylinders. Der Graphitzylinder hat beim Hochdruckverfahren dem erhöhten Gasdruck des sublimierten Speichermaterials stand zu halten. Um dies zu gewährleisten, sind entweder Speichermaterialien mit geringen Gasdrücken im Sublimationspunkt zu wählen, oder der Graphitzylinder ist mit Kohlefasergewebe druckfest zu verstärken.

Zur optimalen Wärmeisolierung wird der Graphithohlkörper (Träger des Hochtemperatur- speichermaterials) abwechseln durch gasdicht gemachte Graphithartfilzschichten mit geringer Wärmeleitfähigkeit und Schutzgasschichtem isoliert, wobei die inneren Graphitflächen mit Strahlungsreflektoren versehen sind.

Eine 40 mm starke SIGRATHERM Hartfilzschicht dämmt unter Schutzgas bei einer Wärmequelle von 2000 C eine Wärmestrahlung von 10 kW/m2 auf 400 C herunter. Die Wärmeleitfähigkeit der Hartfilzschicht beträgt bei 2000 C etwa 1 W/K m und fällt bei 400 auf 0.2 W/K m. Ab dieser Temperatur kann bereits kostengünstiger Steinwollefilz mit einer um den Faktor 10 niedrigeren Wärmeleitfähikeit zur Isolierung eingesetzt werden.

Nach Isolierung bis auf Umgebungstemperatur wird der Hochtemperatur-Akkumulator mit einem stabilen, gasdichten Mantel versehen, der mit Einrichtungen zur automatisierten Energieaufnahme und Energieabgabe versehen ist.

Um einen Heizzylinder von 250 mm Durchmesser bei einer Temperatur von 2500°C auf Zimmertemperatur zu isolieren, ist lediglich eine Isolierschichtfolge nach vorgenanntem Aufbau von ebenfalls nur 250 mm Stärke notwendig. Damit wird deutlich, welch hohe Energieleistung auf kleinem Raum ein Hochtemperatur-Akkumulator aufnehmen kann.

Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäBen Niederdruck-Hochtemperatur- Akkumulators aus BN (Bornitrid), das als Speichermaterial bei 2400 C sublimiert und eine mittlere Wärmespeicherkapazität besitzt, soll dies verdeutlichen.

Ein Zylinder aus Carbon mit den Abmessungen 30 x 30 cm und einem Rauminhalt von etwa 201 speichert bei 3000 eine Energiemenge von etwa 100 kWh. Rechnen wir für die Wärmeisolierung ebenfalls eine Schichtdicke von rundum 30 cm, so hat der Carbon- Hochtemperatur-Akkumulator inklusiv gasdichtem AuBenmantel nur eine Gesamtabmessung von etwa 100 x 100 cm bei 100 kg Gesamtgewicht.

Ein Hochtemperatur-Akkumulator dieser Abmessung plus Generator hat im Sero-Emission- Car bequem dort Platz, wo sonst der überflüssig gewordene Verbrennungs-motor mit Antriebsaggregat saß oder in flacherer Form in der Bodenplatte. Das Null-Emission-Auto benötigt nur noch eine elektronische Steuerung, vier Radantriebsmotoren die beim Bremsen als Generator wirken und die Bremsenergie in Form von Wärmeenergie in den Akkumulator wieder einspeisen, oder im Falle von Hydromotoren den Druckspeicher aufladen.

Bei einem Wirkungsgrad von 40-50% und 100 kWh Speicherleistung fährt ein Null- Emission-Auto mit einem Hochtemperatur-Akkumulator 500-600 km bei einer Auflad- zeit von 5 Minuten. Bei Stromkosten, wie beim gegenwärtig teueren Haushaltsstrom von ERSATZBLATT (REGEL 26) 0.25 DM/kWh, würden 500 km mit dem Hochtemperatur-Akkumulator nur 25 DM kosten, fünfmal weniger als die Treibstoffkosten eines heutigen Mittelklassewagens. Mit vorgenannter Superisolierung ist eine Standzeit von 5 Monaten zu erwarten, bis sich der Hochtemperatur-Akkumulator durch Wärmeverlust erschöpft. Die Lebensdauer eines optimierten erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Akkumulators mit den Leistungsdaten : 100 kWh/10 1 bei einem Gesamtgewicht von 100 kg, ist gleich der Lebensdauer des Fahrzeugs.

Die Aufgabe der erfindungsgemäBen Hochtemperatur-Akkumulatoren, Brennstoffmotoren für Land-, Luft-und Wasserfahrzeuge zu ersetzen und vor Ort emissionsfreie Transport- mittel in allen Bereichen des Transportsektors zum Durchbruch zu verhelfen, ist mit den gegebenen Leitungsmerkmalen für Hochtemperatur-Akkumulatoren gesichert.

Leistungsprofil eines mittleren Hochtempeartur-Akkumulators : Leistung/Gewicht = 100 kWh/100 kg Leistung/Kosten = 1 kWh/50,--DM H-T-Akkukosten = 5.000,--DM Reichweite = 500 km Lebensdauer 25 Jahre Ladezeit = 5 Minuten Stromkosten/km = 5 Pfennig/km Stromkosten 5 Mark/100 km