Wiederaufladbarer elektrischer Energiespeicher Die Erfindung betrifft einen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher, insbesondere einen Metall-Luft- Energiespeicher, mit wenigstens einem Speicherelement zur Speicherung elektrischer Energie, wobei das Speicherelement einen porösen Speicherelementkörper umfasst.

Es sind verschiedene technische Lösungen für die Speicherung überschüssiger elektrischer Energie, die beispielsweise durch erneuerbare Energiequellen oder durch Kraftwerke erzeugt wird und für welche temporär kein Bedarf besteht, bekannt. Ein neues Beispiel für eine Speichermöglichkeit überschüssiger elektrischer Energie ist die Verwendung von wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichern in Form von Metall-Luft- Energiespeichern bzw. Metall-Luftbatterien (engl. Rechar- geable Oxide Battery, kurz ROB) .

Metall-Luftbatterien werden üblicherweise bei Temperaturen zwischen 600 und 900°C betrieben. Das Funktionsprinzip von Metall-Luftbatterien besteht darin, einer (positiven) Luftelektrode Sauerstoff zuzuführen und dort in Sauerstoffionen umzuwandeln. Die Sauerstoffionen wandern durch einen Festkörperelektrolyten zu einer der Luftelektrode gegenüberliegend angeordneten (negativen) Elektrode (Entladevorgang) . Umgekehrt ist es möglich, dass die Sauerstoffionen von der (negativen) Elektrode durch den Festkörperelektrolyten zu der (po- sitiven) Luftelektrode wandern (Ladevorgang) .

An der negativen Elektrode findet, je nachdem, ob ein Lade ^¬ oder Entladevorgang stattfindet, eine Reaktion der Sauerstoffionen mit einem gasförmigen Redoxpaar statt, wobei der von dem gasförmigen Redoxpaar aufgenommene oder abgegebene Sauerstoff durch Diffusion des Redoxpaares auf ein poröses, gas ^¬ durchlässiges und ebenfalls oxidierbares bzw. reduzierbares Speichermaterial bzw. Speicherelement übertragen wird. Aufgrund der z.B. für den Sauerstofftransport in einem kera ^¬ mischen Festkörperelektrolyten benötigten hohen Temperaturen ist die Werkstoffauswahl für die Konstruktion der Komponenten eines entsprechenden Energiespeichers, insbesondere des Spei ^¬ cherelements, sowie die Anordnung des Speicherelements inner ^¬ halb des Energiespeichers komplex.

Insbesondere nehmen die nutzbare Speicherkapazität des Ener- giespeichers und damit die Speicherdichte nach mehreren Re- doxzyklen im Rahmen von Lade- und Entladevorgängen bei den besagten Betriebstemperaturen ab. Für eine wirtschaftliche Nutzung eines Energiespeichers ist daher grundsätzlich eine Erhöhung der initialen Speicherdichte pro Volumeneinheit des Energiespeichers anzustreben.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, einen wiederauflad ^¬ baren elektrischen Energiespeicher mit einem, insbesondere im Hinblick auf Langzeitstabilität und Speicherdichte, verbes- serten Speicherelement anzugeben.

Das Problem wird erfindungsgemäß durch einen wiederaufladba ^¬ ren elektrischen Energiespeicher der eingangs genannten Art gelöst, welcher sich dadurch auszeichnet, dass in dem Spei- cherelementkörper wenigstens ein Durchgangskanal ausgebildet ist, wobei die den Durchgangskanal begrenzenden Wandabschnit ^¬ te des Speicherelementkörpers zumindest abschnittsweise mit einem, insbesondere einem dichten bzw. kompakten oder zumindest abschnittsweise porösen, elektrisch leitfähigen Material beschichtet sind.

Die Erfindung schlägt einen neuartigen Aufbau eines wieder- aufladbaren elektrischen Energiespeichers, im Weiteren kurz als Energiespeicher bezeichnet, bzw. insbesondere eines einem Energiespeicher zugehörigen Speicherelements vor. Dabei sind in dem porösen, d. h. im Wesentlichen aus einem partikelförmigen Speichermaterial gebildeten Speicherelementkörper ein oder mehrere Durchgangskanäle ausgebildet. Die Durchgangska- näle durchbrechen die poröse Struktur des Speicherelementkörpers etwa im Sinne einer Bohrung und unterscheiden sich demnach insbesondere in den geometrischen Abmessungen, wie z. B. Durchmesser und/oder Länge, sowie der Form von in dem Spei- cherelementkörper aufgrund dessen poröser Struktur möglicherweise bereits vorhandenen kanalartigen Strukturen. Letztere können gegebenenfalls als Mikrokanäle, die Durchgangskanäle entsprechend als Makrokanäle bezeichnet werden. Die Durchgangskanäle ermöglichen einerseits einen einfachen und schnellen Gastransport, insbesondere eines für den Be ^¬ trieb des Energiespeichers erforderlichen redoxaktiven Gasge ^¬ misches („Redox-Shuttle" ) , wie z. B. eines gasförmigen Redox- paars in Form eines Wasserstoff-Wasserdampf-Gasgemischs , durch den Speicherelementkörper. Dies ist durch die geometrischen Abmessungen der Durchgangskanäle bedingt, welche den Speicherelementkörper, wie erwähnt, im Sinne von Bohrungen oder ähnlichen Durchbrechungen, durchsetzen. Die Möglichkeit eines einfachen und schnellen Gastransports durch den Spei- cherelementkörper erlaubt die Ausbildung von im Vergleich zu konventionellen Speicherelementkörpern dickeren Speicherelementkörpern, was der mechanischen Stabilität des Speicherele ^¬ ments sowie der Speicherdichte und damit Leistungs- bzw.

Energiedichte des Energiespeichers insgesamt zuträglich ist.

Durch die zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständi ^¬ ge, Beschichtung der den Durchgangskanal begrenzenden Wandabschnitte bzw. Wandungen des Speicherelementkörpers mit einem elektrisch leitfähigen Material ist es möglich, eine elektri- sehe Kontaktierung zwischen angrenzend bzw. benachbart ange ^¬ ordneten Komponenten des Energiespeichers, wie z. B. einer Elektrode und eines zur Verbindung des Energiespeichers mit wenigstens einem weiteren wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher ausgebildeten elektrischen Verbindungsele- ments ( Interkonnektorplatte) , zu realisieren.

Die elektrisch leitfähige Beschichtung ist bevorzugt zumindest abschnittsweise porös ausgebildet, um den ungehinderten Durchtritt des Redoxpaares von den Durchgangskanälen in, ins ^¬ besondere Mikrokanäle aufweisende, Struktur des Speichermate ^¬ rials zu gewährleisten. Das die Beschichtung der Wandabschnitte bildende elektrisch leitfähige Material ist bevorzugt aus einem metallischen Ma ^¬ terial, insbesondere einem Elementarmetall, bevorzugt Cr, Co, Ni, Cu, Ag, oder einer Metalllegierung, bevorzugt auf Basis von Cr, Co, Cu, Ni, Ag oder Fe, besonders bevorzugt

XlCrTiLa22, FeCr22, 1C44MO20, oder einer elektrisch leitfähigen Oxidverbindung, insbesondere auf Basis von Cr ₂ 0 ₃ , In ₂ 0 ₃ , Mn _x O _y oder T1O ₂ oder einer Perowskitverbindung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE,AE) (Fe, Ti, Cr, Mn, i)0 ₃ , besonders bevorzugt aus den Kompositionsfeldern (Sr, Y) T1O ₃ oder (La, Ca, Sr, Ce) (Fe, Ti, Cr)0 ₃ , oder einer Mischung der Genannten gebildet. Die Aufzählung ist lediglich beispielhaft und nicht abschließend, das die Beschichtung bildende Material kann grundsätzlich auch aus Anderen als den genannten Materialien gebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das die Be- Schichtung bildende Material, falls es sich um ein Metall handelt, edler ist als das Speichermaterial des Speicherele ^¬ ments, damit es gegenüber den chemischen Bedingungen während des Ladens bzw. Entladens des Energiespeichers inert ist. Die Ausbildung der Durchgangskanäle in dem Speicherelement ^¬ körper kann beispielsweise durch Einbringen von organischen Fasernetzen, insbesondere Polymerfasernetzen, und/oder von perkolierenden organischen Fasern, insbesondere Polymerfasern, wie z. B. Kohlenstofffasern, und/oder von organischen bzw. organisch basierten Porenbildnern in das den Speicherelementkörper bildende Speichermaterial im Rahmen der Herstellung des Speicherelementkörpers erfolgen. Die vorgenann ^¬ ten organischen bzw. organisch basierten Stoffe können durch die erhöhten Temperaturen während des Herstellens, d. h. ins- besondere Entbinderns zur Entfernung von Bindermaterial und Sinterns, des Speicherelementkörpers ausgebrannt und somit aus dem Speicherelementkörper entfernt werden, wodurch es zu der Ausbildung der Durchgangskanäle kommt. Zur Ausbildung der Durchgangskanäle ist auch ein Gefrier-Gelieren (engl, freeze casting) oder die Entfernung der organischen Bestandteile durch geeignete Lösungsmittel denkbar. Die zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständige, Be- schichtung der den Durchgangskanal begrenzenden Wandabschnit ^¬ te des Speicherelementkörpers mit einem elektrisch leitfähi ^¬ gen Material kann beispielsweise durch ein Beschichten mit pulverbasierten, wenigstens ein elektrisch leitfähiges Mate- rial zur Bildung der Beschichtung enthaltenden Schlickern erfolgen. Denkbar ist auch eine Beschichtung der den Durchgangskanal begrenzenden Wandabschnitte über Beschichtungsver- fahren aus dem Bereich der Sol-Gel-Prozesse sowie über physi ^¬ kalische oder chemische Gasphasenabscheidung . Alternativ ist eine (Druck-) Infiltration des, gegebenenfalls vorgesinterten, Speicherelementkörpers mit pulverbasierten, wenigstens ein elektrisch leitfähiges Material oder Vorstufen davon zur Bildung der Beschichtung enthaltenden Schlickern oder Solen denkbar. Die Beschichtung kann ferner über elektrophoretische Abscheidung aufgebracht werden.

Zweckmäßig erstreckt sich der wenigstens eine Durchgangskanal von wenigstens einer Fläche des Speicherelementkörpers we ^¬ nigstens bis zu einer dieser gegenüber liegenden Fläche des Speicherelementkörpers. Es ist vorteilhaft, wenn der Durch ^¬ gangskanal den Speicherelementkörper dabei vollständig durchsetzt, sich also vollständig von der einen Fläche bzw. Ober ^¬ fläche des Speicherelementkörpers bis zu einer dieser gegen ^¬ über liegenden Fläche bzw. Oberfläche des Speicherelementkör- pers erstreckt. Gleiches gilt im Falle von mehreren Durch ^¬ gangskanälen, so dass es auch hier vorteilhaft ist, dass die ^¬ se den Speicherelementkörper jeweils vollständig durchsetzen.

In der Regel ist das Speicherelement zwischen einer Elektrode und einem zum Verbinden des wiederaufladbaren elektrischen

Energiespeichers mit einem weiteren wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher ausgebildeten elektrischen Verbindungselement ( Interkonnektorplatte) angeordnet. Es ist hier- bei bevorzugt, dass der wenigstens eine Durchgangskanal den Speicherelementkörper von der der Elektrode zugewandten Oberfläche bis zu der dem elektrischen Verbindungselement zuge ^¬ wandten Oberfläche durchsetzt. Gleiches gilt im Falle von mehreren Durchgangskanälen, so dass es auch hier vorteilhaft ist, dass diese den Speicherelementkörper jeweils vollständig von der der Elektrode zugewandten Fläche bzw. Oberfläche bis zu der dem elektrischen Verbindungselement zugewandten Fläche bzw. Oberfläche durchsetzen.

Es ist denkbar, dass der Durchmesser des wenigstens einen Durchgangskanals entlang dessen Erstreckung konstant ist oder sich, insbesondere graduell, ändert.

Wie erwähnt, können in dem Speicherelementkörper mehrere Durchgangskanäle ausgebildet sein. Einzelne oder mehrere der Durchgangskanäle können zumindest teilweise miteinander kom ^¬ munizieren, wobei die miteinander kommunizierenden Durchgangskanäle ein zwei- oder dreidimensionales, sich durch den Speicherelementkörper zumindest abschnittsweise erstreckendes Netzwerk bilden können.

In Weiterbildung der Erfindung können in dem Speicherelement bzw. dem Speicherelementkörper zusätzlich Partikel aus einem inerten Material, insbesondere einer Oxidverbindung, insbe- sondere auf Basis von Zirkonium und/oder Yttrium, enthalten sein. Diese Partikel wirken im Sinne von „Abstandshaltern" zwischen den Partikeln des in dem Speicherelementkörper enthaltenen Speichermaterials und verhindern deren Verbindung bzw. Versinterung . Derart ist es möglich, eine auf die Ver- bindung bzw. Versinterung des partikelförmigen Speichermaterials zurückzuführende Reduzierung der Mikroporosität und da ^¬ mit der mikroskopischen Gasdurchlässigkeit des Speichervolu ^¬ mens zu verhindern. Das Speicherelement ist, wie erwähnt, in der Regel zwischen einer Elektrode und einem zum Verbinden des wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers mit einem weiteren wiederauf- ladbaren elektrischen Energiespeicher ausgebildeten elektri- sehen Verbindungselement ( Interkonnektorplatte) angeordnet. Es ist hier vorteilhaft möglich, dass zumindest auf der der Elektrode oder der Interkonnektorplatte zugewandten Fläche bzw. Oberfläche des Speicherelements zumindest abschnittswei- se, insbesondere vollflächig, eine elektrisch leitfähige Kon ^¬ taktschicht aufgebracht ist.

Die Kontaktschicht dient der Homogenisierung bzw. Glättung der ansonsten aufgrund der zellularen bzw. porösen Struktur ungleichmäßigen Oberflächenleitfähigkeit des Speicherelements und der negativen Elektrode einerseits und einer aus dem Her- stellungsprozess herrührenden Restwelligkeit der Oberfläche des Speicherelements, der negativen Elektrode und der Inter ^¬ konnektorplatte andererseits. Die Kontaktschicht passt sich der Oberfläche des Speicherelements bzw. der Elektrode bzw. der Interkonnektorplatte an und liegt im Sinne einer elekt ^¬ risch leitfähigen Schicht auf der Oberfläche des Speicherele ^¬ ments. Die Kontaktschicht ist aus einem elektrisch leitfähi ^¬ gen Material gebildet und trägt so zu einer Reduzierung der Kontaktwiderstände zwischen dem Speicherelement und den an dieses angrenzenden Komponenten des Energiespeichers bei. Insbesondere ist die Kontaktschicht aus einem elastisch bzw. plastisch verformbaren elektrisch leitfähigen Material gebildet. Außerdem ist die Kontaktschicht vorzugsweise porös, um einen Transport eines gasförmigen Redoxpaares durch das Spei ^¬ cherelement weder zu behindern noch zu unterbinden.

Die Kontaktschicht ist in ihren Eigenschaften, insbesondere im Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit derart stabil, dass sich im Betrieb des Energiespeichers keine (wesentli ^¬ chen) Veränderungen bzw. Wechselwirkungen mit an diese angrenzenden bzw. diese kontaktierenden Komponenten des Energiespeichers ergeben. Falls es zu chemischen Reaktionen mit Kontaktpartnern kommt, müssen deren Reaktionsprodukte eben- falls ausreichend elektrisch leitfähig sein.

Eine entsprechende Kontaktschicht kann an allen Flächen bzw. Oberflächen des Speicherelements vorgesehen sein. Bevorzugt ist die Kontaktschicht an wenigstens einer Fläche bzw. Ober ^¬ fläche des Speicherelements vorgesehen, welche an eine weite ^¬ re Komponente des Energiespeichers in Stapelrichtung an ^¬ grenzt .

Grundsätzlich sollte die Kontaktschicht, zumindest die auf der der Elektrode zugewandten Fläche bzw. Oberfläche des Speicherelements aufgebrachte elektrisch leitfähige Kontakt ^¬ schicht eine poröse Struktur aufweisen. Derart ist ein für den Betrieb des Energiespeichers wesentlicher Stoff- bzw.

Gasdurchtritt durch die Kontaktschicht und somit ein Stoff ^¬ bzw. Gasaustausch zwischen der Elektrode und dem Speicherelement sichergestellt. Die elektrisch leitfähige Kontaktschicht ist zweckmäßig aus demselben Material wie die Beschichtung der den Durchgangska ^¬ nal begrenzenden Wandungen des Speicherelementkörpers gebil ^¬ det. Hierdurch ergeben sich in vorteilhafter Weise gleiche oder zumindest ähnliche thermo-mechanische, chemische und elektrische Eigenschaften der Kontaktschicht und der Be ^¬ schichtung, so dass hier insbesondere keine die elektrischen Eigenschaften des Speicherelements negativ beeinflussende Re ^¬ aktions-Grenzschicht gebildet wird. Die elektrisch leitfähige Kontaktschicht ist demnach zweckmä ^¬ ßig aus einem metallischen Material, insbesondere einem Ele ^¬ mentarmetall, bevorzugt Cr, Co, Ni, Cu, Ag, oder einer Me ^¬ talllegierung, bevorzugt auf Basis von Cr, Co, Cu, Ni, Ag o- der Fe, besonders bevorzugt XlCrTiLa22, FeCr22, 1C44MO20, o- der einer elektrisch leitfähigen Oxidverbindung, insbesondere auf Basis von Cr ₂ 0 ₃ , In ₂ 0 ₃ , Mn _x O _y oder T1O ₂ oder einer Pe- rowskitverbindung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE,AE) (Fe, Ti, Cr, Mn, i)0 ₃ , besonders bevorzugt aus den Kompositions ^¬ feldern (Sr, Y)Ti0 ₃ oder (La, Ca, Sr, Ce) (Fe, Ti, Cr)0 ₃ , oder einer Mischung der Genannten gebildet.

Die Erfindung betrifft ferner eine Energiespeicheranordnung, umfassend mehrere, insbesondere stapelartig, miteinander ver- bundene, wiederaufladbare elektrische Energiespeicher, wie vorstehend beschrieben. Die Energiespeicheranordnung kann auch als „Stack" bezeichnet werden.

Dementsprechend gelten sämtliche Ausführungen zu dem erfindungsgemäßen wiederaufladbaren elektrischen Energiespeicher analog für die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung.

Weitere Merkmale und weitere vorteilhafte Ausgestaltungsfor ^¬ men der Erfindung sind anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Hierbei handelt es sich lediglich um beispielhafte Ausgestaltungsformen, die keine Einschränkung des Schutzum- fangs darstellen. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines wiederaufladbaren elektrischen Energiespeichers,

Figur 2 einen Querschnitt durch einen Energiespeicher und

Figur 3 einen vergrößerten Ausschnitt eines ein Speicherele ^¬ ment umfassenden Energiespeichers.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines wiederauf- ladbaren elektrischen Energiespeichers 1, welcher als Metall- Luft-Energiespeicher ausgebildet ist. Auf Grundlage von Figur 1 soll zunächst der Aufbau bzw. die Funktionsweise des Ener ^¬ giespeichers 1 beschrieben werden.

Der Aufbau des Energiespeichers 1 umfasst eine negative, d. h. negativ geladene, Elektrode 2, einen, insbesondere als Festkörperelektrolyten ausgebildeten, Elektrolyten 3 sowie eine positive, d. h. positiv geladene, Elektrode 4. Die posi ^¬ tive Elektrode 4 kann als Luftelektrode, die negative Elekt ^¬ rode 2 als Speicherelektrode bezeichnet werden.

Über eine Luftzufuhr 5 wird Luft als ein Sauerstoff enthal ^¬ tendes Prozessgas zugeführt. Der in dem Prozessgas enthaltene Sauerstoff wird in Sauerstoffionen (0 ^2~ -lonen) umgewandelt und wandert von der positiven Elektrode 4 durch den Elektro ^¬ lyten 3 zu der negativen Elektrode 2.

Die negative Elektrode 2 steht über ein gasförmiges Redox- paar, etwa in Form eines Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches (H ₂ /H ₂ 0-Gemisch) , mit einem ein redoxaktives Speichermaterial, etwa ein Eisen-Eisenoxid-Gemisch, aufweisenden Speicherelement 6 zur Speicherung elektrischer Energie in Verbindung. Die durch den Elektrolyten 3 gewanderten Sauerstoffionen vereinigen sich unter Abgabe von zwei Elektronen an der negativen Elektrode 2 mit Wasserstoff zu Wasserdampf und diffundie ^¬ ren in dieser Form durch das poröse Speicherelement 6. Je nachdem, ob ein Entlade- oder Ladevorgang des Energiespei- chers 1 gegeben ist, wird das Speichermaterial oxidiert oder reduziert, wobei der gegebenenfalls notwendige bzw. gebildete Sauerstoff durch das als Redoxpaar dienende Wasserstoff- Wasserdampf-Gemisch bereitgestellt oder abgeführt werden kann. Der Mechanismus des Sauerstofftransports über ein Re- doxpaar wird als Shuttlemechanismus bezeichnet.

Der Vorteil der Verwendung eines Eisen-Eisenoxid-Gemisches als Speichermaterial des Speicherelements 6 liegt darin, dass Eisen bei seinem Oxidationsprozess in etwa dieselbe Ruhespan- nung von etwa 1 V aufweist, wie das als Redoxpaar dienende Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch bei einem Partialdruckver- hältnis von 1, andernfalls ergibt sich ein erhöhter Widerstand für den Sauerstofftransport durch die Komponenten des Redoxpaares, d. h. des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches .

Die Diffusion bzw. Migration der Sauerstoffionen durch den Elektrolyten 3 und deren Umsatz an den Elektroden 2, 4 und im Speichermaterial 15 benötigt eine Betriebstemperatur des Energiespeichers 1 von 600 bis 900°C. Gleichermaßen sind Tem- peraturen von 600 bis 900°C für eine optimale Zusammensetzung des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisches im Gleichgewicht mit dem Speichermaterial des Speicherelements 6 vorteilhaft.

Durch die hohen Betriebstemperaturen des Energiespeichers 1 sind sämtliche Komponenten des Energiespeichers 1, d. h. ins ^¬ besondere die Elektroden 2, 4 und der Elektrolyt 3, wie auch das Speicherelement 6 hohen thermischen Belastungen ausgesetzt .

Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen Energiespeicher 1. Von oben nach unten betrachtet umfasst der Energiespeicher 1 eine Interkonnektorplatte 13, die an ihrer Unterseite 13a Kontaktstege 14 aufweist. Durch die an ihrer Unterseite 13a kammartige Struktur der Interkonnektorplatte 13 sind Luftka ^¬ näle gebildet.

An die Unterseite 13a der Interkonnektorplatte 13 grenzt eine Elektroden-Elektrolyt-Einheit 11 an. Die Elektroden- Elektrolyt-Einheit 11 besteht aus einer an die Kontaktstege 14 der Interkonnektorplatte 13 angrenzenden positiven Elekt ^¬ rode 4, einem Elektrolyt 3 sowie einer negativen Elektrode 2. An die Unterseite der negativen Elektrode 2 grenzt ein Spei ^¬ cherelement 6 an. Zwischen der negativen Elektrode 2 und dem Speicherelement 6 ist eine poröse Kontaktschicht 17a aufge ^¬ bracht. Ferner ist eine Kontaktschicht 17b zwischen dem Spei ^¬ cherelement 6 und der Interkonnektorplatte 13 aufgebracht. Die Kontaktschicht 17b muss nicht porös sein. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines ein Speicherelement 6 umfassenden Energiespeichers 1. Anhand der Darstellung gemäß Figur 3 ist der spezielle Aufbau des Speicherelements 6 er ^¬ sichtlich . Bei dem Speicherelement 6 handelt es sich um ein im Wesentli ^¬ chen platten- oder quaderförmiges Bauteil. Die platten- oder quaderförmige Ausbildung des Speicherelements 6 ist deshalb vorteilhaft, da derart eine besonders gute Krafteinleitung, d. h. bezogen auf Figur 3 insbesondere die Einleitung verti- kal wirkender Kräfte, in die an die negative Elektrode 2 an ^¬ grenzende Fläche des Speicherelements 6, welche in Figur 3 der Oberseite des Speicherelements 6 entspricht, und in an die Interkonnektorplatte 13 angrenzende Fläche des Speicher- elements 6, welche in Figur 3 der Unterseite des Speicherele ^¬ ments 6 entspricht, möglich ist. Das Speicherelement 6 dient deshalb neben der Speicherung elektrischer Energie auch als ein mechanisches Stützelement innerhalb eines aus mehreren übereinander angeordneten Energiespeichern 1 gebildeten Stapels bzw. innerhalb einer mehrere übereinander angeordnete Energiespeicher 1 aufweisenden Energiespeicheranordnung.

Das Speicherelement 6 umfasst einen porösen Speicherelement- körper, welcher im Wesentlichen aus Partikeln des Speichermaterials 15, d. h. z. B. eines partikulären Eisen-Eisenoxid- Gemisches gebildet ist. Die Porosität des das Speicherelement 6 bildenden Speicherelementkörpers liegt z. B. im Bereich von 30% im entladenen bzw. oxidierten Zustand des Speichermateri- als 15.

In dem Speicherelementkörper, d. h. zwischen den Partikeln des Speichermaterials 15 sind ferner, schematisch als Drei ^¬ ecke dargestellte, inerte Partikel 16 aus Zirkoniumoxid ver- teilt. Die inerten Partikel 16 dienen als „Abstandshalter" und verhindern bzw. hemmen eine Absenkung der Gasdurchlässigkeit durch Versinterung des Speichermaterials 15.

In dem Speicherelementkörper sind mehrere Durchgangskanäle 18 ausgebildet. Die Durchgangskanäle 18 durchbrechen die poröse Struktur des Speicherelements 6 bzw. Speicherelementkörpers im Sinne von Bohrungen. Die Durchgangskanäle 18 unterscheiden sich insbesondere in den geometrischen Abmessungen, wie z. B. Durchmesser und/oder Länge, sowie der Form von in dem Spei- cherelementkörper aufgrund dessen poröser Struktur möglicherweise bereits vorhandenen kanalartigen Strukturen. Letztere können gegebenenfalls als Mikrokanäle, die Durchgangskanäle 18 entsprechend als Makrokanäle bezeichnet werden. Der mitt ^¬ lere Durchmesser eines entsprechenden Durchgangskanals 18 liegt beispielsweise im Bereich von 10 ym bis 2 mm.

Die Durchgangskanäle 18 ermöglichen einen einfachen und schnellen diffusiven Gastransport, insbesondere des gasförmi- gen Redoxpaares in Form des Wasserstoff-Wasserdampf-Gemischs , durch das Speicherelement 6.

Die Durchgangskanäle 18 erstrecken sich in vertikaler Rich- tung durch das Speicherelement 6 respektive den Speicherele ^¬ mentkörper. Die Erstreckung der Durchgangskanäle reicht von der der negativen Elektrode 2 zugewandten Oberfläche des Speicherelementkörpers bis zu der der Interkonnektorplatte 13 zugewandten Oberfläche des Speicherelementkörpers. Die Durch- gangskanäle 18 durchsetzen den Speicherelementkörper damit vollständig. Die oder ein Teil der Durchgangskanäle 18 können miteinander unter Ausbildung eines zwei- oder dreidimensionalen Netzwerks kommunizieren. Um gleichermaßen eine elektrische Kontaktierung des Speicherelements 6 mit den an dieses angrenzend bzw. benachbart ange ^¬ ordneten Komponenten des Energiespeichers 1, d. h. der oberseitig des Speicherelements 6 angeordneten negativen Elektro ^¬ de 2 sowie der unterseitig des Speicherelements 6 angeordne- ten Interkonnektorplatte 13, zu ermöglichen, sind die die

Durchgangskanäle 18 begrenzenden Wandabschnitte bzw. Wandun ^¬ gen mit einer elektrisch leitfähigen Beschichtung 19 versehen. Die elektrisch leitfähige Beschichtung 19 ist porös, so ^¬ fern sie auch dem Gastransport in die Tiefe des Speicherele- ments 6 und nicht nur der elektrischen Kontaktierung zwischen negativer Elektrode 2 und Interkonnektorplatte 13 dienen soll .

Die elektrisch leitfähige Beschichtung 19 ist beispielsweise aus einem metallischen Material, insbesondere einem Elementarmetall, bevorzugt Cr, Co, Ni, Cu, Ag, oder einer Metallle ^¬ gierung, bevorzugt auf Basis von Cr, Co, Cu, Ni, Ag oder Fe, besonders bevorzugt XlCrTiLa22, FeCr22, 1C44MO20, oder einer elektrisch leitfähigen Oxidverbindung, insbesondere auf Basis von Cr ₂ 0 ₃ , In ₂ 0 ₃ , Mn _x O _y oder T1O ₂ oder einer Perowskitverbin- dung, bevorzugt der allgemeinen Form (RE,AE) (Fe, Ti, Cr, Mn, Ni)0 ₃ , besonders bevorzugt aus den Kompositionsfeldern (Sr, Y)Ti0 ₃ oder (La, Ca, Sr, Ce) (Fe, Ti, Cr)0 ₃ , oder einer Mi ^¬ schung der Genannten gebildet.

Die Schichtdicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung 19 liegt z. B. im Bereich von 2 ym - 0,5 mm.

Wie bereits mit Bezug auf Figur 2 erwähnt, sind auf dem Spei ^¬ cherelement 6 ober- und unterseitig, d. h. sowohl auf der der negativen Elektrode 2 zugewandten Seite als auch auf der der Interkonnektorplatte 13 zugewandten Seite jeweils vollflächig Kontaktschichten 17a, 17b aus einem elektrisch leitfähigen Material aufgebracht. Die Kontaktschichten 17a, 17b dienen der Reduzierung der Kontaktwiderstände zwischen dem Speicherelement 6 und der negativen Elektrode 2 als auch der Inter- konnektorplatte 13. Gleichermaßen vergleichmäßigen bzw. ebnen die Kontaktschichten 17a, 17b die aufgrund der Restwelligkeit bzw. der zellularen bzw. porösen Struktur des Speicherelements 6 inhomogene Druckverteilung auf das Speicherelement 6 und auf die mechanisch nur begrenzt belastbare Elektroden- Elektrolyt-Einheit 11.

Die Kontaktschichten 17a, 17b sind vorteilhaft aus demselben Material wie die Beschichtung 19 gebildet. Beispielsweise sind die Kontaktschichten 17a, 17b sonach aus Nickel oder ei- ner Nickellegierung gebildet.

Die oberseitig auf das Speicherelement 6 aufgebrachte Kon ^¬ taktschicht 17a weist eine offene Porosität von ca. 30% auf, um den Gasdurchtritt für das gasförmige Redoxpaar, z.B. ein Wasserstoff-Wasserdampf-Gemisch, zwischen dem Speicherelement 6 und der angrenzenden negativen Elektrode 2 nicht zu behindern .

Bei der konkreten Auslegung des Speicherelements 6 sowie der gegebenenfalls auf dieses aufzubringenden Kontaktschichten

17a, 17b ist insbesondere der Kontaktwiderstand zwischen dem Speicherelement 6 bzw. der Kontaktschicht 17b und der an die ^¬ ses angrenzenden Interkonnektorplatte 13, der Kontaktwider- stand zwischen dem Speicherelement 6 bzw. der Kontaktschicht 17a und der an dieses angrenzenden negativen Elektrode 2, sowie der Widerstand der elektrisch leitfähigen Beschichtung 19 in den Durchgangskanälen 18 des Speicherelements 6 bzw. der Kontaktschichten 17a, 17b zu berücksichtigen. Ferner ist darauf zu achten, dass das Speicherelement 6 derart stabil ist, dass es die beim Zusammenbau des Energiespeichers 1 bzw. ei ^¬ nes eine Energiespeicheranordnung bildenden Stapels aus einzelnen Energiespeichern 1 auftretenden Kräfte, insbesondere Druckkräfte, wie sie insbesondere unter dem Andruck der In- terkonnektorplatte 13 entstehen, aushält.

Die Herstellung des Speicherelements 6 kann beispielsweise durch ein uniaxiales oder isostatisches Pressverfahren eines Partikelgemisches aus dem partikelförmigen Speichermaterial

15, den inerten Partikeln 16 sowie gegebenenfalls Poren- bzw. Zellbildnern erfolgen. Denkbar sind auch Extrusionsverfahren, Spritzgießverfahren, Gießverfahren sowie Laminierverfahren mit anschließender Sinterung.

Die Kontaktschichten 17a, 17b können auf das Speicherelement 6 z. B. durch Auflaminieren im Sinne einer Grünfolie aufgebracht werden. Alternativ kann die Aufbringung der Kontaktschichten 17a, 17b auf das Speicherelement 6 auch über Sieb- druck-, Sprüh-, Aerosoldepositions- oder Tauchverfahren erfolgen. Analog dazu können die Kontaktschichten 17a, 17b auf die negative Elektrode 2 und die Interkonnektorplatte 13 auf ^¬ gebracht werden. Mithin ist das Speicherelement 6 samt der gegebenenfalls auf dieses aufgebrachten Kontaktschichten 17a, 17b großtechnisch, reproduzierbar, flexibel und kostengünstig herstellbar.

Insgesamt ermöglicht der erfindungsgemäße Energiespeicher 1 eine Erhöhung des spezifischen Speicherelementvolumens pro

Stapelvolumen und damit eine Erhöhung der Energie- und Leis ^¬ tungsdichte . Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so is die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge ^¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen .