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DE102010051754A1 - Electrical energy store for storing electrical energy generated from e.g. wind turbine, has positive and negative electrodes that are in contact with high and low work function arresters respectively - Google Patents

Electrical energy store for storing electrical energy generated from e.g. wind turbine, has positive and negative electrodes that are in contact with high and low work function arresters respectively Download PDF

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DE102010051754A1
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Abstract

The electrical energy store has a positive electrode (2) and a negative electrode (4) that are separated by a dielectric material (3). The positive electrode consisting of an n-type semiconductor, is in contact with a high work function arrester (1). The negative electrode consisting of n-type semiconductor, is in contact with a low work function arrester (5).

Description

Mit dem erwünschten Übergang der Versorgung mit elektrischer Energie von fossilen Energieträgern und Kernenergie zur regenerativen Energieerzeugung durch Windkraftanlagen sowie photovoltaisch erzeugtem Strom tritt ein bisher ungelöstes Problem auf:
Die regenerative Stromerzeugung hängt von der Sonneneinstrahlung sowie von den Windgeschwindigkeiten ab und ist deshalb nicht kontinuierlich. Damit sind diese Energieerzeugungsformen als solche nicht grundlastfähig. Zur Angleichung des Bedarfs an das Angebot an Energie benötigt man sehr hohe Speicherkapazitäten für den elektrischen Strom. Bisher geschieht dies im ungenügenden Maß durch Pumpspeicherkraftwerke, welche Wirkungsgrade um 80% aufweisen.
With the desired transition of the supply of electrical energy from fossil fuels and nuclear energy to renewable energy production by wind turbines and photovoltaic electricity generated, a previously unsolved problem arises:
Regenerative power generation depends on solar radiation and wind speeds and is therefore not continuous. As a result, these forms of energy generation as such are not eligible for baseload. To meet the demand for the supply of energy, very high storage capacities are required for the electric current. Until now, this has been done to an insufficient degree by pumped storage power plants, which have efficiencies of around 80%.

Studien auf europäischer Ebene zeigen, dass der Bau neuer Pumpspeicherkraftwerke in Europa sehr begrenzt ist; es existieren nicht die geologischen sowie hydrologischen Randbedingungen zum Bau großer zusätzlicher Pumpspeicherkraftwerke.Studies at European level show that the construction of new pumped storage power plants in Europe is very limited; There are no geological and hydrological boundary conditions for the construction of large additional pumped storage power plants.

Alle anderen Möglichkeiten der Energiespeicherung sind bisher nicht dazu geeignet, in wirtschaftlicher Weise Energien im Bereich von Megawatt oder gar Gigawatt zu speichern. Druckluftspeicher weisen trotz Wärmerückgewinnung Verluste um 30 bis 40% auf. Sie erfordern aufwändige Speicher für die Wärmeenergie sowie große unterirdische Kavernen zur Speicherung der Druckluft. Derartige Kavernen existieren nicht in beliebigen Volumina; man möchte sie auch zur Speicherung von Kohlendioxid nutzen, das man aus dem Abgas fossil betriebener Kraftwerke abtrennen und dort lagern möchte.All other possibilities of energy storage are not yet suitable for economically saving energies in the range of megawatts or even gigawatts. Compressed air storage, despite heat recovery losses by 30 to 40%. They require extensive storage for thermal energy and large underground caverns for storing the compressed air. Such caverns do not exist in arbitrary volumes; They also want to use them for storing carbon dioxide, which you want to separate from the exhaust of fossil-fueled power plants and store there.

Man möchte derartige Kavernen aber auch zur Speicherung von Wasserstoff oder Methan nutzen. Letztendlich gibt es zu wenig Speichervolumen.One would like to use such caverns but also for the storage of hydrogen or methane. Finally, there is too little storage volume.

Als weitere Wege zur Speicherung elektrischer Energie wird die Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff diskutiert. Der Wirkungsgrad dieser Elektrolyse beträgt maximal 70%, weil der in dem Sauerstoff gebundene Energieanteil nicht genutzt werden kann. Sobald der Wasserstoff durch Verbrennung in Turbinen wieder verstromt wird, fällt ein Wirkungsgradverlust um 50 bis 60% an, was einen Gesamtverlust von rund 65% bedeutet. Wollte man den Wasserstoff mittels einer Brennstoffzelle wieder zu Strom umsetzen, dann wäre der Gesamtverlust etwas geringer, um 55%. Allerdings hat es sich herausgestellt, dass die Brennstoffzellentechnologie für die Größe der zu speichernden Elektrizitätsmengen unwirtschaftlich ist, sie hat sich noch nicht einmal im Kilowattstunden-Bereich als wirtschaftlich zum Antrieb von Fahrzeugen herausgestellt.As further ways of storing electrical energy, the electrolysis of water to hydrogen and oxygen is discussed. The efficiency of this electrolysis is a maximum of 70%, because the energy fraction bound in the oxygen can not be used. As soon as the hydrogen is recycled by combustion in turbines, a loss of efficiency of 50 to 60% is incurred, which means a total loss of around 65%. If you wanted to convert the hydrogen back to electricity by means of a fuel cell, then the total loss would be slightly lower, by 55%. However, it has been found that fuel cell technology is uneconomical for the size of the quantities of electricity to be stored, and it has not even proven to be economical to drive vehicles in the kilowatt hour range.

Auch die chemische Umsetzung von Wasserstoff mit Kohlendioxid zu Methan, welches durch bestehende Rohrleitungsnetze transportiert werden kann und als günstiges Speichermedium eingesetzt werden könnte, ist mit erheblichen Umwandlungsverlusten behaftet. In der Kette Elektrizität-Wasserstoff-Methan-Elektrizität beträgt der Gesamtverlust etwa 65 bis 75%.The chemical conversion of hydrogen with carbon dioxide to methane, which can be transported through existing pipeline networks and could be used as a cheap storage medium, is associated with considerable conversion losses. In the chain electricity-hydrogen-methane-electricity the total loss is about 65 to 75%.

Auch die Speicherung von Energie in Magnetfeldern ist auf geringe Energiemengen begrenzt. Die Speicherkapazität supraleitender Magnetfelder ist viel zu gering, die Supraleitung wird zudem durch hohe Magnetfelder zerstört. Deshalb ist diese Art der Energiespeicherung in den letzten zwanzig Jahren nicht über kleine Demonstrationsanlagen herausgekommen.The storage of energy in magnetic fields is limited to small amounts of energy. The storage capacity of superconducting magnetic fields is much too low, the superconductivity is also destroyed by high magnetic fields. Therefore, this type of energy storage has not come out over small demonstration plants in the last twenty years.

Auch elektrische Kondensatoren inklusive der Doppelschichtkondensatoren weisen viel zu geringe Energiedichten auf. Der Energieinhalt von Kondensatoren lässt sich nicht viel weiter vergrößern, weil nur die Oberfläche der Kondensatorelektroden genutzt werden kann und weil per Influenz offensichtlich nur etwa eine elektrische Ladung auf einer Fläche von zehn mal zehn Nanometern im Quadrat stabil gespeichert werden kann; das Abstoßungspotenzial der gleichnamigen Ladungen wird sonst zu groß.Even electrical capacitors including the double-layer capacitors have far too low energy densities. The energy content of capacitors can not be increased much further, because only the surface of the capacitor electrodes can be used and because by influence obviously only about one electric charge can be stably stored on an area of ten by ten nanometers square; Otherwise, the repulsion potential of the charges of the same name becomes too large.

Die Fläche der Elektroden, bei heutigen Doppelschichtkondensatoren bereits um 1.000 Quadratmeter pro Milliliter, lässt sich auch kaum noch steigern, weil sonst die elektrische Leitfähigkeit des eingesetzten Kohlenstoffs wie auch seine mechanische Stabilität unzulässig verringert werden. Aus diesen Gründen hat man die Volumenkapazität dieser Doppelschichtkondensatoren in den vergangenen Jahren trotz aller Bemühungen nicht wesentlich erhöhen können.The area of the electrodes, in today's double-layer capacitors already around 1,000 square meters per milliliter, can also hardly increase, otherwise the electrical conductivity of the carbon used as well as its mechanical stability are unduly reduced. For these reasons, it has not been possible to significantly increase the volume capacity of these double-layer capacitors in recent years despite all efforts.

Schwungräder stellen das mechanische Analogon zu Kondensatoren dar. Sie sind in der Lage, in kürzester Zeit eine hohe Leistung zur Verfügung zu stellen und somit kurzzeitige Energieausfälle zu kompensieren. Allerdings sind sie nicht in der Lage, größere Energiemengen zu speichern.Flywheels are the mechanical analogue of capacitors. They are capable of providing high power in the shortest possible time, thus compensating for short-term power failures. However, they are unable to store large amounts of energy.

Als Speicher für große Energiemengen werden elektrochemische Speicher diskutiert, wobei der Elektrolyt separat in Tanks gespeichert werden kann (Redox-Flow-Prinzip). Grundsätzlich werden in einer reversiblen Batterie, einem Akkumulator, an Elektroden reversible chemische Reaktionen durchgeführt, welche der Thermodynamik chemischer Reaktionen unterliegen. Während an einer Elektrode eine Oxidation abläuft, läuft an der Gegenelektrode eine elektrochemische Reduktion ab. Auch eine sehr teure reversible Batterie wäre wirtschaftlich, wenn sie eine praktisch unendlich hohe Zahl von Lade- und Entladezyklen ermöglichte. As storage for large amounts of energy electrochemical storage are discussed, the electrolyte can be stored separately in tanks (redox flow principle). In principle, reversible chemical reactions are carried out in a reversible battery, an accumulator, on electrodes, which are subject to the thermodynamics of chemical reactions. While an oxidation takes place at one electrode, an electrochemical reduction takes place at the counterelectrode. Even a very expensive reversible battery would be economical if it allowed a virtually infinite number of charge and discharge cycles.

Leider aber sind die in jeder reversiblen Batterie ablaufenden chemischen Reaktionen nicht komplett reversibel. Immer treten auf Grund der thermodynamischen Verhältnisse unerwünschte Nebenprodukte auf, die sich mit steigender Zyklenzahl von Ladung und Entladung aufkonzentrieren und die Kapazität der Batterie so von Zyklus zu Zyklus erniedrigen.Unfortunately, the chemical reactions taking place in every reversible battery are not completely reversible. Due to the thermodynamic conditions, undesirable by-products always occur, which concentrate with increasing number of cycles of charge and discharge and thus reduce the capacity of the battery from cycle to cycle.

Das schließt chemische Veränderungen der Elektrolyte sowie unerwünschte Oxidationsstufen ein, wie auch unerwünschte Veränderungen an den Elektrodenoberflächen oder bei Intercalationselektroden unerwünschte Veränderungen im Volumen der Elektroden. Die thermodynamischen Randbedingungen führten und führen dazu, dass es bis heute trotz intensivster Forschung und Entwicklung keine wirtschaftliche elektrochemische Stromspeicher für den Betrieb von Fahrzeugen wie auch zur Speicherung von elektrischer Energie in den öffentlichen Netzen gibt und auch nicht geben wird.This includes chemical changes in the electrolytes as well as unwanted oxidation states, as well as unwanted changes to the electrode surfaces or, in the case of intercalation electrodes, undesirable changes in the volume of the electrodes. The thermodynamic boundary conditions led and lead to the fact that, despite intensive research and development, there are no economic electrochemical power storage units for the operation of vehicles as well as for the storage of electrical energy in the public networks and will not exist today.

Der Mangel an wirtschaftlichen Stromspeichern hat auch zu der grotesken Situation geführt, dass mit dem Ausbau von Windkraftanlagen und photovoltaischer Anlagen parallel Kraftwerke gebaut werden müssen, welche bei Abnahme der regenerativen Stromerzeugung schnell den aktuellen Bedarf abdecken müssen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um Kraftwerke auf Erdgasbasis, die rasch hochgefahren werden können.The lack of economic power storage has also led to the grotesque situation that with the expansion of wind turbines and photovoltaic systems parallel power plants must be built, which must meet the current demand quickly with decrease in renewable electricity generation. These are essentially natural gas-fired power plants that can be started up quickly.

Da in Stillstandszeiten die laufenden Kosten dieser Kraftwerke wie Kapitalkosten, Instandhaltung oder Personal weiterlaufen, müssen diese Kosten auf die Laufzeiten umgelegt werden. Damit wird deren Strom umso teurer, je kürzer ihre Arbeitszeiten sind. Die Sicherung der Grundlast führt damit dazu, dass mit steigendem Anteil an regenerativ gewonnenem Strom die Gesamtstromkosten überproportional steigen, zum einen durch die Stillstandskosten der „Stand-By-Kraftwerke”, zum anderen durch die höheren Stromgestehungskosten der regenerativen Erzeugung.Since the running costs of these power plants such as capital costs, maintenance or personnel continue to run during downtimes, these costs must be allocated to the terms. This makes their electricity more expensive the shorter their working hours are. The protection of the base load thus leads to a disproportionate increase in the total electricity costs as the proportion of regeneratively generated electricity increases, partly due to the standstill costs of the "stand-by power plants" and partly due to the higher electricity generation costs of the regenerative generation.

Im europäischen Verbund wird zu Zeiten hoher Stromerzeugung durch Windenergie der Überschuss durch Windstrom zu Niedrigpreisen in andere Staaten verkauft und zu Zeiten des Rückgangs von Windenergie anderweitig dort produzierter Strom, beispielsweise aus Kernenergie, zu hohen Preisen zugekauft und damit das Ziel eines hohen Anteils an wirtschaftlicher regenerativer Energie konterkariert.In times of high power generation by wind energy, the European network sells the surplus of wind power at low prices to other countries and, at times of declining wind energy, otherwise produces electricity there, eg from nuclear energy, at high prices and thus the goal of a high share of economic regenerative energy Energy counteracted.

Es war damit Aufgabe der Erfindung, einen Stromspeicher zu finden, der die Vorteile einer reversiblen Batterie mit denen eines Kondensators vereint. Es sollte ein Stromspeicher mit hoher Energiedichte gefunden werden, in welchem keinerlei chemische Reaktionen stattfinden und somit irreversible Reaktionen unmöglich sind.It was therefore an object of the invention to find a power storage unit that combines the advantages of a reversible battery with those of a capacitor. It should be a power storage with high energy density are found in which no chemical reactions take place and thus irreversible reactions are impossible.

Es war also ein Stromspeicher zu finden, in welchem kein Stofftransport über Ionen, sondern nur ein Ladungsaustausch stattfindet. Zudem sollten zu dem Aufbau des Stromspeichers keine toxischen Materialien eingesetzt werden und auch nur solche, die überall zugänglich und damit sehr preiswert sind. Seltenerdelemente oder sonstige seltene Materialien sollten nicht oder nur sehr sparsam in sehr dünnen Schichten eingesetzt werden.So it was to find a power storage in which no mass transfer via ions, but only a charge exchange takes place. In addition, no toxic materials should be used for the construction of the power storage and only those that are accessible everywhere and therefore very inexpensive. Rare earth elements or other rare materials should not or only very sparingly be used in very thin layers.

Dieses Ziel, einen Kondensator zu finden, der die niedrige Energiedichte nach dem Stand der Technik nicht aufweist, ist nicht neu. So wird mit der WO 2010/114600 ein Kondensator mit einer extrem vergrößerten geometrischen Oberfläche der Elektroden beansprucht. Diese Oberflächen werden aber durch Nanostrukturierungsverfahren der Mikroelektronik hergestellt und sind somit kaum wirtschaftlich auf größere Energieinhalte übertragbar. Mit der WO 2010/083055 werden nanostrukturierte Teilchen, sogenannte „Quantum confinement species” in das Dielektrikum eingelagert. Ladungsträger, welche durch das Dielektrikum tunneln, sollen sich an diesen Teilchen anlagern und so die Energiedichte erhöhen.This goal of finding a capacitor which does not have the low energy density of the prior art is not new. So will with the WO 2010/114600 a capacitor claimed with an extremely increased geometric surface of the electrodes. However, these surfaces are produced by nanopatterning microelectronics and are thus hardly economically transferable to larger energy contents. With the WO 2010/083055 Nanostructured particles, so-called "quantum confinement species" are incorporated into the dielectric. Charge carriers which tunnel through the dielectric should adhere to these particles and thus increase the energy density.

Die erfinderische Idee der vorliegenden Erfindung ist eine völlig andere und besteht darin, die Ladungsspeicherung nicht nur an der Oberfläche von Kondensatorelektroden durchzuführen, sondern auch innerhalb ihres Volumens. Die beiliegenden Skizzen veranschaulichen die erfinderische Lösung des Problems:
Der erfindungsgemäße Stromspeicher besteht aus fünf flächigen Schichten verschiedener Dicke, deren flächigen Ebenen sich berühren, wobei keine Punktkontakte vorhanden sind. (1) und (5) sind stromführende metallisch leitende Ableiter, bei der Elektrode (2) handelt es sich um einen n-leitenden Halbleiter. Die Schicht (3) ist ein konventionelles Dielektrikum nach dem Stand der Technik. Die Gegenelektrode (4) besteht aus einem n-leitenden Halbleiter.
The inventive idea of the present invention is quite different and consists in carrying out the charge storage not only on the surface of capacitor electrodes but also within their volume. The enclosed sketches illustrate the inventive solution of the problem:
The current storage device according to the invention consists of five flat layers of different thickness, the flat levels of which touch, with no point contacts are present. ( 1 ) and ( 5 ) are live metallic conductive arrester, at the electrode ( 2 ) is an n-type semiconductor. The layer ( 3 ) is a conventional prior art dielectric. The counterelectrode ( 4 ) consists of an n-type semiconductor.

Die Kombination von Ableiter (1) und Elektrode (2) ist dadurch charakterisiert, dass die elektronische Austrittsarbeit des Halbleiters (2) niedriger ist als die der Oberfläche des Ableiters, welche den Halbleiter kontaktiert.The combination of arresters ( 1 ) and electrode ( 2 ) is characterized in that the electronic work function of the semiconductor ( 2 ) is lower than that of the surface of the arrester which contacts the semiconductor.

Die Differenz der Austrittsarbeiten sollte mindestens 1 Elektronenvolt (eV) betragen, größere Differenzen sind günstiger.The difference in the work function should be at least 1 electron volt (eV), larger differences are more favorable.

Das nichtleitende Dielektrikum (3) kann aus organischen wie aus anorganischen Materialien bestehen wie beispielsweise organischen Polymeren oder anorganischen Verbindungen wie Titanaten. Bevorzugt werden Folien aus organischen Polymeren wie Polypropylen, Polystyrol oder Polyethylenterephthalat wegen deren guten Zugänglichkeit, ihrer hohen Durchschlagsfestigkeit und ihrer chemischen Inertheit gegenüber den kontaktierten Elektrodenmaterialien. Unter den Polymeren werden Folien aus Polypropylen wegen ihrer hohen Durchschlagsfestigkeit von rund 650 Volt pro Mikrometer bevorzugt. Derartige Folien sind ab Foliendicken von 2 Mikrometern kommerziell verfügbar.The non-conducting dielectric ( 3 ) may consist of organic as well as inorganic materials such as organic polymers or inorganic compounds such as titanates. Preferred are films of organic polymers such as polypropylene, polystyrene or polyethylene terephthalate because of their good accessibility, their high dielectric strength and their chemical inertness against the contacted electrode materials. Among the polymers, polypropylene films are preferred because of their high dielectric strength of about 650 volts per micron. Such films are commercially available from film thicknesses of 2 microns.

Die Kombination von Gegenelektrode (4) und Ableiter (5) ist dadurch charakterisiert, dass die Ableiteroberfläche, welche die Gegenelektrode (4) kontaktiert, eine geringere Austrittsarbeit als der Halbleiter (4) aufweist. Die Differenz der Austrittsarbeiten sollte mindestens 1 eV betragen, größere Differenzen sind günstiger.The combination of counterelectrode ( 4 ) and arresters ( 5 ) is characterized in that the arrester surface containing the counter electrode ( 4 ), a lower work function than the semiconductor ( 4 ) having. The difference in the work function should be at least 1 eV, larger differences are more favorable.

Die Funktionsweise wird anhand der Skizzen erläutert:The functionality is explained in the sketches:

Skizze 1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Speichers ohne Ladung. Aus dem n-Halbleiter (2) treten aufgrund seiner niedrigeren Austrittsarbeit Elektronen in die Ableiteroberfläche ein. Dies führt dazu, dass sich der Halbleiter positiv und der Ableiter negativ aufladen.Sketch 1 shows the structure of the memory according to the invention without charge. From the n-type semiconductor ( 2 ) enter into the arrester surface due to its lower work function. This causes the semiconductor to charge positively and the arrester negatively.

Im Halbleiter bildet sich eine dünne Zone aus, die frei von beweglichen Ladungsträgern ist oder nur wenige bewegliche Ladungsträger enthält. Diese Zone ist durch die sich ausbildende Trennfläche (2a) von dem Volumen mit hoher Ladungsträgerkonzentration getrennt.In the semiconductor, a thin zone is formed, which is free of mobile charge carriers or contains only a few mobile charge carriers. This zone is characterized by the forming separation surface ( 2a ) separated from the high carrier concentration volume.

Zwischen (1) und (2) bildet sich ein elektrisches Feld E2 aus, welches dem Ladungsübergang von (2) nach (1) entgegensteht und diesen bei Erreichung eines Gleichgewichts beendet. Letztendlich hat sich im Halbleiter (2) ableiterseitig eine dünne Zone ausgebildet, die keine oder nur sehr wenige bewegliche Ladungsträger enthält.Between ( 1 ) and ( 2 ) forms an electric field E2, which the charge transfer of ( 2 ) to ( 1 ) and this ends when an equilibrium is reached. Finally, in the semiconductor ( 2 ) formed a thin zone on the arrester side, which contains no or very few mobile charge carriers.

Auf der anderen Seite des Dielektrikums treten aus der Oberfläche des Ableiters (5) aufgrund ihrer niedrigeren Austrittsarbeit Elektronen in den kontaktierten Halbleiter (4) ein. Der Ableiter (5) lädt sich positiv auf, die Elektrode (4) negativ. Am Kontakt zum Ableiter (5) entsteht im Halbleiter (4) eine dünne Zone erhöhter Ladungsdichte. Damit wird das elektrische Feld E4 aufgebaut, welches den Ladungsträgerstrom von (5) nach (4) hemmt und im Gleichgewicht zum Stillstand kommen lässt. Die Zone erhöhter Ladungsdichte (4a) im Halbleiter (4) wird durch das Feld E4 stabilisiert.On the other side of the dielectric come out of the surface of the arrester ( 5 ) due to their lower work function electrons in the contacted semiconductor ( 4 ) one. The arrester ( 5 ) charges positively, the electrode ( 4 ) negative. At the contact to the arrester ( 5 ) arises in the semiconductor ( 4 ) a thin zone of increased charge density. Thus, the electric field E4 is built, which is the carrier current of ( 5 ) to ( 4 ) inhibits and arrives in equilibrium to a standstill. The zone of increased charge density ( 4a ) in the semiconductor ( 4 ) is stabilized by field E4.

Skizze 2 zeigt die Vorgänge während des Ladens:
Über die Stromquelle S wird an den Ableiter (1) das positive Potenzial angelegt, an den Ableiter (5) das negative Potenzial. In den ladungsträgerarmen Zonen bilden sich die den Abständen und der angelegten Spannung entsprechenden elektrischen Felder E2 und E3 aus. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes E2 bewegen sich die beweglichen negativen Ladungen im Halbleiter (2) zum Ableiter (1) und durch die Stromquelle zum Ableiter (5).
Sketch 2 shows the processes during loading:
Via the current source S is connected to the arrester ( 1 ) the positive potential is applied to the arrester ( 5 ) the negative potential. In the charge carrier-poor zones, the electric fields E2 and E3 corresponding to the distances and the applied voltage are formed. Under the influence of the electric field E2, the moving negative charges in the semiconductor ( 2 ) to the arrester ( 1 ) and through the power source to the arrester ( 5 ).

Die Stromquelle S bringt die für die Bewegung der Ladungsträger notwendige Energie auf. Diese Energie entspricht der Energie, welche in dem Stromspeicher gespeichert wird. Mit weiterschreitendem Speichern verschiebt sich die Grenzfläche (2a) im Halbleiter (2) immer mehr in Richtung des Dielektrikums (3).The current source S applies the energy necessary for the movement of the charge carriers. This energy corresponds to the energy stored in the power storage. As the storage progresses, the interface shifts ( 2a ) in the semiconductor ( 2 ) more and more in the direction of the dielectric ( 3 ).

Aus der Oberfläche des Ableiters (5) treten die Ladungsträger in den Halbleiter (4) ein. Unter dem Einfluss des elektrischen Feldes E3 konzentrieren sich die Ladungsträger in der Nähe des Dielektrikums, und weitere Ladungsträger können in den Halbleiter (4) „gepresst” werden. Mit jedem Elektron, welches aus der Elektrode (2) „gezogen” wird, verstärkt sich das Feld E3, wodurch die Ansammlung der Ladungsträger in (4) stabilisiert wird.From the surface of the arrester ( 5 ), the charge carriers enter the semiconductor ( 4 ) one. Under the influence of the electric field E3, the charge carriers concentrate in the vicinity of the dielectric, and further charge carriers can be introduced into the semiconductor ( 4 ) "Pressed". With every electron coming out of the Electrode ( 2 ) Is "pulled", the field E3 increases, whereby the accumulation of charge carriers in ( 4 ) is stabilized.

Skizze 3 zeigt den Zustand des Stromspeichers nach der Ladung:
Der Halbleiter (2) ist stark an negativen Ladungsträgern verarmt. Zurückgeblieben sind die äquivalenten positiven Ladungen des Materials, bei intrinsischen Halbleitern Atome mit niedrigerer Oxidationsstufe, bei dotierten Halbleitern die positiven Ladungen der Dotierelemente. Die negativen Ladungsträger wurden unter dem Energieaufwand der Stromquelle im Halbleiter (4) konzentriert, wo sie durch das elektrische Feld E3 stabilisiert werden.
Sketch 3 shows the state of the electricity store after the charge:
The semiconductor ( 2 ) is strongly depleted of negative charge carriers. Retained are the equivalent positive charges of the material, in intrinsic semiconductors atoms with lower oxidation state, in doped semiconductors, the positive charges of the doping elements. The negative charge carriers were subjected to the energy expenditure of the current source in the semiconductor ( 4 ), where they are stabilized by the electric field E3.

Bei der Entladung, Skizze 4, kommt es zum Ladungsausgleich zwischen (4) und (2), die Ladungsträger bewegen sich durch die Last L von der Elektrode (4) nach (2), wobei sie an der Last L Arbeit verrichten und die gespeicherte Energie eingesetzt wird.When unloading, sketch 4 , it comes to the charge balance between ( 4 ) and ( 2 ), the charge carriers move through the load L from the electrode ( 4 ) to ( 2 ), doing work on the load L and using the stored energy.

In einem sehr vereinfachten mechanischen Bild kann man sich die Funktionsweise des Energiespeichers folgendermaßen vorstellen:
Ein Volumen (2) und ein Volumen (4) enthalten jeweils ein Arbeitsgas unter gleichem Druck. Eine Pumpe saugt das Gas aus dem Volumen (2) und drückt es in das Volumen (4). Am Ende des Vorgangs enthält das Volumen (2) einen Unterdruck und das Volumen (4) einen Überdruck. Bei Druckausgleich strömt das Gas von dem Volumen (4) in das Volumen (2) und kann dabei Arbeit verrichten.
In a very simplified mechanical picture one can imagine the functioning of the energy storage as follows:
One volume ( 2 ) and a volume ( 4 ) each contain a working gas under the same pressure. A pump sucks the gas out of the volume ( 2 ) and press it into the volume ( 4 ). At the end of the process, the volume contains ( 2 ) a negative pressure and the volume ( 4 ) an overpressure. When pressure is equalized, the gas flows from the volume ( 4 ) into the volume ( 2 ) and can do work.

Die Funktion des erfindungsgemäßen Stromspeichers hängt in hohem Maße von den eingesetzten Materialien und ihren Kombinationen ab. Die Oberfläche des Ableiters (1) soll eine möglichst hohe Austrittsarbeit aufweisen. Dazu können beispielsweise eingesetzt werden: Metall Austrittsarbeit (eV) Cu 5,0 Ni 5,2 Co 5,0 Fe 4,7 The function of the current memory according to the invention depends to a great extent on the materials used and their combinations. The surface of the arrester ( 1 ) should have the highest possible work function. For example, it can be used: metal Work for work (eV) Cu 5.0 Ni 5.2 Co 5.0 Fe 4.7

Am günstigsten ist der Einsatz von Nickel. Es reicht vollkommen aus, ein Trägermaterial, Kupfer oder Aluminium, mit einer porenfreien Nickelschicht zu beschichten, wobei die Dicke der Nickelschicht unterhalb von 1 Mikrometer sein kann.The cheapest is the use of nickel. It is quite sufficient to coat a support material, copper or aluminum, with a non-porous nickel layer, wherein the thickness of the nickel layer may be below 1 micrometer.

Befürchtet man eine chemische Reaktion mit dem Halbleiter (2), so bietet es sich an, den metallischen Ableiter mit einer sehr inerten Schicht zu beschichten, welche eine hohe Austrittsarbeit aufweist, beispielsweise mit Tantalcarbid, welches eine Austrittsarbeit von 5,0 eV aufweist, mit dem Niobcarbid Nb2C mit einer Austrittsarbeit von 5,2 eV, mit dem Niobcarbid NbC (4,9 eV), mit Nickelsiliziden mit Austrittsarbeiten von 4,5 bis 5 eV oder Titandiborid mit einer Austrittsarbeit von 4,7 bis 5,0 eV.Are you worried about a chemical reaction with the semiconductor ( 2 ), it is advisable to coat the metallic arrester with a very inert layer which has a high work function, for example with tantalum carbide, which has a work function of 5.0 eV, with the niobium carbide Nb 2 C having a work function of 5 , 2 eV, with the niobium carbide NbC (4.9 eV), with nickel silicides with work functions of 4.5 to 5 eV or titanium diboride with a work function of 4.7 to 5.0 eV.

Der Halbleiter (2) soll im Vergleich zur Ableiteroberfläche (1) eine möglichst niedrige Austrittsarbeit aufweisen. Geeignete Materialien sind die folgenden: n-Halbleiter Austrittsarbeit (eV) CaB6 2,9 SrB6 2,7 BaB6 3,4 Mg3Sb2 3,5–3,8 Mg2Si 3,3–3,6 The semiconductor ( 2 ) should be compared to the arrester surface ( 1 ) have the lowest possible work function. Suitable materials are the following: n-type semiconductor Work for work (eV) CaB 6 2.9 SrB 6 2.7 BaB 6 3.4 Mg 3 Sb 2 3.5-3.8 Mg 2 Si 3.3-3.6

Die Hexaboride werden nach keramischen Techniken zu den Schichten der erforderlichen Dicke gesintert. Magnesiumantimonid, Schmelzpunkt 1.245°C, oder Magnesiumsilizid, Schmelzpunkt 1.102°C, können dagegen unter inerten Bedingungen analog der Herstellung von polykristallinem Silizium aus der Schmelze zu Filmen oder Schichten vergossen werden. Weitere geeignete Halbleiter (2) sind die Silizide CaSi (1.280°C), Ca2Si (1.257°C), Sr2Si (1.120°C, SiSr (1.195°C), Si3Sr5 (1.150°C) und Ba2Si (1.160°C). Weitere geeignete Antimonide sind Ca3Sb2 (1.123°C), die Strontium- und die Bariumantimonide.The hexaborides are sintered by ceramic techniques to the layers of the required thickness. Magnesium antimonide, melting point 1,245 ° C, or magnesium silicide, melting point 1,102 ° C, however, can be cast from the melt under inert conditions analogous to the production of polycrystalline silicon to form films or layers. Other suitable semiconductors ( 2 ) the silicides are CaSi (1280 ° C), Ca 2 Si (1.257 ° C), Sr 2 Si (1120 ° C, SiSr (1195 ° C), Si 3 Sr 5 (1150 ° C) and Ba 2 Si (1160 ° C)) Further suitable antimonides are Ca 3 Sb 2 (1.123 ° C), the strontium and the barium antimonide.

Mit den aufgeführten Materialien werden Differenzen der Austrittsarbeit der Materialien (1) und (2) bis zu 2,5 eV erhalten.With the listed materials, differences in the work function of the materials ( 1 ) and ( 2 ) up to 2.5 eV.

Der Halbleiter (4) sollte im Vergleich zur Ableiteroberfläche (5) eine möglichst hohe Austrittsarbeit aufweisen. Die folgenden Materialien sind geeignet: n-Halbleiter Austrittsarbeit (eV) Schmelzpunkt (°C) Si 4,85 1.410 SnS 4,2 882 Bi2S3 4,9 685 Sb2S3 4,7–4,8 630 Mg3Sb2 3,5–3,8 1.245 Mg2Si 3,3–3,6 1.102 The semiconductor ( 4 ) should be compared to the arrester surface ( 5 ) have as high a work function as possible. The following materials are suitable: n-type semiconductor Work for work (eV) Melting point (° C) Si 4.85 1410 SnS 4.2 882 Bi 2 S 3 4.9 685 Sb 2 S 3 4.7-4.8 630 Mg 3 Sb 2 3.5-3.8 1245 Mg 2 Si 3.3-3.6 1102

Sowohl Silizium wie auch die anderen Halbleiter können aus der Schmelze verarbeitet werden. Aus Gründen der Verfügbarkeit und der sehr genauen Kenntnis der Eigenschaften und Dotierbarkeit liegt es nahe, als Halbleiter (4) bevorzugt ein n-dotiertes Silizium einzusetzen. Auch für den Halbleiter (4) sind die unter Material (3) genannten weiteren Silizide und Antimonide geeignet, wichtig ist die Differenz der Austrittsarbeiten zwischen (4) und der Ableiteroberfläche (5).Both silicon and the other semiconductors can be processed from the melt. For reasons of availability and very precise knowledge of the properties and dopability, it is obvious that as semiconductor ( 4 ) preferably use an n-doped silicon. Also for the semiconductor ( 4 ) are under material ( 3 ) are important, the difference between the work functions between ( 4 ) and the arrester surface ( 5 ).

Die an den Halbleiter (4) kontaktierte Oberfläche des Ableiters (5) sollte eine möglichst niedrige Austrittsarbeit aufweisen. Dazu sind die üblichen Konstruktionsmetalle nicht geeignet, sie weisen zu hohe Austrittsarbeiten auf.The to the semiconductor ( 4 ) contacted surface of the arrester ( 5 ) should have the lowest possible work function. For this purpose, the usual construction metals are not suitable, they have too high work functions.

Am einfachsten ist es, eine Metalloberfläche mit Yttrium oder Seltenerdmetallen dünn zu beschichten. Deren Austrittsarbeiten liegen bei 3 eV, was zum Silizium eine Differenz von fast 2 eV ergibt.The easiest way is to thinly coat a metal surface with yttrium or rare earth metals. Their work functions are at 3 eV, which gives a difference of almost 2 eV to the silicon.

Allerdings gibt es weitere Möglichkeiten, Oberflächen mit niedrigeren Austrittsarbeiten, ebenfalls ohne die massive Verwendung von Seltenerdmetallen herzustellen. Dazu beschichtet man das Trägermetall mit Magnesium oder Aluminium und lässt anschließend Calcium, Strontium, Barium oder Seltenerdmetalle in Konzentrationen bis zu 20 Atom-prozent in das Magnesium oder Aluminium eindiffundieren. Die Erdalkalimetalle oder Seltenerdmetalle übertragen negative Ladung auf die Metalle Aluminium oder Magnesium mit dem Effekt, dass deren Austrittsarbeit auf Werte unter 2 eV absinkt.However, there are other ways to make surfaces with lower work functions, again without the massive use of rare earth metals. For this purpose, the support metal is coated with magnesium or aluminum and then calcium, strontium, barium or rare earth metals in concentrations up to 20 atomic percent diffuse into the magnesium or aluminum. The alkaline earth metals or rare earth metals transfer negative charge to the metals aluminum or magnesium with the effect that their work function drops to values below 2 eV.

Allerdings ist mit den Materialien auf der Basis von dotiertem Aluminium oder Magnesium die Kombination mit Silizium als (4) kritisch, weil Komponenten von (5) in die Oberfläche von (4) eindiffundieren könnten und die Eigenschaften in unerwünschter Weise verändern könnten. Für diesen Fall ist der Einsatz der aufgeführten Silizide oder Antimonide als Halbleiter (4) angezeigt.However, with the materials based on doped aluminum or magnesium, the combination with silicon as ( 4 ) critical because components of ( 5 ) into the surface of ( 4 ) and could undesirably alter the properties. In this case, the use of the listed silicides or antimonides as semiconductors ( 4 ) is displayed.

Chemisch sehr inerte Oberflächen von (5), deren Reaktivität mit dem kontaktierten Halbleiter (4) sehr gering ist, sind Titancarbid, TiC (3,35 bis 3,8 eV) oder Yttriumsilizid, YSi1,7, (um 3,8 eV). Diese Materialien weisen zwar nicht sehr niedrige Austrittsarbeiten auf, sie sind jedoch derart inert, dass keine Reaktion mit dem Halbleiter (4) auftritt, welche zu unerwünschten Effekten wie Erhöhung der Austrittsarbeit oder Umdotierung von (4) führen können.Chemically very inert surfaces of ( 5 ) whose reactivity with the contacted semiconductor ( 4 ) is very low, are titanium carbide, TiC (3.35 to 3.8 eV) or yttrium silicide, YSi 1.7 , (around 3.8 eV). Although these materials do not have very low work functions, they are so inert that no reaction with the semiconductor ( 4 ), which leads to undesirable effects such as increase of the work function or re-doping of ( 4 ) being able to lead.

Wie später ausgeführt, ist es nach praktischen Erwägungen sinnvoller, die Beschichtungen hoher Austrittsarbeit des Ableiters (1) und niedriger Austrittsarbeit des Ableiters (5) nicht auf das Trägermaterial des Ableiters aufzubringen, sondern auf die jeweiligen Elektroden (2) und (4).As discussed later, it is more practical, for practical reasons, to use the high work function coatings of the arrester ( 1 ) and low work function of the arrester ( 5 ) not on the carrier material of the arrester, but on the respective electrodes ( 2 ) and ( 4 ).

Die Ladungsträgerkonzentrationen in den Halbleitern (2) und (4) sollten möglichst groß sein, nach ihr richtet sich die speicherbare Ladungsmenge. Die Ladungsträgerkonzentration darf jedoch nicht so groß sein, dass die Halbleiter metallisch leitend werden. Die Ladungsträgerkonzentrationen, entweder intrinsisch vorhanden oder durch Dotierung eingestellt oder durch Kombination von intrinsischer Leitfähigkeit und Dotierung, sollte im Bereich von 1019 bis zu 1021 pro Kubikzentimeter liegen.The charge carrier concentrations in the semiconductors ( 2 ) and ( 4 ) should be as large as possible, according to the storable charge amount. However, the charge carrier concentration must not be so great that the semiconductors become metallically conductive. The carrier concentrations, either intrinsic or doped, or by combination of intrinsic conductivity and doping, should be in the range of 10 19 to 10 21 per cubic centimeter.

Die Dicke der verschiedenen Schichten richtet sich nach der Aufgabe des Stromspeichers. Die Dicke der Ableiter wird derart dimensioniert, dass bei Ladung oder Entladung vorgegebene Widerstände nicht überschritten werden, um ohmsche Verluste niedrig zu halten. Die Stärke des Dielektrikums (3) richtet sich nach der maximalen Arbeitsspannung, die von einigen Volt bis zu mehreren tausend Volt betragen kann. Die Dicke der Halbleiterschichten richtet sich nach der Höhe der zu speichernden Ladung und kann von einigen Mikrometern bis zu einigen Millimeter betragen. The thickness of the different layers depends on the task of the current memory. The thickness of the arrester is dimensioned such that when charging or discharging predetermined resistances are not exceeded in order to keep ohmic losses low. The thickness of the dielectric ( 3 ) depends on the maximum working voltage, which can range from a few volts to several thousand volts. The thickness of the semiconductor layers depends on the height of the charge to be stored and may be from a few micrometers to a few millimeters.

Im Prinzip liegt ein Kondensator vor, in dessen Elektrodenvolumina elektrische Ladungen gespeichert werden. Nachdem der Energieinhalt eines Kondensators durch E = ½C × U2 gegeben ist (C = Kapazität, U = Spannung), wird man mit möglichst hohen Spannungen im Bereich von mehreren hundert Volt oder im Kilovolt-Bereich arbeiten. Schließlich gibt es bei der Betriebsspannung keinerlei Begrenzung durch elektrochemische Potenziale.In principle, there is a capacitor in whose electrode volumes electrical charges are stored. After the energy content of a capacitor through E = ½C × U 2 is given (C = capacity, U = voltage), one will work with the highest possible voltages in the range of several hundred volts or in the kilovolt range. Finally, there is no limit to the operating voltage through electrochemical potentials.

Die Dimensionierung der Komponenten des Speichers erfolgt nach den Erfordernissen nach Betriebsbedingungen und der Bauformen.The dimensioning of the components of the memory is carried out according to the requirements of operating conditions and types.

Die erfindungsgemäßen Elektrodenmaterialien sind thermodynamisch stabil. Sie können aus der Schmelzphase geformt werden, entweder durch Aufrakeln der Schmelze auf einen Träger, mit Ausnahme der Boride, oder durch thermische Spritzverfahren wie beispielsweise das Plasmaspritzen inklusive der Boride. In diesen Fällen ist es angebracht, die Rückseite der Trägerfolie zu kühlen, beispielsweise indem man die Folie über eine Kühlwalze führt.The electrode materials according to the invention are thermodynamically stable. They can be formed from the melt phase, either by knife-coating the melt onto a support, with the exception of the borides, or by thermal spraying, such as plasma spraying, including borides. In these cases, it is appropriate to cool the backside of the carrier sheet, for example by passing the sheet over a chill roll.

Die Elektrodenmaterialien (2) und (4) sind kompakt, eine innere Oberfläche wird zur Ausübung ihrer Funktion nicht benötigt. Herstellungsbedingt, beispielsweise durch Beschichten mit fein vermahlenem Material, können die Materialschichten Poren enthalten, welche im Material verteilt sind.The electrode materials ( 2 ) and ( 4 ) are compact, an inner surface is not needed to perform their function. Due to the manufacturing process, for example by coating with finely ground material, the material layers may contain pores which are distributed in the material.

Da Materialien mit niedriger Austrittsarbeit chemisch sehr reaktiv sind, ihre Elektronen auch leicht an Sauerstoff abgeben, sind die einzelnen Stufen der Herstellung der erfindungsgemäßen Energiespeicher unter inerten Bedingungen, also unter Sauerstoffausschluss und Feuchteausschluss durchzuführen. Dies gilt insbesondere bei der Ausführung der Kontakte von (1) nach (2) und von (4) nach (5). Hier dürfen keinerlei Oxidschichten oder sonstige Verunreinigungen den Übertritt der Ladungsträger beeinträchtigen.Since materials with low work function are chemically very reactive, their electrons easily give off oxygen, the individual stages of the production of the energy storage according to the invention under inert conditions, ie to perform under exclusion of oxygen and moisture exclusion. This applies in particular to the execution of the contacts of ( 1 ) to ( 2 ) and from ( 4 ) to ( 5 ). Here no oxide layers or other impurities may affect the transfer of the charge carriers.

So bietet es sich beispielsweise an, wenn als Elektrode (4) Silizium eingesetzt wird, die Siliziumscheiben in einer Sputterapparatur von ihrer oberflächlichen Oxidschicht durch Beschuss mit Argonionen zu reinigen und die gereinigte Oberfläche danach mit Yttrium oder den angeführten anderen Materialien niedriger Austrittsarbeit durch Sputtern zu beschichten.For example, it is useful when used as an electrode ( 4 ) Silicon is used to clean the silicon wafers in a sputtering apparatus from their superficial oxide layer by bombardment with argon ions and then to sputter the cleaned surface with yttrium or the other listed low work function materials.

Wenn beispielsweise Scheiben aus Erdalkalihexaboriden als Elektrodenmaterial (2) eingesetzt werden, dann ist es opportun, sie ebenfalls in einer Sputterapparatur von Oberflächenoxiden zu reinigen und sie dann beispielsweise mit Titandiborid zu beschichten.If, for example, disks of alkaline earth hexaborides are used as electrode material ( 2 ), then it is opportune to also clean them in a sputtering apparatus of surface oxides and then coat them, for example, with titanium diboride.

Die fertigen Anordnungen aus Ableiter-Elektrodeneinheiten werden, das Dieelektrikum einbeziehend, gestapelt und verpresst. Die Ableiter gleicher Polarität werden parallel geschaltet. Von der Grundfläche her sind beliebige Bauformen möglich. Nach der Herstellung der fertigen Energiespeicher werden diese hermetisch vergossen und ihr Inneres so vor der Umgebungsatmosphäre geschützt.The finished arrays of arrester electrode assemblies are stacked and pressed, including the dielectric. The arresters of the same polarity are connected in parallel. From the base forth arbitrary designs are possible. After the manufacture of the finished energy storage these are hermetically sealed and protected their interior so from the ambient atmosphere.

Eine überschlägige Rechnung ergibt bei einer Ladungsdichte von 1020 pro Kubikzentimeter und 1.000 Volt Ladespannung eine Energiedichte im Bereich von einer bis zwei Kilowattstunden pro Liter.An approximate calculation results in an energy density in the range of one to two kilowatt hours per liter at a charge density of 10 20 per cubic centimeter and 1,000 volts charging voltage.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2010/114600 [0019] WO 2010/114600 [0019]
  • WO 2010/083055 [0019] WO 2010/083055 [0019]

Claims (4)

Elektrischer Energiespeicher hoher Energiedichte, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Ladungen im Volumen von Halbleiterlektroden gespeichert werden, wobei diese Elektroden nicht mikroporös sind, gegebenenfalls herstellungsbedingte Poren enthalten, Laden wie Entladen ohne Massetransport verlaufen und dass alle Komponenten des Speichers Festkörper sind.Electric energy storage high energy density, characterized in that electric charges are stored in the volume of semiconductor electrodes, said electrodes are not microporous, optionally contain production-related pores, loading as unloading run without mass transport and that all components of the memory are solid. Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er aus einem metallisch leitenden Ableiter (1) mit einer Oberfläche hoher Austrittsarbeit für Elektronen, einer Elektrode (2) aus einem n-leitenden Halbleitermaterial niedriger Austrittsarbeit für Elektronen, einem Dielektrikum (3), einer Gegenelektrode (4) aus einem n-leitenden Halbleitermaterial hoher Austrittsarbeit sowie einem metallisch leitenden Ableiter (5) mit einer Oberfläche niedriger Austrittsarbeit besteht.Electrical energy store according to claim 1, characterized in that it consists of a metallically conductive arrester ( 1 ) having a high work function surface for electrons, an electrode ( 2 ) of an n-type low work function semiconductor material for electrons, a dielectric ( 3 ), a counter electrode ( 4 ) of an n-type semiconductor material of high work function and a metallic conductive arrester ( 5 ) with a surface of low work function. Elektrischer Energiespeicher nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsarbeit der Elektrode (2) um mindestens ein Elektronenvolt niedriger ist als die Austrittsarbeit der an diese Elektrode kontaktierten Oberfläche des Ableiters (1) und dass die Austrittsarbeit der Oberfläche des Ableiters (5) um mindestens ein Elektronenvolt niedriger ist als die Austrittsarbeit der daran kontaktierten Gegenelektrode (4).Electrical energy store according to claims 1 and 2, characterized in that the work function of the electrode ( 2 ) is at least one electron volt lower than the work function of the electrode contacted to this surface of the arrester ( 1 ) and that the work function of the surface of the arrester ( 5 ) is lower by at least one electron volt than the work function of the counterelectrode ( 4 ). Elektrischer Energiespeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des metallisch leitenden Ableiters (1) aus Nickel, Nickelsiliziden, Niobcarbiden, Tantalcarbid oder Titandiborid besteht, dass die n-leitende Halbleiterelektrode (2) aus den Hexaboriden des Calciums, Strontiums oder Bariums oder aus den Siliziden oder aus den Antimoniden der Erdalkalimetalle wie Mg2Si oder Mg3Sb2 besteht, dass das Dielektrikum (3) aus Polypropylen, Polystyrol oder Polyethylenterephthalat besteht, dass die n-leitende Gegenelektrode (4) aus Silizium, Zinn(II)-sulfid SnS, Wismutsulfid Bi2S3, Antimonsulfid Sb2S3, oder aus den Siliziden oder den Antimoniden der Erdalkalimetalle wie Mg2Si oder Mg3Sb2 besteht und das die Oberfläche des metallisch leitenden Ableiters (5) aus Yttrium, Titancarbid, TiC, Yttriumsilizid, YSi1,7, Seltenerdmetallen oder aus mit Calcium, Strontium, Barium oder Seltenerdmetallen dotiertem Aluminium oder aus mit Calcium, Strontium, Barium oder Seltenerdmetallen dotiertem Magnesium besteht.Electrical energy store according to claims 1 to 3, characterized in that the surface of the metallically conductive arrester ( 1 ) consists of nickel, nickel silicides, niobium carbides, tantalum carbide or titanium diboride that the n-type semiconductor electrode ( 2 ) consists of the hexaborides of calcium, strontium or barium or of the silicides or of the antimonides of the alkaline earth metals such as Mg 2 Si or Mg 3 Sb 2 , that the dielectric ( 3 ) consists of polypropylene, polystyrene or polyethylene terephthalate, that the n-type counter electrode ( 4 ) of silicon, tin (II) sulfide SnS, bismuth sulfide Bi 2 S 3 , antimony sulfide Sb 2 S 3 , or from the silicides or the antimonides of alkaline earth metals such as Mg 2 Si or Mg 3 Sb 2 and which is the surface of the metallic conductive Arrester ( 5 ) of yttrium, titanium carbide, TiC, yttrium silicide, YSi 1.7 , rare earth metals or aluminum doped with calcium, strontium, barium or rare earth metals or magnesium doped with calcium, strontium, barium or rare earth metals.
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