CN102099949B

CN102099949B - 用于改进的电化学电池的设备和方法

Info

Publication number: CN102099949B
Application number: CN200980128254.9A
Authority: CN
Inventors: P·鲁登伯格; M·萨凯斯; C·H·高艾廷; H·V·M·哈米勒斯
Original assignee: Magneto Special Anodes BV
Current assignee: W&F Technology Co., Ltd.
Priority date: 2008-07-21
Filing date: 2009-07-14
Publication date: 2014-04-30
Anticipated expiration: 2029-07-14
Also published as: EP2304829A1; NL1035728C2; WO2010011135A1; CN102099949A

Abstract

本发明涉及一种用于执行电化学/生物反应，像生物化合物的生物氧化的设备和方法。该设备包括：阳极室，具有被置于包括用于氧化反应的反应物的阳极液体中的阳极；和与该阳极室隔开的阴极室，该阴极室具有被置于阴极液体中的阴极，其中该阳极室和阴极室中的至少一个以及该阳极和阴极中的至少一个被布置以使得该阳极液体和阴极液体中的至少一个至少部分流过该阳极和阴极中的至少一个。

Description

用于改进的电化学电池的设备和方法

技术领域

本发明涉及包括阳极室和阴极室的设备，该阳极室具有被置于包括用于氧化反应的试剂的阳极液体中的阳极，该阴极室与该阳极室隔开，该阴极室具有被置于阴极液体中的阴极。这样的设备可以例如是燃料电池，利用该燃料电池可以生成电能。此外，这样的设备可以是微生物燃料电池(MFC)、酶燃料电池或氧化还原流燃料电池。

背景技术

可以利用来生成电能的燃料电池在本领域中是已知的。在这样的燃料电池中，例如通过氢气(H₂)和氧气(O₂)的电化学燃烧来生成电能。这里可以发生的反应如下：

(1)在阳极处的氧化：

H₂→2H⁺+2e^-

(2)在阴极处的还原：

O₂+4H⁺+4e^-→2H₂O

还原和氧化反应发生在两个分离的室中。因为阳极和阴极是电连接的，所以由于这些反应，在阳极和阴极之间发生电子传输。这引起了电流。电荷平衡被保持，因为阳离子可以经由阳离子导电材料传输，阳极室和阴极室利用该导电材料隔开。

在生物燃料电池中，厌氧的生物氧化反应也可以发生在阳极处。这样的反应是由生物催化剂催化的，生物催化剂或者直接地或者经由氧化还原媒质使用阳极作为端子电子受体。这样的生物催化剂的示例是anodophylic微生物和氧化还原酶。如果在阳极处的厌氧氧化反应是通过微生物进行的，则也可以参考微生物的燃料电池。

如果O₂被用作端子电子受体，则发生在微生物燃料电池中的反应可以如下给出：

阳极：C_aH_bO_c+(2a-c)H₂O→aCO₂+(4a+b-2c)H⁺+(4a+b-2c)e^-

(氧化)

阴极：

(还原)

净：

此反应可以被改写为：

例如，对于乙酸应用，a＝2，b＝4，c＝2。

微生物燃料电池使得水净化能够与发电组合起来，因为微生物可以转换存在于废水中的不同的基质。阳极处的反应可以通过微生物进行，该微生物可以将阳极用作电子受体。这样的微生物的示例是Geobacter sulferreducens、Shewanella putrefaciens、Geobactermetallireducens和Rhodoferax ferrireducens或这些生物的聚生体(consortium)。

WO 2007/094658公开了提供相对于铂阴极改进的阴极系统。利用Fe(II)/Fe(III)氧化还原对来将电子从阴极传送到端子电子受体。在此过程期间，在阴极处，Fe(III)被还原成Fe(II)。

WO 2007/011206公开了一种通过布置阳极室和阴极室以使得一种室包围大量另一种室而具有改善的阳极室和阴极室的配置的生物燃料电池。

在像生物燃料电池这样的设备的设计中重要的是限制这些设备的性能的电阻。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对降低内电阻和/或内损耗从而改善总效率的设备。

根据本发明的设备包括：

-阳极室，具有被置于包括用于氧化反应的试剂的阳极液体中的阳极；和

-阴极室，与该阳极室隔开，该阴极室具有被置于阴极液体中的阴极，

其中该阳极室和阴极室中的至少一个以及该阳极和阴极中的至少一个被布置以使得该阳极液体和阴极液体中的至少一个至少部分流过该阳极和阴极中的至少一个。

与存在于该设备中的电阻或损耗有关的重要的方面是反应物或产物的浓度、和/或pH、和/或电势的梯度。在现有的具有阳极和阴极的配置中，流被强制沿着电极的表面流动。这意味着仅仅电极的表面区域参与该过程。这不仅仅效率低，因为电极材料的很大一部分不参与该过程；而且也导致液体的梯度以及浓度和/或pH的梯度增大。通过强制流至少部分流过阳极和阴极中的至少一个，并且优选地流过阳极和阴极二者，使得梯度和电阻最小化。这导致减小的过电势(over-potential)。

通过改善物质输运，增加了电流密度。此外pH的控制改善了。为了使得能够强制流流过电极，此电极必须是多孔的。本发明可以应用于MFC，其具有由如上所述的梯度所引起的限制。在这样的MFC中，可以使用生物阳极和/或生物阴极，但是也可以使用其它阳极和/或阴极。

为了最小化液体中的梯度，优选地该液体，该阳极液体(或阳极电解液)和阴极液体(或阴极电解液)中的至少一个基本上垂直于阳极和阴极中的至少一个的表面流动并且从其中流过。通过提供在垂直于电极的主表面的方向上流过该电极，该电极上的压力降最小。根据该过程的配置，该流动可以在垂直于电极的表面的两个方向的任何一个方向上。此外，压力降与电极的表面尺寸无关。另外，3维电极的厚度可以被相对容易地适配于该过程的特定的必要条件。

例如，在已知配置中的过电势，如在用于从厌氧的生物氧化反应生成能量的WO 2007/094658中描述的，在pH为2.5和Fe(III)浓度为17mM的情况下是240mV。在根据本发明的设备中，在相似条件和pH大约为2的情况下，过电势被降低到1mV。这将功率密度增大到1.85W/m²。根据本发明的设备的配置是使得液体在纵向流过阴极。阴极包括几层毡(felt)，具有大约12mm的(压缩)厚度和大约100mm的长度。根据本发明的设备的替代配置，其中液体在横向/垂直方向流过电极，还改进了功率增加，因为在此配置中，压力降减小了。

阳极和/或阴极优选地是多孔的，以使得液体能够至少部分流过阳极和/或阴极。还优选地，阳极和/或阴极由毡(例如，碳或石墨，并且优选地为石墨)、碳或石墨粒或纤维、(涂敷的)烧结的钛、或它们的组合制成。作为烧结的钛的替代，可以使用其它金属，像镍、锌、铁、钨、钼、钢、不锈钢和合金。除形状为毡类型的电极之外，该材料可以被成形为泡沫型金属、编织/非编织、烧结、拉伸的金属和/或涂覆材料。阳极和/或阴极可以被涂覆有包括例如混合的金属氧化物、RuO₂、IrO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₃、Pt、Pd、Ir、Ru、磷酸铁(例如FePO₄)、MoS₂、MoS₄或它们的结合的层。例如，与例如使用毡的压力接触相比，使用电流馈送器的可以被涂覆的烧结的钛的使用降低了内损耗。在使用烧结的钛作为阳极的情况下，它优选地具有例如混合的金属氧化物、RuO₂、IrO₂、TiO₂、ZrO₂、Ta₂O₃、Pt、Pd、Ir、Ru、或它们的结合的涂层。例如对于烧结的钛，孔隙率在25-85％的范围内，而对于毡，在80-95％的范围内。为了使得流充分流过电极的至少一部分，孔隙率优选地在45-95％的范围内，更优选地在65-95％的范围内。在现有的配置中，具有200-300cm^-1的比表面(specificsurface)的石墨毡电极仅仅在该电极的表面上有液体。因此，这些电极在现有设备中作为2维电极工作。通过强制液体至少部分流过电极，此电极作为3维电极工作。在这点上，应当注意，在已知的设备中，在10mM的数量级的低碱性处石墨毡的电流密度大约为4A/m²，其与平面电极的类似。这意味着，实际上在已知的设备中，电极是作为2维电极工作的。在根据本发明的设备中，使用全部3维比表面积。这产生了改进的总过程效率。可以使用根据本发明的设备来执行该过程，该设备使用膜片或使用另一种装置来将阳极室和阴极室隔开。作为不用膜片的实施例的一个例子，可以使用多孔的分隔壁，例如标准的聚合物过滤片，与用于最小化氧气向阳极室的扩散的装置结合。

在根据本发明的优选实施例中，阳极和阴极通过膜片或不导电的多孔层隔开，其中阳极和阴极中的至少一个与该膜片隔开一定距离而放置。

在生物燃料电池的已知的配置中，直接将电极靠着膜片放置，以最小化设备中的阻抗。通过将电极离开膜片一定距离放置，可以去除被强制通过电极的液体。优选地，该距离大约为0.1-10mm，更优选地大约为1mm。在实验中，大约1mm的距离显示了良好的总过程效率。在比较高的盐浓度的情况下，更大的距离(像大约5mm)可以具有最小化流动阻力的额外益处。此外优选地，在膜片和电极之间布置隔离物以保持距离。该隔离物确保了电极和膜片之间的距离。此外，该隔离物将对电极作用的力分布在膜片的大面积上，从而减小了这样的力的影响。此外，隔离物可以加强混合，因此改进了物质输运。在根据发明的可能的实施例的一个中，此隔离物具有纱网的形状。可替代地，代替隔离物，可以使用所谓的结构化的电极，其包括集成的距离支持器(突出物和/或通道)，优选地是电极材料，其保持电极的主体和膜片之间的期望的距离。此外，作为进一步的替代，代替结构化的电极，也可以使用结构化的膜片。

优选地，为这样的结构化的膜片提供在该膜片的两面具有例如突出物和/或通道的结构。该替代的配置的优点是设备的无隔离物的设计，从而最小化部件的数目以及最小化像渗漏之类的风险。

在本发明的优选实施例中，阳极和阴极中的至少一个具有大约0.1-10cm的厚度，优选地大约为0.1-1.0cm。

通过提供0.1-10cm的范围内的电极并与被强制流过电极的流结合，实现了电极的3维使用。实验已经显示了在大约0.5-1.0cm的厚度的情况下的有效操作。

在根据本发明的进一步的优选实施例中，该设备包括导向装置，用于将阳极液体和阴极液体中的至少一个引导到该阳极和阴极中的至少一个。

为了确保强制流流过电极，导向装置被布置为引导该流流过该电极，此外，该导向装置可以被配置为使得液体均匀分布在该电极的整个表面上，也使得流被强制通过这些电极的液体均匀分布。此外，该导向装置可以充当集流器。

在根据本发明的进一步的优选实施例中，通过该阳极和阴极中的至少一个的流在该阳极和阴极中的至少一个的纵向上具有显著的流分量。

强制液体在电极的纵向流过此电极的优点是，与垂直流过该电极的流相比，由通过该电极的流施加在膜片上的压力减小了。这可以胜过如下事实：与强制流基本上垂直于此电极的表面并且从其中流过相比，强制流纵向通过该电极可以产生比3维电极更高的压力降、内阻和电势差。此外，可以使用具有横向和纵向分量二者的强制的流的组合来实现两个配置的益处(至少部分益处)。

在根据本发明的进一步的优选实施例中，该阳极室和阴极室被以一个一种室基本上包围至少一个另一种室的方式布置。

因为膜片位于阳极和阴极室之间，所以该膜片也至少部分由该包围的室所包围。反过来，该膜片将至少部分包围该被包围的室。因而，在阳极和阴极室中的液体与此膜片之间存在相对大的接触区域。此与通常使用的燃料电池相比，产生了在这些室之间的改进的物质输运。因为在此配置中，膜片的表面区域相对于它包围的室的体积来说相对较大，所以生物燃料电池的电输出将增大。大量阳极室包围大量阴极室是可能的。大量阴极室包围大量阳极室也是可能的。此选择取决于发生的反应的类型。在阳极处的反应是有限的反应的情况下，优选的是具有相对于阴极面积相对较大的阳极面积。也可以具有几个室环，它们彼此包围和/或一种类型的几个室由另一种的一个室包围。

在根据本发明的进一步的优选实施例中，该阳极和阴极中的至少一个具有附加层以延伸该阳极和阴极中的至少一个的材料。

通过提供附加层延伸该电极的材料，该附加层优选地包括钛和铂，该电极在操作期间保持其形状。作为用于附加层的钛和铂的替代，也可以使用其它(基于贵金属的)电催化剂。利用该附加层，作用于该电极上的力通过该附加层更均匀地分布。此外，该附加层可以充当集流器。在使用碳或石墨毡作为电极的材料的情况下，电极被压缩。

在根据本发明的进一步的优选实施例中，该设备包括张力调整装置，用于预伸展该阳极和阴极。

通过预伸展该阳极和/或阴极，可以防止或最小化该设备中的液体的渗漏。优选地与具有O形环的隔离物结合使用该电极，以防止压碎该电极。还优选地，该张力调整装置压缩该电极材料，例如石墨毡，大约20％。此压缩显示了良好的传导性。

本发明还涉及用于执行电化学/生物学反应，像生物化合物的生物氧化的方法，包括步骤：

-提供根据权利要求1-14中的任意一个所述的设备；

-电连接该阳极和阴极；

-在阳极室中执行生物氧化反应；以及

布置该阳极室和阴极室中的至少一个以及该阳极和阴极中的至少一个，以使得阳极液体和阴极液体中的至少一个至少部分流过该阳极和阴极中的至少一个。

这样的方法提供与参考该设备所述的相同的效果和优点。在厌氧氧化的情况下，该方法还包括在该至少一个阳极室中形成和/或保持厌氧状态。

附图说明

基于参考附图的本发明的优选实施例来阐明本发明的进一步的优点、特征和细节，其中：

-图1显示微生物燃料电池的示意图；

-图2显示具有包围室的生物燃料电池的横截面；

-图3显示图2的燃料电池的替代实施例；

-图4显示生物燃料电池的另一个替代实施例的纵向截面；

-图5显示根据本发明的生物燃料电池；

-图6显示图5的燃料电池的截面；

-图7显示具有导向装置的电极的示意图；

-图8显示具有导向装置的电极的替代配置；

-图9显示具有导向装置的电极的进一步的替代实施例；

-图10显示具有包围室的替代实施例；以及

-图11显示具有导向装置的电极的另一个替代实施例。

具体实施方式

图1示意地显示了微生物燃料电池的操作以及在微生物燃料电池2的阳极4(A)处有机物OM和水一起如何被厌氧氧化为CO₂和质子。这里阐述的电子被传送到阳极4并且经由电气系统8流向阴极6(C)。在阴极6处，电子和质子一起用于将氧气还原为水。该系统中的电荷平衡被保持，因为质子可以通过膜片10从阳极室流到阴极室。由于从阳极4到阴极6的电子流动，可以在电气系统8中进行电功。

生物燃料电池12(图2)包括包围阴极室的阳极室14。阳极室和阴极室二者都具有圆形截面。阳极室和阴极室通过分隔壁16隔开，分隔壁16由Nafion 117形成，其在阴极室的一侧涂覆有石墨层18充当阴极，其具有电子传递催化剂(在这种情况下为铂材料)。阳极室14充满多孔石墨毡，充当阳极，在其上有Geobacter sulferreducens、Shewanella putrefaciens、Geobacter metallireducens和Rhodoferaxferrireducens的聚生体，它们使用阳极2作为电子受体并生长。阳极室14被馈送有废水流，包括生物可氧化的有机分子。通过阴极室的开放空间20，馈送气体流，包括氧气作为电子受体。阳极14和阴极18电连接(未示出)以使得电子从阳极传递到阴极18。

在示出的生物燃料电池22(图3)中，大量阴极室被单个阳极室包围。这里每个阴极室通过分隔壁24与阳极室隔开，分隔壁24由Nanfion 117构成，其在阴极室的一侧涂覆有石墨材料充当阴极26，其还具有电子传递催化剂(由铂材料制成)。因为该多个阴极室散布在该阳极室内，所以从阳极室到阴极室26的物质输运距离很小。阴极室中的阴极26与阳极28相互电接触(未示出)。电流可以通过包括生物可氧化的有机化合物的废水流流过阳极室以及通过包括氧气的液体流过阴极室的空腔30而生成。

图4显示根据本发明的在模块的外壳中的生物燃料电池32的纵截面。此外在此实施例中，阴极室被阳极室包围。阴极室和阳极室再一次通过分隔壁34隔开，分隔壁34由Nafion 117形成，其在阴极室的一侧涂覆有由石墨粉制成的阴极材料36，并且其此外包括精细粉碎的铂粒子作为电子传递催化剂。阳极室中的石墨毡38与导电材料40接触。对于阴极36同样如此。阳极38和阴极36经由导电材料40与电气装置42电连接，在这种情况下电气装置42为灯，其可以转换生成的电能。整体被一起包装在模块的外壳44中。

除阳极和阴极与电气装置连接之外，根据本发明的生物燃料电池也可以通过将阳极与不同的生物燃料电池的阴极连接以及通过将阴极与不同的生物燃料电池的阳极连接，来与多个相似的生物燃料电池串联连接。这增大了生成的电流的传递的电压。

燃料电池46(图5)安装在具有张力调整装置50的框48中，张力调整装置50使得在燃料电池46上提供压力。张力调整装置50特别将电极彼此相对地挤压。拉伸杆52用来将燃料电池46的各部分安装在一起。在张力调整装置50之间提供具有导电层58的阴极54(图6)。在阴极54和膜片60之间提供隔离物62，用于保持阴极54和膜片60之间的距离。在示出的燃料电池46的实施例中，此距离大约为2-3mm。此距离保证了从输入端64提供的阴极电解液的流横向通过阴极54、进入由隔离物62保持的体积，最后在输出端66处离开电池46。在膜片60的另一侧提供具有导电层或电流馈送器70的阳极68和隔离物72。在根据本发明的可能的实施例中，阳极的材料，像涂覆的多孔钛，可以被点焊到层70。

阳极电解液在输入端74处提供，经过阳极68，进入由隔离物72保持的体积，在输出端76处离开燃料电池46。提供O形环78以防止阴极电解液和阳极电解液从电池46渗漏。导电层大约2mm厚并且包括作为金属的钛和铂或其它导电和稳定的金属。钛在阳极的情况下具有包括例如铂的涂层。输入端64、74和输出端66、76的直径大约为10mm。阴极室78和阳极室80的直径大约为200mm，室78、80的高度在0-40mm之间可调节。膜片60由Nafion 117构成。阳极68和阴极54在示出的实施例中由石墨毡构成。可以使用Haber-Luggin毛细管利用传感器82测量在3维电极内的局部电势。

强制横向流过电极54、68，pH梯度最小，以及3维电极内的基质和产物梯度也最小。由泵输送液体通过电极引起的效率损失通过横向流动被最小化。通过基本上在整个毡表面上提供集流器58、70，电极54、68的毡上的电势梯度被最小化。作为电极的3维毡的比表面大约为200cm²。通过在基本上电极54、68的整个表面上提供电接触来最小化电阻。通过由张力调整装置50在外部控制集流器58、70上的压力，来优化能量的生成。在根据本发明的燃料电池46中，3维电极和隔离物(例如纱网)的厚度取决于整个操作的特定参数。另外，拉伸层58、70用作将电解液分布在电极54、68上的分布装置。室78、80将流入的液体分布在电极54、68的表面上。通过具有圆柱形的形状，燃料电池46在电解液在电极54、68上的分布方面被优化了，因为有较小的侧边和角的影响。电极54、68和隔离物62、72之间的O形环78防止过于挤压电极54、68的毡，在示出的实施例中电极54、68有95％的孔。

通过以特定温度提供在输入端64、74处提供的阳极电解液和阴极电解液和/或通过提供双壁(未示出)的燃料电池46的外壳84，燃料电池46的温度，特别是阳极电解液和阴极电解液的温度被保持在一定范围内。外壳84由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)或有机玻璃(Perspex)制成。优选地，电极62、72大于收集器58、70以避免阳极和/或阴极液体通过边界。在替代实施例(未示出)中，安装平坦形状的O形环以防止阳极和/或阴极液体越过集流器58、70的边界。对于示出的实施例，此平坦形状的O形环将优选地具有180mm的内径和206mm的外径。

除圆形配置之外，燃料电池可以具有矩形配置，具有矩形电极86(图7)。电极86由多孔导电材料制成，例如毡、编织/非编织布、烧结金属和/或泡沫。电极86可以由有或者没有涂层的金属(例如钛)制成，或者碳或石墨毡制成。在示出的实施例中，毡电极86具有石墨毡RVG-4000的纤维。此材料具有大约10μm的纤维厚度和大约100μm的开放空间。具有大约1μm的长度和大约0.5μm的直径的细菌(Bacteria)可以位于电极材料的单个纤维上。对于具有2cm的长度和15cm的宽度和0.5cm的厚度的石墨毡材料，孔隙率大约为95％。横截面是7.5cm²。这导致在纵向上每厘米0.5欧姆的阻抗，在这种情况下导致1.33欧姆的总阻抗。在横向方向上，横截面是300cm²，导致每厘米0.8欧姆的阻抗，以及0.0013欧姆的总阻抗。实验已经显示，导致毡压缩20％的压力产生良好的结果。在电极86和膜片88之间，提供具有纱网结构的隔离物90。导向装置92通过石墨或涂覆的金属的平板中的通道94引导流。此平板用作导向装置92，引导流通过电极86。在导向装置92的示出的实施例中，液体在横向方向上进入电极86。在替代配置中，导向装置96(图8)具有基本上与电极86的表面和膜片88平行的流流过通道98。导向装置96是具有通道98的石墨板或(涂覆的)金属板，这些通道是没有出口的(dead-ended)，从而强制流流过电极86。导向装置96也用作集流器。

在电极配置的替代配置(图9)中，通过导向装置104强制液体流过多孔电极102。电解液通过通道106进入导向装置104，在示出的实施例中，通道106具有大约3mm的直径。液体被强制横向流过电极102并进入在电极102和膜片110之间提供的隔离物108。金属(例如钛)集流器112连接到导向装置104并且与电极102接触。液体通过输出通道114离开配置100，输出通道114在示出的实施例中具有大约3mm的直径。此直径和通道106的直径根据设备的尺寸优选地在1-30mm的范围内，更优选地在3-10mm范围内。在进一步的替代配置中，液体的方向被反向以使得液体在通道114处进入并且在通道106处离开。

除根据本发明的电池的堆叠设计之外，可以具有圆柱形的设计116(图10)。圆柱体116的侧壁118是多孔的用于提供阳极电解液。在圆柱体116的中心120提供充当阴极的石墨颗粒，并且在圆柱体116的纵向上提供阴极电解液。在中心120和侧壁118之间提供充当阳极的石墨毡122。在中心120和阳极122之间是膜片124。圆柱形的设计116也可以具有与生物燃料电池12、22示出的相似的配置。

在电极配置126的替代设计(图11)中，在毡电极130的一侧提供(纱网)隔离物128。电极130的该侧由阻挡装置132封闭。阻挡装置132强制液体从输入端134流过电极130到达隔离物128。从隔离物128，液体被引导到输出通道136。

利用在图11中示出的电极配置的替代设计的实验已经显示，在使用石墨毡生物阳极电池两端为1.0V的情况下，实现了15A/m²的电流密度。阳极处的pH大约为6，阴极处的pH大约为12。不用阻挡装置132并且不用将流引导流过电极130，实现5.6A/m²的电流密度。在此实验中，通过强制液体通过电极，对于电流密度实现了大约3倍的增大。

本发明决不限于上述优选实施例。权利由如下权利要求书限定，在其范围内可以预期许多修改。根据本发明的设备可以用于生成能量。根据本发明的设备可以例如被用作(生物)燃料电池和微生物燃料电池，其中发生涉及细菌和/或酶的生物氧化反应。此外也可以使用根据本发明的设备用于其它的电化学/生物反应，例如用于制氢。

Claims

1.一种用于执行电化学／生物反应的设备，包括：

其中该阳极室和阴极室中的至少一个以及该阳极和阴极中的至少一个被布置以使得该阳极液体和阴极液体中的至少一个至少部分流过该阳极和阴极中的所述至少一个，其中该阳极和阴极由膜片或不导电的多孔层隔开，并且其中该阳极和阴极中的所述至少一个与该膜片隔开一距离放置，其中该距离为0.1mm-10mm。

2.根据权利要求1所述的设备，其中该电化学／生物反应为生物化合物的生物氧化。

3.根据权利要求1所述的设备，其中该阳极液体和阴极液体中的至少一个基本上垂直于该阳极和阴极中的所述至少一个的表面流动并且至少部分从其中流过。

4.根据权利要求1所述的设备，其中该阳极和阴极中的所述至少一个是多孔的。

5.根据权利要求1所述的设备，其中该距离为1mm。

6.根据权利要求1所述的设备，其中在该膜片与该阳极和阴极中的所述至少一个之间布置隔离物以保持该距离。

7.根据权利要求1所述的设备，其中该膜片和／或该阳极和阴极中的至少一个包括流动通道以保持该距离。

8.根据权利要求6或7所述的设备，其中该阳极和阴极中的至少一个具有0.1cm-10cm的厚度。

9.根据权利要求8所述的设备，其中该厚度为0.5cm-1.0cm。

10.根据权利要求1所述的设备，还包括导向装置，用于将该阳极液体和阴极液体中的至少一个引导到该阳极和阴极中的所述至少一个。

11.根据权利要求1所述的设备，其中流过该阳极和阴极中的所述至少一个的流在该阳极和阴极中的所述至少一个的纵向上具有显著的流分量。

12.根据权利要求1所述的设备，其中该阳极室和阴极室被以一个一种室基本上包围至少一个另一种室的方式布置。

13.根据权利要求1所述的设备，其中该阳极和阴极中的至少一个具有附加层以拉伸该阳极和阴极中的至少一个的材料。

14.根据权利要求1所述的设备，还包括张力调整装置，用于预施压和／或压缩该阳极和／或阴极。

15.根据权利要求14所述的设备，其中该阳极和／或阴极通过该张力调整装置压缩高达20％。

16.一种用于执行电化学／生物学反应的方法，包括步骤：

-提供根据权利要求1-15中的任意一项所述的设备；

-电连接阳极和阴极；

-在阳极室中执行生物氧化反应；以及

-布置该阳极室和阴极室中的至少一个以及该阳极和阴极中的至少一个，以使得阳极液体和阴极液体中的至少一个至少部分流过该阳极和阴极中的至少一个。

17.根据权利要求16所述的方法，其中该电化学／生物反应为生物化合物的生物氧化。