DE102016122284A1 - Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes - Google Patents
Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes Download PDFInfo
- Publication number
- DE102016122284A1 DE102016122284A1 DE102016122284.4A DE102016122284A DE102016122284A1 DE 102016122284 A1 DE102016122284 A1 DE 102016122284A1 DE 102016122284 A DE102016122284 A DE 102016122284A DE 102016122284 A1 DE102016122284 A1 DE 102016122284A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- cell
- hollow fibers
- hollow
- hollow fiber
- fiber membranes
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012510 hollow fiber Substances 0.000 title claims abstract description 377
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 209
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims abstract description 116
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 claims abstract description 15
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 29
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 claims description 20
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 12
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 9
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims description 8
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims description 6
- 239000011530 conductive current collector Substances 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 5
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 abstract description 4
- 210000004027 cell Anatomy 0.000 description 134
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 39
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 description 16
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 14
- 238000013461 design Methods 0.000 description 13
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 11
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 10
- 239000013543 active substance Substances 0.000 description 9
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 9
- -1 non-woven Substances 0.000 description 9
- 239000004952 Polyamide Substances 0.000 description 8
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 8
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 8
- 229920002647 polyamide Polymers 0.000 description 8
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 8
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical class [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000002585 base Substances 0.000 description 7
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 7
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 7
- NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N Ammonia chloride Chemical compound [NH4+].[Cl-] NLXLAEXVIDQMFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M Potassium chloride Chemical compound [Cl-].[K+] WCUXLLCKKVVCTQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M Sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 6
- 239000004627 regenerated cellulose Substances 0.000 description 6
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 5
- 238000012864 cross contamination Methods 0.000 description 5
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 5
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 5
- 239000012266 salt solution Substances 0.000 description 5
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 5
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 4
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N divanadium pentaoxide Chemical compound O=[V](=O)O[V](=O)=O GNTDGMZSJNCJKK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000006260 foam Substances 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229920002521 macromolecule Polymers 0.000 description 4
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 4
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 description 4
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002284 Cellulose triacetate Polymers 0.000 description 3
- DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M Ilexoside XXIX Chemical compound C[C@@H]1CC[C@@]2(CC[C@@]3(C(=CC[C@H]4[C@]3(CC[C@@H]5[C@@]4(CC[C@@H](C5(C)C)OS(=O)(=O)[O-])C)C)[C@@H]2[C@]1(C)O)C)C(=O)O[C@H]6[C@@H]([C@H]([C@@H]([C@H](O6)CO)O)O)O.[Na+] DGAQECJNVWCQMB-PUAWFVPOSA-M 0.000 description 3
- 239000004695 Polyether sulfone Substances 0.000 description 3
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 3
- NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N [(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-diacetyloxy-3-[(2s,3r,4s,5r,6r)-3,4,5-triacetyloxy-6-(acetyloxymethyl)oxan-2-yl]oxy-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-triacetyloxy-2-(acetyloxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-2-yl]methyl acetate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@@H](COC(C)=O)O1)OC(C)=O)COC(=O)C)[C@@H]1[C@@H](COC(C)=O)O[C@@H](OC(C)=O)[C@H](OC(C)=O)[C@H]1OC(C)=O NNLVGZFZQQXQNW-ADJNRHBOSA-N 0.000 description 3
- MUBKMWFYVHYZAI-UHFFFAOYSA-N [Al].[Cu].[Zn] Chemical compound [Al].[Cu].[Zn] MUBKMWFYVHYZAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000019270 ammonium chloride Nutrition 0.000 description 3
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 3
- 229920002301 cellulose acetate Polymers 0.000 description 3
- KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N citric acid Chemical compound OC(=O)CC(O)(C(O)=O)CC(O)=O KRKNYBCHXYNGOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 3
- GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N methyl-cyclopentane Natural products CC1CCCC1 GDOPTJXRTPNYNR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 3
- 229920006393 polyether sulfone Polymers 0.000 description 3
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 3
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 3
- 239000001103 potassium chloride Substances 0.000 description 3
- 235000011164 potassium chloride Nutrition 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 3
- 229910052708 sodium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 3
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 3
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 235000005074 zinc chloride Nutrition 0.000 description 3
- 239000011592 zinc chloride Substances 0.000 description 3
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 2
- IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N Dimethylsulphoxide Chemical compound CS(C)=O IAZDPXIOMUYVGZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 2
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 2
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 2
- 239000011149 active material Substances 0.000 description 2
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000002041 carbon nanotube Substances 0.000 description 2
- 229910021393 carbon nanotube Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 description 2
- 239000002608 ionic liquid Substances 0.000 description 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 2
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 2
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 2
- 229920002492 poly(sulfone) Polymers 0.000 description 2
- 229920002239 polyacrylonitrile Polymers 0.000 description 2
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 2
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 2
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 2
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N propylene carbonate Chemical compound CC1COC(=O)O1 RUOJZAUFBMNUDX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000000717 retained effect Effects 0.000 description 2
- 229910001415 sodium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N (2r,3r,4s,5r)-2-[6-[[2-(3,5-dimethoxyphenyl)-2-(2-methylphenyl)ethyl]amino]purin-9-yl]-5-(hydroxymethyl)oxolane-3,4-diol Chemical compound COC1=CC(OC)=CC(C(CNC=2C=3N=CN(C=3N=CN=2)[C@H]2[C@@H]([C@H](O)[C@@H](CO)O2)O)C=2C(=CC=CC=2)C)=C1 BUHVIAUBTBOHAG-FOYDDCNASA-N 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L Carbonate Chemical compound [O-]C([O-])=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 108010010803 Gelatin Proteins 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000020 Nitrocellulose Substances 0.000 description 1
- 239000004677 Nylon Substances 0.000 description 1
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 1
- 229920012266 Poly(ether sulfone) PES Polymers 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N Zirconium Chemical compound [Zr] QCWXUUIWCKQGHC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N [(2s,3r,4s,5r,6r)-2-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5-dinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)-6-[(2r,3r,4s,5r,6s)-4,5,6-trinitrooxy-2-(nitrooxymethyl)oxan-3-yl]oxyoxan-3-yl]oxy-3,5-dinitrooxy-6-(nitrooxymethyl)oxan-4-yl] nitrate Chemical compound O([C@@H]1O[C@@H]([C@H]([C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O)O[C@H]1[C@@H]([C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O1)O[N+]([O-])=O)CO[N+](=O)[O-])[C@@H]1[C@@H](CO[N+]([O-])=O)O[C@@H](O[N+]([O-])=O)[C@H](O[N+]([O-])=O)[C@H]1O[N+]([O-])=O FJWGYAHXMCUOOM-QHOUIDNNSA-N 0.000 description 1
- BNOODXBBXFZASF-UHFFFAOYSA-N [Na].[S] Chemical compound [Na].[S] BNOODXBBXFZASF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N benzene-1,4-diol;bis(4-fluorophenyl)methanone Chemical compound OC1=CC=C(O)C=C1.C1=CC(F)=CC=C1C(=O)C1=CC=C(F)C=C1 JUPQTSLXMOCDHR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001588 bifunctional effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 239000013590 bulk material Substances 0.000 description 1
- 150000001721 carbon Chemical class 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 1
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 description 1
- 229920003086 cellulose ether Polymers 0.000 description 1
- 229910021525 ceramic electrolyte Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000010924 continuous production Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 1
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 description 1
- 239000008151 electrolyte solution Substances 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 229920002313 fluoropolymer Polymers 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000009760 functional impairment Effects 0.000 description 1
- 239000000499 gel Substances 0.000 description 1
- 229920000159 gelatin Polymers 0.000 description 1
- 239000008273 gelatin Substances 0.000 description 1
- 235000019322 gelatine Nutrition 0.000 description 1
- 235000011852 gelatine desserts Nutrition 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 125000003010 ionic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000001788 irregular Effects 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003658 microfiber Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 239000002070 nanowire Substances 0.000 description 1
- 229920001220 nitrocellulos Polymers 0.000 description 1
- 239000012811 non-conductive material Substances 0.000 description 1
- 239000004745 nonwoven fabric Substances 0.000 description 1
- 229920001778 nylon Polymers 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 1
- 229920005597 polymer membrane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000007086 side reaction Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000013517 stratification Methods 0.000 description 1
- 125000001424 substituent group Chemical group 0.000 description 1
- 150000003457 sulfones Chemical class 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 229920003002 synthetic resin Polymers 0.000 description 1
- 239000000057 synthetic resin Substances 0.000 description 1
- BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N tetrafluoroethene Chemical group FC(F)=C(F)F BFKJFAAPBSQJPD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004753 textile Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
- IBYSTTGVDIFUAY-UHFFFAOYSA-N vanadium monoxide Chemical compound [V]=O IBYSTTGVDIFUAY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 1
- 229910001928 zirconium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
- H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
- H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie (RFB) zur Speicherung elektrischer Energie.Die Aufgabe der Erfindung, eine neue Art von tubulären Redox-Flow-Zellen (RFCs) zur Energiespeicherung zu finden, die bei einfachem Aufbau für hohe Leistungsdichten dimensionierbar und leistungsfähigen Redox-Flow-Batterien (RFBs) kombinierbar sind, wird erfindungsgemäß gelöst, indem wenigstens die erste polaritätsspezifische Halbzelle aus einer Vielzahl von Hohlfasern zusammengesetzt ist, wobei die Membran der ersten Halbzelle aus der Gesamtfläche von Hohlfasermembranen der Vielzahl der Hohlfasern gebildet ist, die mindestens die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebende Kammer mit der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur und einem wenigstens ein Leitsalz enthaltenden Lösungsmittel gefüllt und wenigstens abschnittsweise von einer parallel zu den Hohlfasern der ersten Halbzelle ausgerichteten Stützstruktur begrenzt ist, und die zweite polaritätsspezifische Halbzelle, die von dem anderen Elektrolyt durchflossen ist, entweder durch die die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebende flüssigkeitsdurchlässige Struktur gebildet ist, oder als eine weitere Anzahl von Hohlfasern, die zu den Hohlfasern der ersten Halbzelle gleich strukturiert und innerhalb der die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebenden flüssigkeitsdurchlässigen Struktur angeordnet sind, ausgebildet ist.The invention relates to a redox flow battery (RFB) for storing electrical energy. The object of the invention to find a new type of tubular redox flow cells (RFCs) for energy storage, the dimensionable and powerful with a simple structure for high power densities Redox flow batteries (RFBs) are combined, is achieved according to the invention by at least the first polarity-specific half-cell is composed of a plurality of hollow fibers, wherein the membrane of the first half-cell from the total area of hollow fiber membranes of the plurality of hollow fibers is formed, at least the Hollow fibers of the first half-cell surrounding chamber filled with the liquid-permeable structure and a solvent containing at least one lead salt and at least partially bounded by a parallel to the hollow fibers of the first half-cell aligned support structure, and the second polarity-specific half-cell, the other flows through electrolyte is formed either by the liquid-permeable structure surrounding the hollow fibers of the first half-cell, or as a further number of hollow fibers, which are the same structure to the hollow fibers of the first half-cell and arranged within the liquid-permeable structure surrounding the hollow fibers of the first half-cell, is trained.
Description
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie (RFB) zur Speicherung elektrischer Energie, enthaltend wenigstens eine Redox-Flow-Zelle (RFC) als Reaktionszelle mit Kammern zur Ausbildung von polaritätsspezifischen Halbzellen für Katholyt und Anolyt, die durch mindestens eine Membran getrennt sind und mit jeweils einem Elektrolytreservoir in Verbindung stehen, wobei eine erste und eine zweite der polaritätsspezifischen Halbzellen jeweils mit einem Elektrolyt aus mindestens einer redoxaktiven Komponente, die mindestens teilweise in Substanz oder in einem Lösungsmittel gelöst sowie darin gelösten Leitsalzen vorliegen, durchflossen und die Elektrolyte, Katholyt und Anolyt, mit je einer Pumpeinrichtung umwälzbar sind und die Membran als Grenzfläche zur Unterdrückung von Vermischung oder elektrochemischen Reaktionen der redoxaktiven Komponenten miteinander und zum effizienten Ladungsträgeraustausch zwischen den Halbzellen vorgesehen ist.The invention relates to a redox flow battery (RFB) for storing electrical energy, comprising at least one redox flow cell (RFC) as a reaction cell with chambers for the formation of polarity-specific half-cells for catholyte and anolyte, which are separated by at least one membrane and each having an electrolyte reservoir in connection, wherein a first and a second of the polarity-specific half-cells each with an electrolyte of at least one redox-active component, at least partially dissolved in substance or in a solvent and present therein conductive salts, flowed through and the electrolytes, catholyte and Anolyte, each with a pumping device are circulated and the membrane is provided as an interface for the suppression of mixing or electrochemical reactions of the redox-active components with each other and for efficient charge carrier exchange between the half-cells.
Zum großtechnischen Speichern von Energie sind im Stand der Technik alkalihaltige Sekundärbatterien bekannt, von denen insbesondere die tubulär aufgebauten Vertreter erwähnt werden sollen, weil sie die besten Voraussetzungen für eine technologisch einfache Vergrößerung der elektrochemisch wirksamen Oberflächen mitbringen.For large-scale storage of energy in the prior art alkaline secondary batteries are known, of which in particular the tubular constructed representatives should be mentioned, because they bring the best conditions for a technologically simple enlargement of the electrochemically active surfaces.
So ist in der
Eine weitere Natrium-Schwefel-Sekundärbatterie ist in der
Eine weitere alkalihaltige Sekundärbatterie ist in der
Nachteilig bei diesen vorbekannten Alkali-Sekundärbatterien ist, dass in jedem Fall eine ionenleitende Membran genutzt und bei erhöhten Temperaturen betrieben wird (häufig über 290°C, da das verwendete Alkalimetall - meist Natrium - flüssig bleiben muss). Geringere Temperaturen führen zu Leistungseinbrüchen wegen des stark erhöhten inneren Widerstands.A disadvantage of these prior art alkaline secondary batteries is that in each case an ion-conducting membrane is used and operated at elevated temperatures (often above 290 ° C, since the alkali metal used - usually sodium - must remain liquid). Lower temperatures lead to power drops because of the greatly increased internal resistance.
Aus der
Die Hohlprofile sind parallel in einer Ebene angeordnet und in einen selbsttragenden rechteck- oder kreisringförmigen Rahmen eingebunden, sodass die parallelen innenliegenden ersten Elektroden am äußeren Umfang des Rahmens nach außen herausgeleitet sind. Die außenseitig an den Hohlprofilen angeordneten Elektroden können, gegebenenfalls zusammengefasst, ebenfalls am äußeren Rahmen abgegriffen werden.The hollow profiles are arranged in parallel in a plane and incorporated into a self-supporting rectangular or annular frame, so that the parallel inner first electrodes are led out to the outer periphery of the frame to the outside. The electrodes arranged on the outside on the hollow profiles can, if appropriate combined, also be tapped on the outer frame.
Ferner sind in der
In der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Art von tubulären Redox-Flow-Zellen (RFCs) zur Energiespeicherung zu finden, die bei einfachem Aufbau aus wenigen Grundkomponenten für hohe Leistungsdichten dimensionierbar und zu robusten und leistungsfähigen Redox-Flow-Batterien (RFBs) kombinierbar sind.The invention has for its object to find a new type of tubular redox flow cells (RFCs) for energy storage, which can be dimensioned with a simple structure of a few basic components for high power densities and robust and powerful redox flow batteries (RFBs) combined are.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Redox-Flow-Batterie (RFB) zur Speicherung elektrischer Energie, enthaltend wenigstens eine Redox-Flow-Zelle (RFC) als Reaktionszelle mit Kammern zur Ausbildung von polaritätsspezifischen Halbzellen für Katholyt und Anolyt, die durch mindestens eine Membran getrennt sind und mit jeweils einem Elektrolytreservoir in Verbindung stehen, wobei eine erste und eine zweite der polaritätsspezifischen Halbzellen jeweils mit einem Elektrolyt aus mindestens einer redoxaktiven Komponente, die mindestens teilweise in Substanz oder in einem Lösungsmittel gelöst sowie darin gelösten Leitsalzen vorliegen, durchflossen und die Elektrolyte, Katholyt und Anolyt, mit je einer Pumpeinrichtung umwälzbar sind und die Membran als Grenzfläche zur Unterdrückung von Vermischung oder elektrochemischen Reaktionen der redoxaktiven Komponenten miteinander und zum effizienten Ladungsträgeraustausch zwischen den Halbzellen vorgesehen ist, dadurch gelöst, dass wenigstens die erste polaritätsspezifische Halbzelle aus einer Vielzahl von Hohlfasern zusammengesetzt ist, wobei die Membran der ersten Halbzelle als Grenzfläche aus einer Gesamtfläche von Hohlfasermembranen der Vielzahl der Hohlfasern gebildet ist, die jeweils innen mit einer elektrolytdurchlässigen Elektrode ausgestattet, von einem der Elektrolyte durchflossen und an beidseitigen Hohlfaserenden mit dem Elektrolytreservoir verbunden sind, dass die mindestens die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebende Kammer mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Struktur und einem wenigstens ein Leitsalz enthaltenden Lösungsmittel gefüllt und wenigstens abschnittsweise von einer parallel zu den Hohlfasern ausgerichteten Stützstruktur begrenzt ist und dass die zweite polaritätsspezifische Halbzelle, die von dem anderen der Elektrolyte durchflossen und mit dem Elektrolytreservoir der zweiten Halbzelle verbunden ist, entweder durch die die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebende Kammer mit der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur als Elektrode gebildet ist, oder durch eine weitere Anzahl von Hohlfasern gebildet ist, die zu den Hohlfasern der ersten Halbzelle gleich strukturiert, innen mit einer porösen Elektrode ausgestattet und innerhalb der die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebenden Kammer angeordnet sind, wobei in der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur ein mit einem Leitsalz versetztes Lösungsmittel zur elektrischen Verbindung zwischen Hohlfasermembranen der ersten und zweiten Halbzellen vorhanden ist.According to the invention, the object of a redox flow battery (RFB) for storing electrical energy containing at least one redox flow cell (RFC) as a reaction cell with chambers for the formation of polarity-specific half-cells for catholyte and anolyte separated by at least one membrane and are each in contact with an electrolyte reservoir, wherein a first and a second of the polarity-specific half-cells each with an electrolyte of at least one redox-active component, at least partially dissolved in substance or in a solvent and dissolved therein conductive salts, flowed through and the electrolytes, Katholyt and anolyte, each with a pumping device are recirculated and the membrane is provided as an interface for suppressing mixing or electrochemical reactions of the redox-active components with each other and for efficient charge carrier exchange between the half-cells, achieved by Weni First, the first polarity-specific half-cell is composed of a plurality of hollow fibers, wherein the membrane of the first half cell is formed as an interface of a total area of hollow fiber membranes of the plurality of hollow fibers, each internally provided with an electrolyte-permeable electrode, flows through one of the electrolytes and on both sides Hollow fiber ends are connected to the electrolyte reservoir that the at least the hollow fibers surrounding the first half-cell filled with a liquid-permeable structure and a solvent containing at least one conducting salt and at least partially bounded by a parallel to the hollow fibers oriented support structure and that the second polarity-specific half cell, the from the other of the electrolytes flows through and is connected to the electrolyte reservoir of the second half-cell, either by the surrounding the hollow fibers of the first half-cell chamber with the f Lüssigkeitsdurchlässigen structure is formed as an electrode, or is formed by a further number of hollow fibers, which are structured equal to the hollow fibers of the first half-cell, internally equipped with a porous electrode and disposed within the hollow fibers surrounding the first half-cell chamber, wherein in the liquid-permeable Structure is provided with a conductive salt added solvent for electrical connection between hollow fiber membranes of the first and second half-cells.
Vorteilhaft sind die Hohlfasermembranen als ionenselektive Membranen ausgestaltet und wirken als Grenzflächen nach dem Prinzip eines lonentypauschlusses. In einer bevorzugten alternativen Variante werden die Hohlfasermembranen als Größenausschlussmembranen ausgestaltet und wirken als Grenzflächen nach dem Prinzip eines Molekülgrößenausschlusses.Advantageously, the hollow-fiber membranes are designed as ion-selective membranes and act as interfaces on the principle of a lonentypauschlusses. In a preferred alternative variant, the hollow-fiber membranes are designed as size-exclusion membranes and act as boundary surfaces according to the principle of molecular size exclusion.
Es erweist sich als besonders zweckmäßig, dass die Hohlfasern der ersten Halbzelle und die Hohlfasern der zweiten Halbzelle jeweils in parallelen Ebenen als abwechselnd und lückenlos angeordnete einlagige Hohlfaserschichten vorhanden sind.It proves to be particularly expedient that the hollow fibers of the first half-cell and the hollow fibers of the second half-cell are present in parallel planes as alternately and seamlessly arranged single-layer hollow fiber layers.
Dabei sind die Richtungen der Hohlfasern der Hohlfaserschichten der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle um einen Winkel α mit 0°< α < 90° versetzt zueinander angeordnet. In einer zweckmäßigen Variante sind die Hohlfasern der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle unter einem Winkel α = 90° gekreuzt zueinander angeordnet. In einer weiteren bevorzugten Variante können die Hohlfasern der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle parallel zueinander angeordnet sein.The directions of the hollow fibers of the hollow fiber layers of the first half-cell and the second half-cell are offset by an angle α with 0 ° <α <90 ° to each other. In an expedient variant, the hollow fibers of the first half-cell and the second half-cell are crossed at an angle α = 90 ° arranged to each other. In a further preferred variant, the hollow fibers of the first half-cell and the second half-cell may be arranged parallel to each other.
Eine bevorzugte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die flüssigkeitsdurchlässige Struktur in der die Hohlfasern der ersten und zweiten Halbzelleen umgebenden Kammer allein durch die Hohlräume zwischen den Hohlfasern der ersten und zweiten Halbzellen und den parallel zu den Hohlfasern der ersten oder zweiten Halbzelle die Kammer eng begrenzenden Stützstrukturen gebildet ist.A preferred embodiment of the invention is that the liquid-permeable structure in the chamber surrounding the hollow fibers of the first and second half-cells by the cavities between the hollow fibers of the first and second half-cells and parallel to the hollow fibers of the first or second half-cell closely bounding the chamber Support structures is formed.
In einer ersten Gestaltung weist die mindestens die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebende Kammer einen kreisförmigen oder elliptischen Querschnitt und eine parallel zu den Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle ausgerichtete zylindermantelförmige Stützstruktur auf. Alternativ kann die umgebende Kammer aber auch einen n-eckigen Querschnitt mit n > 2 und Stützstrukturen im Rechteckformat aufweisen.In a first embodiment, the chamber surrounding at least the hollow fibers of the first half cell has a circular or elliptical cross section and a cylinder jacket-shaped support structure oriented parallel to the hollow fiber membranes of the first half cell. Alternatively, however, the surrounding chamber may also have an n-cornered cross-section with n> 2 and rectangular-shaped support structures.
Im Inneren der Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle und gegebenenfalls der zweiten Halbzelle sind die porösen Elektroden zweckmäßig durch ein elektrisch leitendes, flüssigkeitsdurchlässiges Füllmaterial gebildet und elektrisch leitende Stromabnehmer in das Füllmaterial eingebracht.In the interior of the hollow-fiber membranes of the first half-cell and possibly the second half-cell, the porous electrodes are expediently formed by an electrically conductive, liquid-permeable filling material and electrically conductive current collectors are introduced into the filling material.
Ist die poröse Elektrode der zweiten Halbzelle durch eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur in den Zwischenräumen außerhalb der Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle ausgebildet, sind die Stromabnehmer der zweiten Halbzelle in die flüssigkeitsdurchlässige Struktur eingebracht oder jede Hohlfasermembran der ersten Halbzelle ist außen mit einer porösen Struktur und mindestens einem durchgehend verbundenen, elektrisch leitenden Streifen als Stromabnehmer beschichtet, der am Ende an einem elektrisch leitenden Gerüst oder Gehäuse kontaktiert ist.When the porous electrode of the second half cell is formed by an electrically conductive, liquid-permeable structure in the spaces outside the hollow fiber membranes of the first half cell, the current collectors of the second half cell are inserted in the liquid-permeable structure or each hollow fiber membrane of the first half cell is outside with a porous structure and at least a continuously connected, electrically conductive strip coated as a current collector, which is contacted at the end to an electrically conductive framework or housing.
In einer weiteren Ausführung ist die poröse Elektrode der zweiten Halbzelle als flüssigkeitsdurchlässige Struktur aus elektrisch leitendem Material in Zwischenräume außerhalb der Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle ausgebildet, wobei Stromabnehmer mit elektrischem Kontakt zu einer elektrisch leitenden Stützstruktur der die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebenden Kammer in die flüssigkeitsdurchlässige Struktur einbracht sind oder die flüssigkeitsdurchlässige Struktur als Elektrode an Befestigungsstellen oder durch Anlegen oder Anpressen an die mindestens teilweise elektrisch leitende Stützstruktur der umgebenden Kammer kontaktiert ist.In another embodiment, the porous electrode of the second half-cell is formed as a liquid-permeable structure of electrically conductive material in spaces outside the hollow fiber membranes of the first half-cell, wherein current collector with electrical contact to an electrically conductive support structure of the hollow fibers surrounding the first half-cell chamber in the liquid-permeable structure einbracht or the liquid-permeable structure is contacted as an electrode at attachment points or by applying or pressing on the at least partially electrically conductive support structure of the surrounding chamber.
Eine andere vorteilhafte Ausführung der Erfindung besteht darin, dass die poröse Elektrode der zweiten Halbzelle als flüssigkeitsdurchlässige Struktur außen auf jede Hohlfasermembran der ersten Halbzelle beschichtet und mit mindestens einem durchgehenden elektrisch leitenden Streifen als Stromabnehmer versehen ist, wobei die Stromabnehmer in elektrischem Kontakt zu einer elektrisch leitenden Stützstruktur der die Hohlfasern der ersten Halbzelle umgebenden Kammer oder zu einem anderweitig elektrisch leitenden Gerüst stehen.Another advantageous embodiment of the invention consists in that the porous electrode of the second half-cell is coated as a liquid-permeable structure on the outside of each hollow fiber membrane of the first half-cell and provided with at least one continuous electrically conductive strip as a current collector, wherein the current collector in electrical contact with an electrically conductive Support structure of the hollow fibers surrounding the first half-cell chamber or to another electrically conductive framework stand.
In einer dazu alternativen Variante sind in den Hohlfasern der ersten Halbzelle und in den Hohlfasern der zweiten Halbzelle die porösen Elektroden jeweils auf die Innenseiten der Hohlfasermembranen als poröse Schicht aufgetragen und Enden der Hohlfasermembranen auf elektrisch leitende Röhrchen oder Klemmhülsen als Stromabnehmer aufgestülpt.In an alternative variant of this, in the hollow fibers of the first half-cell and in the hollow fibers of the second half-cell, the porous electrodes are each applied to the inner sides of the hollow-fiber membranes as a porous layer and ends of the hollow-fiber membranes are slipped onto electrically conductive tubes or clamping sleeves as current collectors.
In einer dritten Variante, bei der beide Halbzellen durch Hohlfasern gebildet werden, sind in den Hohlfasern der ersten Halbzelle und in den Hohlfasern der zweiten Halbzelle jeweils die elektrisch leitenden Stromabnehmer zugleich als Elektroden im Inneren der Hohlfasermembranen ausgebildet und dabei geradlinig ausgerichtet oder spiralförmig geformt aufgewickelt und jeweils nach außen geführt zusammengefasst.In a third variant, in which both half-cells are formed by hollow fibers, in the hollow fibers of the first half-cell and in the hollow fibers of the second half-cell, respectively, the electrically conductive current collectors are at the same time formed as electrodes in the interior of the hollow-fiber membranes, while being rectilinearly aligned or spirally wound and wound each led to the outside.
Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, dass die Verwendung von tubulären Membranen (Hohlfasermembranen) - anstelle von einzelnen Flachmembranen, wie sie in allen zurzeit kommerziell verfügbaren RFBs Verwendung finden - die elektrochemisch wichtige Membranoberfläche pro Zellenvolumen und damit die elektrische Leistungsfähigkeit einer RFB signifikant erhöhen kann, wobei zugleich Baugröße sowie Zellengewicht signifikant verringert werden. Derzeit leidet der Aufbau bekannter Lösungsansätze für tubuläre RFBs jedoch stets daran, dass fertigungstechnisch sehr aufwändige Elektroden und/oder Membranaufschichtungen erforderlich sind. Des Weiteren limitiert der nach dem Stand der Technik unvermeidbare Austausch von redoxaktiven Substanzen zwischen den Halbzellen (sog. „Kreuzkontamination“ oder „Cross-over“), der bei tubulären RFBs durch die größere Kontaktfläche zwischen Elektrolyten und Membran zusätzlich begünstigt ist, die Lebensdauer von RFBs.The invention is based on the fundamental idea that the use of tubular membranes (hollow fiber membranes), instead of individual flat membranes as used in all currently commercially available RFBs, can significantly increase the electrochemically important membrane surface per cell volume and thus the electrical performance of an RFB, at the same time size and cell weight are significantly reduced. However, at present the construction of known solutions for tubular RFBs always suffers from the fact that production-consuming electrodes and / or membrane coatings are required. Furthermore, the unavoidable replacement of redox-active substances between the half-cells (so-called "cross-contamination" or "cross-over"), which is additionally favored in tubular RFBs by the larger contact area between the electrolyte and the membrane, limits the lifetime of RFBS.
Die Erfindung löst diese Probleme, indem Innen- und/oder Außenvolumina einer Vielzahl von gleichen Hohlfasern als Elektrolytströmungsbahnen und zugleich Elektroden der RFC ausgebildet sind, wobei die Hohlfasern als tubuläre Membranen in eine umgebende Kammer mit poröser flüssigkeitsdurchlässiger bzw. elektrolytdurchlässiger Struktur eingefügt sind, die entweder als Elektrode der zweiten Halbzelle oder als Salzbrücke zu der ebenfalls aus Hohlfasern gebildeten zweiten Halbzelle ausgestaltet ist. Dabei sind die Hohlfasermembranen vorzugsweise aus unterschiedlichen, die redoxaktiven Komponenten sperrenden Materialien gebildet, wie beispielsweise aus Kunststoffen in Form von Polymeren (z. B. Polyethersulfon) und anderen organischen Verbindungen, wie z. B. Cellulose, regenerierte Cellulose (RC) und weiteren Derivaten, oder einer Keramik gefertigt. The invention solves these problems by forming inner and / or outer volumes of a plurality of identical hollow fibers as electrolyte flow paths and electrodes of the RFCs, wherein the hollow fibers are inserted as tubular membranes in a surrounding chamber having a porous liquid-permeable or electrolyte-permeable structure, either is designed as an electrode of the second half-cell or as a salt bridge to the likewise formed from hollow fibers second half-cell. In this case, the hollow-fiber membranes are preferably formed from different materials blocking the redox-active components, for example from plastics in the form of polymers (for example polyethersulfone) and other organic compounds, such as, for example, As cellulose, regenerated cellulose (RC) and other derivatives, or made of a ceramic.
In der erfindungsgemäßen RFC können grundsätzlich alle denkbaren Membrantypen Verwendung finden. Unter der erfindungsgemäß als Membran bezeichneten Grenzfläche der jeweiligen Halbzellen mit separierten Elektrolyten wird dabei ein flächiges Gebilde verstanden, das prinzipiell durch die zwei Mindestvoraussetzungen gekennzeichnet ist, dass es einerseits einen effizienten Ladungsausgleich durch den Übergang von Ladungsträgern zwischen den Halbzellen einer RFC gewährleistet und andererseits zugleich den Übergang der für die Energiespeicherung entscheidenden redoxaktiven Substanzen der beiden Elektrolyten in die jeweils andere Halbzelle ausschließt bzw. elektrochemische Reaktionen der redoxaktiven Substanzen der beiden Halbzellen miteinander über die Membran hinweg idealerweise vollständig unterdrückt. Besonders bevorzugt sind nach diesen Maßgaben dabei solche Membranen, die nach dem Prinzip des Ionentypausschlusses oder nach dem Prinzip des Größenausschlusses wirken. Aber auch Flächengebilde aus anderen Materialien, welche die letztgenannten Eigenschaften nicht mitbringen, sind hier als eine die Halbzellen trennende Grenzfläche denkbar, solange sie die vorgenannt beschriebene Funktion in ihren Mindestvoraussetzungen erfüllen. Obwohl die Formulierung „Membran“ im Hinblick auf die oben genannten Funktionen einschränkend wirkt, soll der Einfachheit halber, und da es zugleich die bevorzugte Variante ist, dennoch im Folgenden von dieser Vorrichtung weiterhin nur als „Membran“ die Rede sein.In principle, all conceivable types of membranes can be used in the RFC according to the invention. In this context, the boundary surface of the respective half-cells with separated electrolytes according to the invention is understood to be a planar structure which is characterized in principle by the two minimum requirements, on the one hand ensuring efficient charge equalization through the transfer of charge carriers between the half-cells of an RFC and, on the other hand, at the same time Transition of the decisive for energy storage redox-active substances of the two electrolytes in the other half-cell precludes or completely suppressed electrochemical reactions of the redox-active substances of the two half-cells with each other across the membrane ideally. According to these provisos, particular preference is given to membranes which operate on the principle of ion-type exclusion or on the principle of size exclusion. But also fabrics made of other materials, which do not bring the last-mentioned properties are here conceivable as an interface separating the half-cells, as long as they fulfill the above-described function in their minimum requirements. Although the term "membrane" is limiting in terms of the above functions, for the sake of simplicity, and since it is also the preferred variant, it will be referred to hereinafter only as a "membrane" from this device.
Im Falle einer Membran, die nach dem Prinzip des Größenausschlusses wirkt, wird der Größenausschluss durch Verwendung redoxaktiver Makromoleküle (z. B. Oligomere und Polymere) und entsprechend gewählte poröse Membranen erreicht, deren Porengrößenverteilung so beschaffen ist, dass Moleküle ab einer bestimmten geometrischen Größe (d. h. ab einem bestimmten hydrodynamischen Volumen) bzw. Molmasse mit großer Wahrscheinlichkeit (> 90 %) zurückgehalten werden. Dies wird meist gemessen an der Molmasse des Makromoleküls und einer oberen Schranke für die Porengröße der Membran, dem sogenannten Molecular Weight Cut-Off (MWCO). Dadurch werden makromolekulare redoxaktive Substanzen mit einer größeren Molmasse als dem MWCO zurückgehalten, während die kleineren Ionen des Leitsalzes die Membran zum Ladungsausgleich passieren können. Hierzu werden Membranen mit MWCOs von mindestens 0,4 kDa, besonders bevorzugt zwischen 1 kDa und 10 kDa, verwendet. Aber auch größere MWCOs sind prinzipiell denkbar. Dabei ist die erfindungsgemäße Wahl der Materialien für die redoxaktiven Makromoleküle und die makrotubulären Membranen grundsätzlich beliebig und nur dadurch eingeschränkt, dass die Materialien miteinander chemisch verträglich sein müssen und keine ungewollten chemischen Reaktionen miteinander eingehen, sodass keine Zersetzung, Auflösung oder eine anderweitig funktionsbeeinträchtigende Veränderung des Membranmaterials oder des Elektrolyten auftritt.In the case of a membrane that operates on the principle of size exclusion, the size exclusion is achieved by using redox-active macromolecules (eg, oligomers and polymers) and appropriately selected porous membranes whose pore size distribution is such that molecules of a certain geometric size ( ie from a certain hydrodynamic volume) or molar mass with high probability (> 90%) are retained. This is usually measured by the molecular weight of the macromolecule and an upper barrier to the pore size of the membrane, the so-called Molecular Weight Cut-Off (MWCO). As a result, macromolecular redox-active substances are retained with a molecular weight greater than the MWCO, while the smaller ions of the conductive salt can pass through the membrane for charge compensation. For this purpose, membranes with MWCOs of at least 0.4 kDa, more preferably between 1 kDa and 10 kDa, are used. But even larger MWCOs are conceivable in principle. The inventive choice of materials for the redox-active macromolecules and the macrotubular membranes is basically arbitrary and limited only by the fact that the materials must be chemically compatible with each other and not enter into unwanted chemical reactions with each other, so no decomposition, dissolution or otherwise dysfunctional change in the membrane material or the electrolyte occurs.
Mit Membranen, die nach dem Prinzip des Ionentypausschlusses wirken, sind solche Membranen gemeint, die Ionen nur selektiv hindurchlassen bzw. abhalten. Dieser Ionentypausschluss wird dabei durch elektrisch isolierende, poröse Membranmaterialien erreicht, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie ionische Gruppen beinhalten und deswegen elektrisch geladene Ionen gleicher Ladung von der Passage abhalten, während Ionen entgegengesetzter Ladung die Membran passieren können, insoweit diese Ionen in ihrer Größe zugleich die geringe Porengröße der Membran nicht überschreiten. Man unterscheidet deswegen zwischen anionen- und kationenleitenden Membranen. Ein Hauptvertreter für kationenleitende Membranen sind Nafion®-Membranen.By membranes which operate on the ion-exclusion principle, it is meant those membranes which selectively selectively liberate ions. This ion type exclusion is achieved by electrically insulating, porous membrane materials, which are characterized in that they contain ionic groups and therefore keep electrically charged ions of the same charge from the passage, while ions of opposite charge can pass through the membrane, insofar as these ions in size at the same time do not exceed the small pore size of the membrane. A distinction is therefore made between anion- and cation-conducting membranes. A major representative of cation-conducting membranes are Nafion® membranes.
Aber auch andere Membrantypen, die den vorgenannten Mindestvoraussetzungen genügen, sind denkbar. Ein solches Beispiel stellen hier solche Keramiken dar, welche allgemeinhin auch als Feststoffelektrolyt bezeichnet werden und deren Leitfähigkeit - unter Umständen bei erhöhter Temperatur - durch thermisch mobilisierte Ionen in der Festkörperstruktur der Keramik realisiert wird (z. B. Na2O, MgO, NaAl11O17, usw.).But also other types of membranes, which meet the above minimum requirements, are conceivable. Such an example is represented here by such ceramics, which are also generally referred to as solid electrolyte and whose conductivity is realized - possibly at elevated temperature - by thermally mobilized ions in the solid state structure of the ceramic (eg Na 2 O, MgO, NaAl 11 O 17 , etc.).
Somit können insbesondere auch all jene Membran- und Elektrolytmaterialien, deren Brauchbarkeit für herkömmliche RFCs in Flachbauweise aus dem Stand der Technik vorbekannt ist, von den zusätzlichen, materialunabhängigen Vorteilen einer erfindungsgemäßen RFC mit Hohlfasermembranen profitieren.Thus, in particular all those membrane and electrolyte materials whose usefulness is already known from the prior art for conventional flat-type RFCs can also profit from the additional, material-independent advantages of an RFC according to the invention with hollow-fiber membranes.
Auf eine Hohlfasermembran kann mindestens innen eine elektrisch leitende poröse Schicht als Elektrode (bzw. Teil der Elektrode) aufgetragen werden, um daraus mittels einer Vielzahl von hydrodynamisch und elektrisch parallel betriebenen Hohlfasern eine Halbzelle zusammenzusetzen. Anstelle der Beschichtung oder zusätzlich dazu kann auch eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur (poröser Festkörper, Schüttgut, Fasergewebe oder -vlies, Garn oder Ähnliches) als Elektrode in die Hohlfaser eingeführt sein. Auf diese Art und Weise können entweder nur eine der Halbzellen oder beide Halbzellen aufgebaut sein. An electrically conductive porous layer may be applied as electrode (or part of the electrode) to a hollow-fiber membrane at least in order to assemble a half-cell therefrom by means of a multiplicity of hydrodynamically and electrically parallel-operated hollow fibers. Instead of or in addition to the coating, an electrically conductive, liquid-permeable structure (porous solid, bulk material, fiber fabric or fleece, yarn or the like) may also be introduced as an electrode into the hollow fiber. In this way, either only one of the half-cells or both half-cells can be constructed.
In einem ersten Fall ist die erste Halbzelle, wie vorstehend beschrieben, aufgebaut und die zweite Halbzelle durch eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur (poröser Festkörper, Schüttung, Fasergewebe oder -vlies oder Ähnliches) gebildet, in welche die Hohlfasern der ersten Halbzelle - vorzugsweise als eine Vielzahl paralleler Stränge - eingebettet sind, wobei die flüssigkeitsdurchlässige Struktur oder darin vorzugsweise parallel angeordnete Hohlfasern jeweils als mit Elektrode ausgestattete Elektrolytströmungsbahn für jeweils eine der Halbzellen genutzt werden. Als „Stromabnehmer“ für die Elektroden im Innern der Hohlfaser(n) kann jeweils ein elektrisch leitender Draht oder Stab eingeführt oder das Faserende auf ein elektrisch leitendes Röhrchen aufgepfropft sein, wobei die einzelnen Stromabnehmer elektrisch parallel miteinander verbunden sind. Als „Stromabnehmer“ für die äußere Elektrode kann mindestens ein(e) elektrisch leitende(r) Draht, Stab, Streifen oder Platte in die flüssigkeitsdurchlässige Struktur eingeführt oder an mindestens einer zu den Hohlfasern parallelen Außenfläche der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur elektrisch leitende Platten oder ein elektrisch leitender Zylindermantel (falls die tubuläre Gesamtform gewählt ist) angebracht sein, die zugleich einen stabilisierenden Träger der gesamten Hohlfaser-RFB darstellen.In a first case, the first half-cell, as described above, constructed and the second half-cell by an electrically conductive, liquid-permeable structure (porous solid, bed, fiber fabric or nonwoven or the like) is formed, in which the hollow fibers of the first half-cell - preferably as a plurality of parallel strands - are embedded, wherein the liquid-permeable structure or preferably arranged in parallel hollow fibers are each used as an electrode equipped with electrolyte flow path for each one of the half-cells. As "current collector" for the electrodes in the interior of the hollow fiber (s) can each be introduced an electrically conductive wire or rod or the fiber end grafted onto an electrically conductive tube, wherein the individual current collector are electrically connected in parallel. As a "current collector" for the outer electrode, at least one electrically conductive wire, rod, strip or plate can be introduced into the liquid-permeable structure or electrically conductive plates or an electrically conductive plate on at least one outer surface of the liquid-permeable structure parallel to the hollow fibers Cylinder shell (if the tubular overall shape is selected) are attached, which also represent a stabilizing carrier of the entire hollow fiber RFB.
In einem zweiten Fall, wenn beide Halbzellen aus Hohlfasern mit innerlich rauen oder porösen Elektroden gebildet sind, werden die von unterschiedlichen Elektrolyten (entweder Katholyt oder Anolyt) durchströmten Hohlfasern, die vorzugsweise mit draht- oder stabförmigen Stromabnehmern durchzogen und getrennt nach Halbzellenzugehörigkeit zusammengefasst sind, mindestens schichtweise parallel gefasst und gestapelt, wobei zwischenliegende oder umgebende Hohlräume bevorzugt mit einer elektrisch leitfähigen Salzlösung durchtränkt oder durchströmt sind, aber auch von einem ionenleitenden Festkörper oder einer ionischen Flüssigkeit ausgefüllt sein können. Die Hohlfasern unterschiedlicher Halbzellen sind dabei vorzugsweise einzeln alternierend benachbart oder in abwechselnden Schichten angeordnet. Für die Anordnung sind vorzugsweise eine Parallelanordnung in der für die jeweilige Grundgeometrie der RFC „dichtesten Zylinderpackung“ oder halbzellenweise abwechselnd gestapelte Hohlfaserschichten denkbar, die jeweils eine Verdrehung um einen Winkel α mit 0 < α ≤ 90° aufweisen können.In a second case, when both half-cells are formed of hollow fibers with internally rough or porous electrodes, the hollow fibers through which different electrolytes flow (either catholyte or anolyte), which are preferably traversed by wire or rod-shaped current collectors and are combined separately according to half-cell membership, are at least layered in parallel and stacked, wherein intermediate or surrounding cavities are preferably impregnated or flowed through with an electrically conductive salt solution, but may also be filled by an ion-conducting solid or an ionic liquid. The hollow fibers of different half-cells are preferably arranged individually alternately adjacent or in alternating layers. For the arrangement preferably a parallel arrangement in the respective basic geometry of the RFC "densest cylinder pack" or half-cell alternately stacked hollow fiber layers are conceivable, each having a rotation by an angle α with 0 <α ≤ 90 °.
Die Aufgabe der Erfindung wird ausdrücklich nicht nur durch die bloße Verwendung von Hohlfasern, sondern vor allem durch neuartige Anordnungen solcher Hohlfasern als Membranen in einem der Membrangeometrie angepassten Zellendesign und/oder einer neuartigen Betriebsart solcher Hohlfaserzellen realisiert.The object of the invention is realized not only by the mere use of hollow fibers, but especially by novel arrangements of such hollow fibers as membranes in a membrane geometry adapted cell design and / or a novel mode of such hollow fiber cells.
Die optionale Verwendung einer Salzbrücke stellt darüber hinaus eine neuartige Betriebsart für RFBs dar, die es insbesondere erlaubt, beide Halbzellen einer tubulären RFB in gleicher Weise aufzubauen und zu betreiben. Als eine erfindungsgemäße Salzbrücke wird ein lonenleiter verstanden, der einen effizienten Austausch von Ionen zwischen den Halbzellen erlaubt und bevorzugt als eine Flüssigkeit mit darin gelösten anorganischen oder organischen Salzen ausgebildet ist, aber auch ein ionenleitender Feststoff, ein ionenleitendes Gel oder eine ionische Flüssigkeit sein kann. Überdies wird durch die sich ergebende doppelte Membran (jede Halbzelle bringt eine Hohlfasermembran mit) der unerwünschte, aber nicht vollständig unterdrückbare Austausch der redoxaktiven Substanzen zwischen den beiden Halbzellen (auch „Kreuzkontamination“ bzw. „Cross-over“ genannt) zusätzlich verringert oder - praktisch gesehen - sogar nahezu vollständig unterdrückt. Außerdem führt die Beschädigung einer Membran nicht mehr zu einer unwillkürlichen Vermischung der beiden Elektrolyten, solange nicht mindestens zwei Hohlfasern unterschiedlicher Halbzellen beschädigt sind. Eine oder mehrere defekte Hohlfasermembranen einer Halbzelle führen dadurch ebenfalls nicht sofort zum Versagen der Funktionsfähigkeit der Batterie, sondern im schlimmsten Fall nur zu einem Leistungsabfall.The optional use of a salt bridge also provides a novel mode of operation for RFBs, which in particular allows both half-cells of a tubular RFB to be constructed and operated in the same way. A salt bridge according to the invention is understood to be an ion conductor which permits efficient exchange of ions between the half-cells and is preferably in the form of a liquid with dissolved inorganic or organic salts, but can also be an ion-conducting solid, an ion-conducting gel or an ionic liquid. Moreover, the resulting double membrane (each half cell brings a hollow fiber membrane with) the undesirable, but not completely suppressible replacement of the redox-active substances between the two half-cells (also called "cross-contamination" or "cross-over") additionally reduced or - practical seen - even almost completely suppressed. In addition, the damage of a membrane no longer leads to an involuntary mixing of the two electrolytes, as long as at least two hollow fibers of different half-cells are not damaged. One or more defective hollow-fiber membranes of a half-cell likewise do not immediately lead to failure of the functioning of the battery, but in the worst case only to a loss of performance.
Mit der erfindungsgemäßen Hohlfaser-RFB (HFRFB) ist es möglich, eine neue Art von tubulären RFBs zur Energiespeicherung zu realisieren, die bei einfachem Aufbau aus wenigen Grundkomponenten für hohe Leistungsdichten beliebig und höchst variabel dimensionierbar und ausgestaltbar ist. Insbesondere ist eine einheitliche Fertigung der Halbzellen ohne komplizierte poröse Elektroden möglich, wobei äußere flächige Stromabnehmer zugleich für die erforderliche mechanische Stabilität der parallel und dicht in einer flüssigkeitsdurchlässigen Struktur eingebetteten tubulären Halbzellen sorgen und der Grundaufbau eine einfache, unterschiedliche Konfektionierung von Batterien beliebiger Leistungsgröße erlaubt. Zudem gestattet die Erfindung den effizienten Betrieb einer RFB mit Salzbrücke, was für eine signifikant erhöhte Ausfallsicherheit und Lebensdauer einer solchen Batterie sorgt.With the hollow fiber RFB (HFRFB) according to the invention, it is possible to realize a new type of tubular RFBs for energy storage, which can be dimensioned and configured in a simple manner from a few basic components for high power densities as desired and highly variable. In particular, a uniform production of the half-cells without complicated porous electrodes is possible, with external flat pantographs at the same time provide the required mechanical stability of parallel and tight embedded in a liquid-permeable structure tubular half-cells and the basic structure allows a simple, different packaging of batteries of any power size. In addition, the invention allows the efficient operation of a salt bridge RFB, which provides for significantly increased reliability and lifetime of such a battery.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
-
1 : eine schematische Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Hohlfaser-RFB mit einer Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen RFC; -
2 : eine schematische Darstellung einer ersten Ausführung der Erfindung als zylindrische Hohlfaser-RFB (HFRFB), bei der eine Anzahl von Hohlfasern als Hohlfasermembranen in eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur in Form eines Filzes aus Graphit eingebettet ist, wobei die Hohlfasern der ersten Halbzellen von einem ersten Elektrolyten und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur der zweiten Halbzelle von einem zweiten Elektrolyten durchströmt sind; -
3 : eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführung der Erfindung als quaderförmige HFRFB, bei der eine Anzahl von Hohlfasern als Hohlfasermembranen in eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur in Form einer Gewebe- oder Vliesstruktur aus Kohlenstoff eingebettet sind, wobei die Hohlfasern der ersten Halbzelle von einem ersten Elektrolyten und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur der zweiten Halbzelle von einem zweiten Elektrolyten durchströmt sind; -
4 : eine schematische Darstellung einer dritten Ausführung der Erfindung als zylindrische HFRFB, bei der eine Anzahl von ersten tubulären Hohlfasermembranen und eine (gleiche) Anzahl von zweiten tubulären Hohlfasermembranen in eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur in dichtester Zylinderpackung eingebracht sind, wobei die Hohlfasern der ersten Halbzelle von einem ersten Elektrolyten und die Hohlfasern der zweiten Halbzelle von einem zweiten Elektrolyten durchströmt sind und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur, welche gänzlich durch die die Hohlfasern umgebenden Außenräume gebildet ist, mit einer Leitsalzlösung gefüllt ist; -
5 : eine schematische Darstellung einer vierten Ausführung der Erfindung als quaderförmige HFRFB, bei der eine Anzahl von ersten tubulären Hohlfasern und eine (gleiche) Anzahl von zweiten tubulären Hohlfasern in „dichtester Zylinderpackung“ in Hohlfaserschichten angeordnet sind, wobei die Hohlfasern der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle abwechselnd von einem ersten und einem zweiten Elektrolyten durchströmt und die Hohlräume zwischen den Hohlfasern mit einer Leitsalzlösung gefüllt sind; -
6a : eine Prinzipdarstellung einer ersten Variante, wie erfindungsgemäße Hohlfasern zu stapelbaren RFCs zusammengefügt sind, mit räumlich einfacher Verknüpfung einer ersten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch parallel miteinander verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern und einer zweiten Halbzelle aus umgebender flüssigkeitsdurchlässiger, elektrisch leitender Struktur; -
6b : eine Prinzipdarstellung einer zweiten Variante, wie erfindungsgemäße Hohlfasern zu stapelbaren RFCs zusammengefügt sind, mit räumlich einfacher Verknüpfung einer ersten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch parallel miteinander verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern und einer zweiten Halbzelle aus umgebender flüssigkeitsdurchlässiger, elektrisch leitender Struktur; -
7a : eine Prinzipdarstellung, wie erfindungsgemäße Hohlfasern zu stapelbaren RFCs zusammengefügt sind, mit räumlich anspruchsvoller Verknüpfung einer ersten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch parallel miteinander verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern und einer zweiten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch miteinander parallel verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern mit vollständig separater Elektrolytführung für die Hohlfasern der ersten und zweiten Halbzellen und Leitsalzlösung zwischen den Hohlfasern; -
7b : eine Prinzipdarstellung, wie Hohlfasern zu stapelbaren, erfindungsgemäßen tubulären oder quaderförmigen RFCs zusammengefügt sind, mit räumlich einfacher Verknüpfung einer ersten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch parallel miteinander verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern und einer zweiten Halbzelle aus elektrisch und hydrodynamisch miteinander parallel verschalteten Hohlfasern mit drahtförmigen Stromabnehmern und mit großflächiger Kontaktierung und einer Salzbrücke zwischen den Hohlfasern der ersten und der zweiten Halbzelle, aber bei teilweisem Kontakt der Hohlfasermembranen zu beiden Elektrolyten; -
8 : eine Prinzipdarstellung einer RFB aus erfindungsgemäßen RFCs in einem vertikalen Stapel bei hydrodynamischer Parallelschaltung der RFCs und elektrischer Reihenschaltung durch direkte Kontaktierung an den Stapelflächen; -
9 : eine Prinzipdarstellung einer RFB aus erfindungsgemäßen RFCs in einem horizontalen Stapel bei hydrodynamischer Parallelschaltung der RFCs und elektrischer Reihenschaltung durch Verdrahtung an den Stirnflächen der einzelnen RFCs im Stapel; -
10 : eine Prinzipdarstellung einer RFB aus erfindungsgemäßen RFCs in mehreren vertikalen Stapeln bei hydrodynamischer Parallelschaltung der RFCs und elektrischer Reihenschaltung durch Verdrahtung der Stapel miteinander; -
11 : eine perspektivische Prinzipdarstellung der Anordnung der Hohlfasern in einer erfindungsgemäßen RFC mit Halbzellen aus jeweils schichtförmig angeordneten Hohlfasern, wobei abwechselnd Schichten von Hohlfasern je einer Halbzelle mit paralleler Ausrichtung der Hohlfasern gestapelt sind; -
12 : eine perspektivische Prinzipdarstellung der Anordnung der Hohlfasern in einer erfindungsgemäßen RFC mit Halbzellen aus jeweils schichtförmig angeordneten Hohlfasern, wobei abwechselnd Schichten von Hohlfasern je einer Halbzelle mit gekreuzter Ausrichtung der Hohlfasern gestapelt sind.
-
1 : a schematic diagram of a hollow fiber RFB according to the invention with a sectional view of an RFC according to the invention; -
2 : A schematic representation of a first embodiment of the invention as a hollow-fiber cylindrical RFB (HFRFB), in which a number of hollow fibers embedded as hollow fiber membranes in an electrically conductive, liquid-permeable structure in the form of a felt made of graphite, wherein the hollow fibers of the first half-cells of a first electrolyte and the liquid-permeable structure of the second half-cell are flowed through by a second electrolyte; -
3 a schematic representation of a second embodiment of the invention as cuboid HFRFB, in which a number of hollow fibers are embedded as hollow fiber membranes in an electrically conductive, liquid-permeable structure in the form of a woven or non-woven structure made of carbon, wherein the hollow fibers of the first half-cell of a first electrolyte and the liquid-permeable structure of the second half cell is traversed by a second electrolyte; -
4 FIG. 2 is a schematic representation of a third embodiment of the invention as a cylindrical HFRFB in which a number of first tubular hollow fiber membranes and a (equal) number of second tubular hollow fiber membranes are incorporated into a liquid pervious structure in close-packed cylindrical packing, wherein the hollow fibers of the first half cell are from a first Electrolytes and the hollow fibers of the second half-cell are flowed through by a second electrolyte and the liquid-permeable structure, which is formed entirely by the outer spaces surrounding the hollow fibers, is filled with a conductive salt solution; -
5 FIG. 2 is a schematic representation of a fourth embodiment of the invention as a cuboid HFRFB in which a number of first tubular hollow fibers and a (same) number of second tubular hollow fibers are arranged in "densest-cylinder" layers in hollow fiber layers, wherein the hollow fibers of the first half-cell and the second Half-cell alternately flows through a first and a second electrolyte and the cavities between the hollow fibers are filled with a Leitsalzlösung; -
6a FIG. 2: shows a schematic representation of a first variant of how hollow fibers according to the invention are joined together to form stackable RFCs with spatially simple connection of a first half cell of electrically and hydrodynamically connected parallel hollow fibers with wire-shaped current collectors and a second half cell of surrounding, liquid-permeable, electrically conductive structure; -
6b FIG. 2: shows a schematic representation of a second variant of how hollow fibers according to the invention are joined together to form stackable RFCs with spatially simple connection of a first half cell of electrically and hydrodynamically connected parallel hollow fibers with wire-shaped current collectors and a second half cell of surrounding, liquid-permeable, electrically conductive structure; -
7a : A schematic representation of how hollow fibers according to the invention are combined to form stackable RFCs, with spatially demanding linking of a first half cell of electrically and hydrodynamically parallel interconnected hollow fibers with wire-shaped current collectors and a second half cell of electrically and hydrodynamically interconnected parallel hollow fibers with wire-shaped current collectors with completely separate electrolyte guide for the hollow fibers of the first and second half cells and conductive salt solution between the hollow fibers; -
7b : A schematic representation of how hollow fibers are stacked into stackable, tubular or cuboid RFCs according to the invention, with spatially simple connection of a first half cell of electrically and hydrodynamically parallel interconnected hollow fibers with wire-shaped current collectors and a second half cell of electrically and hydrodynamically interconnected parallel hollow fibers with wire-shaped current collectors and with large-area contacting and a salt bridge between the hollow fibers of the first and the second half-cell, but with partial contact of the hollow-fiber membranes to both electrolytes; -
8th : A schematic diagram of an RFB from RFCs according to the invention in a vertical stack with hydrodynamic parallel connection of the RFCs and electrical series connection by direct contacting at the stacking surfaces; -
9 : A schematic representation of an RFB from RFCs according to the invention in a horizontal stack with hydrodynamic parallel connection of the RFCs and electrical series connection by wiring at the end faces of the individual RFCs in the stack; -
10 FIG. 2: a schematic representation of an RFB from RFCs according to the invention in a plurality of vertical stacks with hydrodynamic parallel connection of the RFCs and electrical series connection by wiring the stacks together; FIG. -
11 : A perspective schematic representation of the arrangement of the hollow fibers in an RFC according to the invention with half-cells of each layered arranged hollow fibers, wherein alternately layers of hollow fibers are each a half-cell stacked with parallel alignment of the hollow fibers; -
12 : A perspective schematic representation of the arrangement of the hollow fibers in an RFC according to the invention with half-cells of each layered arranged hollow fibers, wherein alternately layers of hollow fibers are each a half-cell with crossed alignment of the hollow fibers stacked.
Die Anordnung zur Speicherung elektrischer Energie besteht in einem Grundaufbau - wie in
Eine Vielzahl von Hohlfasern
Die Hohlfasermembranen
Membranen nach dem Prinzip des Ionentypausschlusses bestehen aus ionenleitenden Materialien, bevorzugt aus sulfonierten Polymeren und deren Derivaten, aber auch Polymeren mit anderen ionischen Substituenten, wie z. B. NH3 +, NRH2 +, NR2H+, NR3 +, PR3 +, SR2 +, COO-, PO3 2-, PO3H-, C6H4O-, usw., wobei die Polymere jenen aus der vorgenannten Aufzählung entsprechen können. Dabei eignen sich besonders fluorierte Polymere wegen ihrer erhöhten chemischen Beständigkeit.Membranes according to the principle of ion-type exclusion consist of ion-conducting materials, preferably of sulfonated polymers and derivatives thereof, but also polymers with other ionic substituents, such as. NH 3 + , NRH 2 + , NR 2 H + , NR 3 + , PR 3 + , SR 2 + , COO - , PO 3 2- , PO 3 H - , C 6 H 4 O - , etc., wherein the polymers may correspond to those of the aforementioned list. Fluorinated polymers are particularly suitable because of their increased chemical resistance.
Beispiele für Membranen nach dem Prinzip des Größenausschlusses sind eine Regeneratzellulosemembran (RC) mit einem MWCO von 1 kDa in einem Elektrolyt aus Wasser mit Natriumchlorid als Leitsalz und jeweils einem im Elektrolyt für die jeweilige Halbzelle gelösten Polymer (Molmassen größer als 1 kDa) als redoxaktive Substanz; eine Regeneratzellulosemembran mit einem MWCO von 5 kDa in einem Elektrolyt aus Propylencarbonat und mit Tetrabutylammoniumhexafluorophosphat als Leitsalz und jeweils einem im Elektrolyt für die jeweilige Halbzelle gelösten Polymer (Molmasse größer als 5 kDa) als redoxaktive Substanz; eine Polyethersulfonmembran mit einem MWCO von 3 kDa in Wasser mit Kaliumchlorid als Leitsalz mit jeweils einem im Elektrolyt für die jeweilige Halbzelle gelösten Polymer (Molmasse größer als 3 kDa) als redoxaktive Substanz usw. Hierbei sind die Größenausschlussmembranen jeweils so ausgewählt, dass der MWCO der Membran unter dem Wert für das Zahlenmittel der Molmasse des eingesetzten, redoxaktiven Makromoleküls liegt.Examples of membranes according to the principle of size exclusion are a Regeneratzellulosemembran (RC) with a MWCO of 1 kDa in an electrolyte of water with sodium chloride as the conductive salt and each one in the electrolyte for the respective half-cell dissolved polymer (molecular weights greater than 1 kDa) as redox-active substance ; a Regeneratzellulosemembran with a MWCO of 5 kDa in an electrolyte of propylene carbonate and with tetrabutylammonium hexafluorophosphate as conductive salt and each one in the electrolyte for each half-cell dissolved polymer (molecular weight greater than 5 kDa) as redox-active substance; a Polyethersulfonmembran having a MWCO of 3 kDa in water with potassium chloride as the conductive salt, each with a dissolved in the electrolyte for the respective half-cell polymer (molecular weight greater than 3 kDa) as redox-active substance, etc. Here, the size exclusion membranes are each selected so that the MWCO of the membrane is below the value for the number average molecular weight of the redox-active macromolecule used.
Ein Beispiel für eine auf dem Prinzip des Ionentypausschlusses basierende tubuläre RFC
In der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur
Die Elektroden
Die mögliche Anzahl der Hohlfasern
Bei der Ausgestaltung einer RFC
Der zweite Punkt betrifft die Elektrodenbeschaffenheit, an deren Grenzfläche zum Elektrolyten
Es ist darauf hinzuweisen, dass diese beiden Problemstellungen unter Umständen, aber nicht zwangsläufig, separat voneinander gelöst werden können. Da sich daraus verschiedene mögliche Kombinationen aus Zellengeometrie und Elektrodengestaltung ergeben, werden diese beiden Gesichtspunkte im Folgenden getrennt betrachtet.It should be noted that these two problems may, but not necessarily, be solved separately. Since this results in various possible combinations of cell geometry and electrode design, these two aspects are considered separately below.
Beispiel 1: Rohrzelle mit einer Halbzelle aus einer Vielzahl von HohlfasernExample 1: Tubular cell with a half-cell of a plurality of hollow fibers
In
In der tubulären RFC
In der ersten Halbzelle ist jede der Hohlfasermembranen
In der zweiten Halbzelle wird der Filz aus Graphit als poröse äußere Elektrode
Zweckmäßig können auch Hohlfasermembranen
Zwei Flächen, die in planaren RFC
Beim Herstellen einer längeren tubulären RFC
Eine rechnerische Abschätzung über beispielhafte, sinnvolle Dimensionierungsmöglichkeiten dieser Ausführungsvariante der RFC
Die in der Tabelle aufgelisteten Membranflächen und daraus resultierende Zelldimensionen stellen deshalb ausdrücklich keine Einschränkung dar, sondern sind als einige Beispiele aus der enormen Vielfalt der mit Hohlfasermembranen realisierbaren Zelldimensionierungen zu verstehen. Aufgrund der kompakten Bauweise von Hohlfaserzellen ist insbesondere hier eine deutlich größere, sinnvolle Membranfläche denkbar, als aufgeführt bzw. für herkömmliche RFCs mit Flachmembran bisher realisiert.The membrane areas listed in the table and resulting cell dimensions are therefore expressly not limiting, but are to be understood as a few examples of the enormous variety of realizable with hollow fiber membranes Zelldimensionierungen. Because of the compact Construction of hollow fiber cells is here in particular a much larger, meaningful membrane surface conceivable, as listed or realized for conventional RFCs with flat membrane so far.
Die rechnerische Abschätzung der Dimensionierung einer Hohlfaserzelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt, indem berechnet wird, wie viele parallel zueinander ausgerichtete Hohlfasern
Flache Polymermembranen (nicht gezeigt) sind zwar ebenso in ihrer Größe variabel und beschränken die Skalierung einer planaren Zelle nicht, ergeben aber, wie zuvor benannt, eine erheblich geringere Membranfläche pro Zellenvolumen.While flat polymer membranes (not shown) are also variable in size and do not constrain the scaling of a planar cell, they provide, as previously indicated, a significantly smaller membrane area per cell volume.
Auch hierfür ist eine Tabelle der Dimensionierungsmöglichkeiten (zum Vergleich mit den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen) nachfolgend angegeben.
Tab. 2: Herkömmliche Flachzellen mit Flachmembran (quadratischer Grundriss)
Beispiel 2: Flachzelle mit HohlfasermembranenExample 2: Flat Cell with Hollow Fiber Membranes
Trotz der vorstehend angesprochenen Nachteile von ebenflächigen RFCs einer RFB mit Flachmembran sind alternativ zur tubulären RFC
Die ebenflächige RFC
Es kann jedoch aufgrund unterschiedlicher Elektrolyteigenschaften (Viskosität, Energiedichte, usw.) der Elektrolyte
Die Abschätzung der Dimensionierung einer Hohlfaserzelle gemäß diesem Ausführungsbeispiel erfolgt, indem berechnet wird, wie viele parallel zueinander ausgerichtete Hohlfasern einer sinnvoll gewählten Anzahl und mit einheitlichem Durchmesser (z. B. 0,5 mm oder 1 mm) nötig sind, um die gegebene Membranfläche zu erreichen. Unter der Forderung gleicher Volumina für beide Halbzellen ergibt sich daraus die rechnerisch notwendige Zelllänge und Kantenlänge a. Dabei ist die Zell- bzw. Kantenlänge (je nachdem, ob die Strömung in der zweiten Halbzelle parallel bzw. senkrecht zu den Hohlfasern erfolgt) letztlich dadurch begrenzt, dass der Druckabfall zur Aufrechterhaltung der Elektrolytströmung mit steigender Zelllänge steigt und die Energieeffizienz der RFC
Beispiel 3. Rohrzelle mit Hohlfasern für beide HalbzellenExample 3. Tube cell with hollow fibers for both half cells
Als modifizierte Variante der in Beispiel 1 (
Da die Abstände benachbarter Hohlfasermembranen
Des Weiteren besteht für jede RFC
Die Gefahr einer Kreuzkontamination beider Elektrolyte
Möglichkeiten zur Dimensionierung der hier vorliegenden Ausführung der RFC
Beispiel 4. Flachzelle mit Hohlfasern für beide HalbzellenExample 4. Flat cell with hollow fibers for both half cells
In
In diesem Fall sind für die zweite Halbzelle zwei Hohlfasern
In diesem Beispiel sind die Räume zwischen den Hohlfasern
Auch bei dieser Ausführung der Erfindung ergibt sich, analog zum dritten Ausführungsbeispiel, ein produktionstechnischer Vorteil gegenüber den vorgestellten Ausführungsbeispielen
Dabei ist zudem die Gefahr einer Kreuzkontamination beider Elektrolyte
Eine zusätzlich erläuternde Prinzipdarstellung und eine weitere Modifikation der rechteckigen Ausführung der RFC
Die erfindungsgemäße Anordnung zur Speicherung elektrischer Energie ermöglicht eine einfache Herstellung einer RFC
Die folgenden Ausführungen sollen beispielhafte Möglichkeiten zur Realisierung von Elektroden
Es wird dazu eine erfindungsgemäße RFC
Darüber hinaus können in einer zweiten Ausgestaltungsform der Elektroden
In RFCs
Für das Innere der Hohlfasermembranen
Ferner können die porösen Elektroden
Als Stromabnehmer
Zur äußeren Kontaktierung der im Inneren den Hohlfasern
Für eine Halbzelle, die durch die die Hohlfasern
Es sei zudem angemerkt, dass es für die Erfindung unerheblich ist, welche konkreten Elektrolyte und Membranmaterialien in einer erfindungsgemäßen HFRFB eingesetzt werden. Die Vorteile der Erfindung ergeben sich vor allem aus der Geometrievielfalt, der erhöhten Membranoberfläche, unter Umständen dem Einsatz von leicht verfügbaren Größenausschlussmembranen in Hohlfaserform sowie dem Einsatz einer Salzbrücke
Zuletzt sei darauf hingewiesen, dass die Verwendung von Hohlfasern und die Abkehr von den aus dem Stand der Technik gewohnten Zellengeometrien mit Flachmembranen keinen Nachteil hinsichtlich der Ausgestaltung von Zellstacks darstellt. Mehrere erfindungsgemäße RFCs
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Redox-Flow-Zelle (RFC)Redox Flow Cell (RFC)
- 22
- Hohlfaser (der ersten Halbzelle)Hollow fiber (the first half cell)
- 2121
- Hohlfasermembran (der ersten Halbzelle)Hollow fiber membrane (the first half cell)
- 2222
- (poröse) Elektrode (der ersten Halbzelle)(porous) electrode (the first half-cell)
- 2323
- (innerer) Stromabnehmer (der ersten Halbzelle)(inner) current collector (the first half-cell)
- 2424
-
(äußere) Stromschiene (der inneren Stromabnehmer
23 )(outer) busbar (the inner pantograph23 ) - 33
- Hohlfaser (der zweiten Halbzelle)Hollow fiber (the second half cell)
- 3131
- Hohlfasermembran (der zweiten Halbzelle)Hollow fiber membrane (the second half cell)
- 3232
- (poröse) Elektrode (der zweiten Halbzelle)(porous) electrode (the second half-cell)
- 3333
- (innerer) Stromabnehmer (der zweiten Halbzelle)(inner) current collector (the second half-cell)
- 3434
- (äußere) Stromschiene (der inneren Stromabnehmer)(outer) busbar (the inner pantograph)
- 44
- flüssigkeitsdurchlässige Strukturliquid-permeable structure
- 4141
- Stützstruktur (Gehäuse)Support structure (housing)
- 4242
- (poröse) äußere Elektrode(porous) outer electrode
- 4343
- (äußerer) Stromabnehmer(outer) pantograph
- 55
- Elektrolyt (der ersten Halbzelle)Electrolyte (the first half-cell)
- 5151
- Elektrolytkreislauf (der ersten Halbzelle)Electrolyte circuit (the first half-cell)
- 5252
- Elektrolytreservoir (der ersten Halbzelle)Electrolyte reservoir (the first half-cell)
- 5353
- Pumpe (der ersten Halbzelle)Pump (the first half-cell)
- 5454
-
Einlasskanal (der Hohlfaser
2 )Inlet channel (the hollow fiber2 ) - 5555
-
Auslasskanal (der Hohlfaser
2 )Outlet channel (the hollow fiber2 ) - 66
- Elektrolyt (der zweiten Halbzelle)Electrolyte (the second half-cell)
- 6161
- Elektrolytkreislauf (der zweiten Halbzelle)Electrolyte circuit (the second half-cell)
- 6262
- Elektrolytreservoir (der zweiten Halbzelle)Electrolyte reservoir (the second half-cell)
- 6363
- Pumpe (der zweiten Halbzelle)Pump (the second half-cell)
- 6464
-
Einlasskanal (der Hohlfaser
3 )Inlet channel (the hollow fiber3 ) - 6565
-
Auslasskanal (der Hohlfaser
3 )Outlet channel (the hollow fiber3 ) - 77
- Salzbrückesalt bridge
- 7171
-
Hohlfaserschicht (mit abwechselnden Hohlfasern
2 ,3 )Hollow fiber layer (with alternatinghollow fibers 2 .3 ) - 7272
- Hohlfaserschicht (der ersten Halbzelle)Hollow fiber layer (the first half cell)
- 7373
- Hohlfaserschicht (der zweiten Halbzelle)Hollow fiber layer (the second half cell)
- 88th
- Stromanschlusspower connection
- 99
- Redox-Flow-Batterie (RFB)Redox Flow Battery (RFB)
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- WO 2011/161072 A1 [0003]WO 2011/161072 A1 [0003]
- US 2013/0288153 A1 [0004]US 2013/0288153 A1 [0004]
- WO 2015/035427 A1 [0005]WO 2015/035427 A1 [0005]
- DE 102007034700 A1 [0007]DE 102007034700 A1 [0007]
- WO 2015/007382 A1 [0009]WO 2015/007382 A1 [0009]
- WO 2015/074764 A1 [0010]WO 2015/074764 A1 [0010]
Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature
- Janoschka et al. [in: Nature 2015, 527, 78-81 [0052]Janoshka et al. [in: Nature 2015, 527, 78-81 [0052]
- Janoschka et al., Nature 2015, 527, 78-81 [0053, 0063]Janoschka et al., Nature 2015, 527, 78-81 [0053, 0063]
- Winsberg et al., Adv. Mat. 2016, 28, 2238-2243 [0071]Winsberg et al., Adv. Mat. 2016, 28, 2238-2243 [0071]
- J. Noack et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9776-9809 [0087]J. Noack et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9776-9809 [0087]
- J. Winsberg et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201604925R1 [0087]J. Winsberg et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002 / anie.201604925R1 [0087]
Claims (16)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016122284.4A DE102016122284A1 (en) | 2016-11-19 | 2016-11-19 | Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102016122284.4A DE102016122284A1 (en) | 2016-11-19 | 2016-11-19 | Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102016122284A1 true DE102016122284A1 (en) | 2018-05-24 |
Family
ID=62068937
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102016122284.4A Pending DE102016122284A1 (en) | 2016-11-19 | 2016-11-19 | Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102016122284A1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109346754A (en) * | 2018-10-17 | 2019-02-15 | 国电南瑞科技股份有限公司 | A kind of flow battery of high power density |
WO2021076548A1 (en) * | 2019-10-14 | 2021-04-22 | Georgia Tech Research Corporation | Electrochemical flow devices and methods of making the same |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007034700A1 (en) | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Rennebeck, Klaus, Dr. | Redox battery |
US20110171518A1 (en) * | 2005-08-12 | 2011-07-14 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Three dimensional Battery Architectures and Methods of Making Same |
WO2011161072A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-12-29 | Basf Se | Improved technical apparatus for the large-scale storage of electrical energy |
US20130189592A1 (en) * | 2010-09-09 | 2013-07-25 | Farshid ROUMI | Part solid, part fluid and flow electrochemical cells including metal-air and li-air battery systems |
US20130288153A1 (en) | 2012-04-30 | 2013-10-31 | Moris Technology Center LLC | Sodium-Sulfur Battery |
WO2015007382A1 (en) | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Microtubes made of carbon nanotubes |
WO2015035427A1 (en) | 2013-09-06 | 2015-03-12 | Ceramatec, Inc. | Sodium-halogen secondary cell |
WO2015074764A1 (en) | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
-
2016
- 2016-11-19 DE DE102016122284.4A patent/DE102016122284A1/en active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110171518A1 (en) * | 2005-08-12 | 2011-07-14 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Three dimensional Battery Architectures and Methods of Making Same |
DE102007034700A1 (en) | 2007-07-16 | 2009-01-22 | Rennebeck, Klaus, Dr. | Redox battery |
WO2011161072A1 (en) | 2010-06-22 | 2011-12-29 | Basf Se | Improved technical apparatus for the large-scale storage of electrical energy |
US20130189592A1 (en) * | 2010-09-09 | 2013-07-25 | Farshid ROUMI | Part solid, part fluid and flow electrochemical cells including metal-air and li-air battery systems |
US20130288153A1 (en) | 2012-04-30 | 2013-10-31 | Moris Technology Center LLC | Sodium-Sulfur Battery |
WO2015007382A1 (en) | 2013-07-16 | 2015-01-22 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Microtubes made of carbon nanotubes |
WO2015035427A1 (en) | 2013-09-06 | 2015-03-12 | Ceramatec, Inc. | Sodium-halogen secondary cell |
WO2015074764A1 (en) | 2013-11-22 | 2015-05-28 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
US20160293963A1 (en) * | 2013-11-22 | 2016-10-06 | Dwi An Der Rwth Aachen E.V. | Oxygen-vanadium redox flow battery with vanadium electrolyte having carbon particles dispersed therein |
Non-Patent Citations (5)
Title |
---|
J. Noack et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9776-9809 |
J. Winsberg et al., Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201604925R1 |
Janoschka et al. [in: Nature 2015, 527, 78-81 |
Janoschka et al., Nature 2015, 527, 78-81 |
Winsberg et al., Adv. Mat. 2016, 28, 2238-2243 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109346754A (en) * | 2018-10-17 | 2019-02-15 | 国电南瑞科技股份有限公司 | A kind of flow battery of high power density |
WO2021076548A1 (en) * | 2019-10-14 | 2021-04-22 | Georgia Tech Research Corporation | Electrochemical flow devices and methods of making the same |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP3090454B1 (en) | Arrangement of electrochemical cells | |
EP2893586B1 (en) | Flow-type electrochemical cell | |
WO2009010051A2 (en) | Redox battery | |
DE2513649A1 (en) | SOLID ELECTROLYTE BATTERY, IN PARTICULAR FOR THE STORAGE OF ELECTRIC ENERGY | |
KR20170113120A (en) | Bipolar plate and redox flow cell battery comprising the same | |
DE112006000121B4 (en) | Hollow-type fuel cell | |
DE19539959C2 (en) | Fuel cell arrangement | |
DE102015108487B4 (en) | metal-air accumulator | |
EP2888771B1 (en) | Multi-layered separator for an electrochemical cell | |
DE102009003074A1 (en) | Electrochemical cell for obtaining electrical energy | |
DE102016122284A1 (en) | Redox flow battery for storing electrical energy with hollow-fiber membranes | |
DE102016122283A1 (en) | Redox flow cell for storing electrical energy in a tubular design | |
WO2018091042A1 (en) | Redox flow battery for storing electrical energy, having radially arranged hollow fiber membranes | |
DE102015224578A1 (en) | BIPOLAR POWER COLLECTOR FOR A LITHIUM AIR BATTERY, METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME AND LITHIUM AIR BATTERY WITH THE SAME | |
WO2016008648A1 (en) | Separator comprising force-locked particles | |
EP3631881A1 (en) | Stored energy source | |
DE102015220317B4 (en) | CATHODE FOR LITHIUM AIR BATTERY AND LITHIUM AIR BATTERY GREATERLY THE SAME | |
DE102014103291A1 (en) | Electrochemical cell and composite of electrochemical cells | |
DE102011100724A1 (en) | Electrode for lithium ion batteries | |
DE102016108304A1 (en) | SOLID STATE BATTERY | |
EP3614476A1 (en) | Lithium-ion battery in sandwich construction and method for its manufacture | |
EP0966768B1 (en) | Rechargeable battery system, and use of same | |
DE102019127294B3 (en) | Device for electrochemical power generation and power storage | |
DE102012213528A1 (en) | Energy storage with separator | |
DE3039013A1 (en) | ELECTROCHEMICAL GENERATOR |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R163 | Identified publications notified | ||
R081 | Change of applicant/patentee |
Owner name: FRIEDRICH-SCHILLER-UNIVERSITAET JENA, DE Free format text: FORMER OWNERS: FRIEDRICH-SCHILLER-UNIVERSITAET JENA, 07743 JENA, DE; JENABATTERIES GMBH, 07743 JENA, DE |
|
R082 | Change of representative | ||
R012 | Request for examination validly filed |