DE102018201287A1 - Porous electrode for the electrochemical conversion of organic compounds into two immiscible phases in an electrochemical flux reactor - Google Patents

Porous electrode for the electrochemical conversion of organic compounds into two immiscible phases in an electrochemical flux reactor Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung eines organischen Materials sowie eine Vorrichtung, in der ein entsprechendes Verfahren durchgeführt werden kann.The present invention relates to a method for the electrochemical conversion of an organic material and to a device in which a corresponding method can be carried out.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung eines organischen Materials sowie eine Vorrichtung, in der ein entsprechendes Verfahren durchgeführt werden kann.The present invention relates to a method for the electrochemical conversion of an organic material and to a device in which a corresponding method can be carried out.

Der Einsatz elektrochemischer Methoden bei der Synthese von Bulk- und Feinchemikalien ist seit jeher eine große Herausforderung. Viele organische Substratmoleküle sind in Wasser nur sehr schlecht löslich, in unpolaren Lösungsmitteln, also organischen Lösemitteln, jedoch viel besser.The use of electrochemical methods in the synthesis of bulk and fine chemicals has always been a major challenge. Many organic substrate molecules are very poorly soluble in water, but much better in non-polar solvents, ie organic solvents.

Die Verwendung von Elektrolyten auf der Basis organischer Lösungsmittel bringt jedoch einige wesentliche Nachteile für die Elektrochemie mit sich.However, the use of organic solvent based electrolytes involves some significant disadvantages for electrochemistry.

Zum einen sind organische Lösungsmittel und lipophile organische Salze weitaus teurer als Wasser und anorganische Salze.For one thing, organic solvents and lipophilic organic salts are far more expensive than water and inorganic salts.

Zweitens haben organische Elektrolyte typischerweise eine wesentlich schlechtere Leitfähigkeit als wässrige Elektrolyte, was zu hohen Zellenspannungen und hohen ohmschen Verlusten führt.Second, organic electrolytes typically have much poorer conductivity than aqueous electrolytes, resulting in high cell voltages and high ohmic losses.

Drittens ist der Elektrolyt in elektrochemischen Prozessen oft ein verbrauchbares Material. Auch wenn die Gesamtreaktion nicht Wasser betrifft, kann es lokal verbraucht und dann im Bulk-Elektrolyten regeneriert werden. Jeder elektrochemische Prozess erfordert eine Gegenreaktion an der Gegenelektrode. Third, in electrochemical processes, the electrolyte is often a consumable material. Although the overall reaction does not involve water, it can be consumed locally and then regenerated in the bulk electrolyte. Each electrochemical process requires a backlash reaction at the counter electrode.

Viele, insbesondere organische, elektrochemische Umwandlungen beinhalten auch Protonen, die durch die Gegenreaktionen erzeugt oder verbraucht werden müssen. Im Falle von Wasser ist dies typischerweise entweder die Reduktion oder Oxidation von Wasser zu Wasserstoff bzw. Sauerstoff. In organischen Elektrolyten übernimmt das organische Lösungsmittel die Rolle des Wassers und wird an der Gegenelektrode zersetzt. Dies kann durch den Einsatz von Opfermitteln bzw. Opfermaterialien vermieden werden, die jedoch wiederum die Prozesskosten massiv erhöhen. Bei hoher Stromdichte kann der Protonentransport durch den Elektrolyten für die Reaktionsgeschwindigkeit sogar unzureichend sein, was zu einer Protonierung oder Deprotonierung und anschließender Zersetzung des Elektrolyten an den Elektroden führen kann.Many, especially organic, electrochemical transformations also involve protons that must be generated or consumed by the counterreactions. In the case of water, this is typically either the reduction or oxidation of water to hydrogen or oxygen. In organic electrolytes, the organic solvent takes over the role of water and is decomposed at the counter electrode. This can be avoided by the use of sacrificial materials or sacrificial materials, which in turn massively increase the process costs. At high current density, the proton transport through the electrolyte may even be insufficient for the reaction rate, which may result in protonation or deprotonation and subsequent decomposition of the electrolyte at the electrodes.

Daher erscheint der Einsatz wässriger Elektrolyte für die elektrochemische Synthese sehr wünschenswert. Die oft schlechte Löslichkeit der Reagenzmoleküle in Wasser oder auch Elektrolyten mit hoher Ionenstärke schränken jedoch die Substratversorgung der Elektroden und damit die Stromdichten dramatisch ein.Therefore, the use of aqueous electrolytes for electrochemical synthesis seems very desirable. However, the often poor solubility of the reagent molecules in water or even electrolytes with high ionic strength dramatically limit the substrate supply of the electrodes and thus the current densities.

Derzeit gibt es keine generelle Lösung für dieses Problem in der Anwendung. Vorschläge von Beck et al. betreffen sehr dünne Kapillarzellen, wie beispielsweise in Fritz Beck, Berichte der Bunsen-Gesellschaft 1973, 77 (10/11), S. 810-817 und F. Beck, H. Guthke, Chemie-Ing.-Techn. 1969, 41 (17), S. 943-950 diskutiert.There is currently no general solution to this problem in the application. Suggestions from Beck et al. concern very thin capillary cells, such as in Fritz Beck, reports Bunsen Society 1973, 77 (10/11), pp. 810-817 and F. Beck, H. Guthke, Chemical Engineering Techn. 1969, 41 (17), p. 943-950 discussed.

Es besteht daher ein Bedarf an einem effektiven Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung organischer Verbindungen, insbesondere von organischen Verbindungen, welche nicht oder schlecht in Wasser löslich sind.There is therefore a need for an effective process for the electrochemical conversion of organic compounds, in particular organic compounds which are not or poorly soluble in water.

Die Erfinder haben herausgefunden, dass eine elektrochemische Reaktion organischer Verbindungen effektiv an einer Phasengrenze durchgeführt werden kann, wenn diese sich innerhalb einer mehrschichtigen porösen Elektrode befindet, welche eine hydrophile und eine lipophile Schicht umfasst.The inventors have found that an electrochemical reaction of organic compounds can be effectively performed at a phase boundary when it is within a multilayer porous electrode comprising a hydrophilic and a lipophilic layer.

In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, umfassend Einbringen des ersten organischen Materials in das erste unpolare Lösungsmittel zur Herstellung einer ersten organischen Lösung oder Mischung;
Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend

  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode;

Einbringen der ersten organischen Lösung oder Mischung in die Elektrolysezelle derart, dass die erste organische Lösung oder Mischung die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert;
Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und
Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials und/oder des ersten unpolaren Lösungsmittels an der ersten Elektrode; oder
Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend
  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode;

Einbringen des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas in die Elektrolysezelle derart, dass das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert;
Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und
Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials an der ersten Elektrode;
wobei
  • - das erste unpolare Lösungsmittel und der erste polare Elektrolyt oder
  • - das erste organische Material als Flüssigkeit oder Gas und der erste polare Elektrolyt

zueinander eine erste Phasengrenze ausbilden, welche derart ausgebildet wird, dass die erste Phasengrenze bei der elektrochemischen Umsetzung zumindest teilweise innerhalb der ersten Elektrode, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht, liegt.In a first aspect, the present invention relates to a process for electrochemically reacting a first organic material which is soluble in or miscible with a first nonpolar solvent, comprising introducing the first organic material into the first nonpolar solvent to produce a first organic solution or Mixture;
Providing an electrolytic cell comprising
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode;

Introducing the first organic solution or mixture into the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture contacts the first lipophilic layer of the first electrode;
Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and
Electrochemically reacting the first organic material and / or the first nonpolar solvent on the first electrode; or
Providing an electrolytic cell comprising
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode;

Introducing the first organic material as a liquid or gas into the electrolytic cell such that the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode;
Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and
Electrochemical conversion of the first organic material at the first electrode;
in which
  • the first nonpolar solvent and the first polar electrolyte or
  • - The first organic material as a liquid or gas and the first polar electrolyte

form a first phase boundary to each other, which is formed such that the first phase boundary in the electrochemical reaction at least partially within the first electrode, preferably at an interface between the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, umfassend eine Elektrolysezelle, wobei die Elektrolysezelle

  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode umfasst;
mindestens eine erste Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer ersten Lösung oder Mischung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, die dazu ausgebildet ist, die erste Lösung oder Mischung des ersten organischen Materials in oder mit dem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder das erste organische Material, zur Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass die erste organische Lösung oder Mischung oder das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert; und mindestens eine erste Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden ersten Lösung oder Mischung und ggf. mindestens eines ersten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, oder des verbleibenden ersten organischen Materials und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder des verbleibenden ersten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder mindestens eines ersten Produkts, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende erste Lösung oder Mischung und ggf. mindestens das erste Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, oder das verbleibende erste organische Material und ggf. mindestens das erste Produkt, oder das verbleibende erste unpolare Lösungsmittel und ggf. mindestens das erste Produkt, oder mindestens das erste Produkt aus der Elektrolysezelle abzuführen.In another aspect, the invention relates to a device for electrochemically reacting a first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent comprising an electrolytic cell, the electrolytic cell
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode comprises;
at least one first supply means for supplying a first solution or mixture of a first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent, in or with a first non-polar solvent, or for the supply of a first organic material which is in soluble or miscible with a first non-polar solvent adapted to supply the first solution or mixture of the first organic material in or with the first non-polar solvent, or the first organic material, to the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture or the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode; and at least one first discharge device for discharging the remaining first solution or mixture and optionally at least one first product of the electrochemical conversion of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent, or the remaining first organic material and optionally at least one first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least one first product, or at least one first product, which is formed, the remaining first solution or mixture and optionally at least the first product of the electrochemical reaction of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent, or the remaining first organic material and optionally at least the first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least the first product, or at least to remove the first product from the electrolysis cell.

Weitere Aspekte der vorliegenden Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen und der detaillierten Beschreibung zu entnehmen.Further aspects of the present invention can be found in the dependent claims and the detailed description.

Figurenlistelist of figures

Die beiliegenden Zeichnungen sollen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen und ein weiteres Verständnis dieser vermitteln. Im Zusammenhang mit der Beschreibung dienen sie der Erklärung von Konzepten und Prinzipien der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten sind in den Figuren der Zeichnungen, sofern nichts anderes ausgeführt ist, jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

  • 1 bis 6 zeigen schematisch beispielhafte Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, mit denen das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann.
  • 7 und 8 stellen Ergebnisse dar, welche in einem Beispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens erzielt wurden.
The accompanying drawings are intended to illustrate embodiments of the present invention and to provide a further understanding thereof. In the context of the description, they serve to explain concepts and principles of the invention. Other embodiments and many of the stated advantages will become apparent with reference to the drawings. The elements of the drawings are not necessarily to scale. Identical, functionally identical and identically acting elements, features and components are in the figures of the drawings, unless otherwise stated, each provided with the same reference numerals.
  • 1 to 6 schematically show exemplary embodiments of a device according to the invention, with which the inventive method can be performed.
  • 7 and 8th represent results obtained in an example of the method according to the invention.

Detaillierte Beschreibung der ErfindungDetailed description of the invention

Definitionendefinitions

So nicht anderweitig definiert haben hierin verwendete technische und wissenschaftliche Ausdrücke dieselbe Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Fachgebiet der Erfindung gemeinhin verstanden wird.Unless defined otherwise, technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art.

Mengenangaben im Rahmen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf Gew.%, soweit nicht anderweitig angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich ist. In der erfindungsgemäßen Gasdiffusionselektrode ergänzen sich die Gew.%-Anteile auf 100 Gew.%.Quantities in the context of the present invention relate to wt.%, Unless otherwise specified or apparent from the context. In the invention Gas diffusion electrode complement the wt.% - Shares to 100 wt.%.

Als hydrophob wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung wasserabweisend verstanden. Hydrophobe Poren und/oder Kanäle sind erfindungsgemäß also solche, welche Wasser abweisen. Insbesondere sind hydrophoben Eigenschaften erfindungsgemäß mit Stoffen bzw. Molekülen mit unpolaren Gruppen assoziiert.In the context of the present invention, hydrophobic is understood as meaning water-repellent. Hydrophobic pores and / or channels according to the invention are therefore those which repel water. In particular, hydrophobic properties are associated according to the invention with substances or molecules with nonpolar groups.

Als hydrophil wird im Gegensatz hierzu die Fähigkeit zur Wechselwirkung mit Wasser und anderen polaren Stoffen verstanden.In contrast, hydrophilic is understood as the ability to interact with water and other polar substances.

Als lipophil wird die Eigenschaft verstanden, dass sich eine Substanz gut in Fetten und Ölen lösen lässt oder die Substanz ihrerseits gut Fette und Öle löst. Insbesondere sind als lipophile Substanzen solche zu verstehen, die sich nicht mit einem ersten polaren Lösungsmittel des ersten polaren Elektrolyten mischen und/oder in diesem lösen und/oder dieses abweisen, und die insbesondere hydrophob sind, also wasserabweisend.A lipophilic property is understood to mean that a substance dissolves well in fats and oils, or that the substance dissolves fats and oils well. In particular, lipophilic substances are those which do not mix with and / or dissolve in a first polar solvent of the first polar electrolyte and / or repel it, and which are hydrophobic in particular, ie water-repellent.

Gasdiffusionselektroden (GDE) allgemein sind Elektroden, in denen flüssige, feste und gasförmige Phasen vorliegen, und wo insbesondere ein leitender Katalysator eine elektrochemische Reaktion zwischen der flüssigen und der gasförmige Phase katalysiert.Gas diffusion electrodes (GDE) in general are electrodes in which liquid, solid and gaseous phases are present, and where in particular a conductive catalyst catalyses an electrochemical reaction between the liquid and the gaseous phase.

Die Ausführung kann unterschiedlicher Natur sein, beispielsweise als poröser „Vollmaterialkatalysator“ mit ggf. Hilfsschichten zur Anpassung der Hydrophobizität, wobei dann beispielsweise ein Membran-GDE-Verbund, z.B. AEM-GDE Verbund, hergestellt werden kann; als leitfähiger poröser Träger, auf den ein Katalysator in dünner Schicht aufgebracht werden kann, wobei dann ebenfalls wieder ein Membran-GDE-Verbund, z.B. AEM-GDE Verbund, hergestellt werden kann; oder als im Verbund poröser Katalysator, der ggf. mit Additiv direkt auf einer Membran, z.B. einer AEM, aufgebracht werden kann und dann im Verbund eine mit Katalysator beschichtete Membran (CCM; catalyst coated membrane) bilden kann.The design may be of a different nature, for example, as a porous "bulk catalyst" with optional adjuvants to adjust the hydrophobicity, then, for example, a membrane-GDE composite, e.g. AEM-GDE composite, can be produced; as a conductive porous support to which a catalyst can be applied in a thin layer, in which case again a membrane-GDE composite, e.g. AEM-GDE composite, can be produced; or as a composite porous catalyst, optionally with additive directly on a membrane, e.g. AEM, can be applied and then in combination can form a catalyst coated membrane (CCM).

Der Normaldruck ist 101325 Pa = 1,01325 bar.The normal pressure is 101325 Pa = 1.01325 bar.

Elektro-Osmose:Electro-osmosis:

Unter Elektro-Osmose versteht man ein elektrodynamisches Phänomen, bei dem auf in Lösung befindliche Teilchen mit einem positiven Zeta-Potential eine Kraft hin zur Kathode und auf alle Teilchen mit negativem Zeta-Potential eine Kraft zur Anode wirkt. Findet an den Elektroden ein Umsatz statt, d.h. fließt ein galvanischer Strom, so kommt es auch zu einem Stoffstrom der Teilchen mit positivem Zeta-Potential zur Kathode, unabhängig davon, ob die Spezies an der Umsetzung beteiligt ist oder nicht. Entsprechendes gilt für ein negatives Zeta-Potential und die Anode. Ist die Kathode porös, wird das Medium auch durch die Elektrode hindurch gepumpt. Man spricht auch von einer Elektro-Osmotischen-Pumpe.Electro-osmosis is an electrodynamic phenomenon in which a force towards the cathode acts on particles in solution with a positive zeta potential, and a force acts on the anode on all particles with a negative zeta potential. If conversion takes place at the electrodes, i. If a galvanic current flows, a stream of the particles with a positive zeta potential also flows to the cathode, irrespective of whether the species participates in the reaction or not. The same applies to a negative zeta potential and the anode. If the cathode is porous, the medium is also pumped through the electrode. It is also known as an electro-osmotic pump.

Die durch Elektro-Osmose bedingten Stoffströme können auch entgegengesetzt zu Konzentrationsgradienten fließen. Diffusionsbedingte Ströme, die die Konzentrationsgradienten ausgleichen können hierdurch überkompensiert werden.The material flows caused by electro-osmosis can also flow in opposite directions to concentration gradients. Diffusion-related currents that balance the concentration gradients can thereby be overcompensated.

Ein Separator ist ein flächiges Gebilde, dass dazu ausgebildet, Elektroden und/oder Elektrolyten bzw. die Reaktionsräume bzw. Halbzellen in einer Elektrolysezelle voneinander zu trennen. Er ist elektrisch isolierend für die Elektroden einer Elektrolysezelle selbst und kann insbesondere gemäß bestimmten Ausführungsformen die Vermischung zweier Elektrolyten und/oder ggf. von Produktgasen und/oder Reaktionsgasen einer elektrochemischen Reaktion in durch den Separator getrennten Halbzellen zumindest teilweise verhindern, bevorzugt im Wesentlichen verhindern. Insbesondere kann ein Separator die Vermischung von Produktgasen und/oder Reaktionsgasen von dadurch separierten Halbzellen verhindern. Ein Separator erlaubt aber einen hinreichenden Stoff- und vor Allem Ladungsträgeraustausch mit einem Elektrolytmedium, um einen ionischen Fluss zu ermöglichen. Als Separatoren erlauben beispielsweise Fritten, Membranen, Diaphragmen etc. generell einen diffusiven Stofftransport von Flüssigkeiten und gelösten Stoffen.A separator is a planar structure that is designed to separate electrodes and / or electrolytes or the reaction spaces or half-cells in an electrolysis cell from each other. It is electrically insulating for the electrodes of an electrolytic cell itself and, in particular, according to certain embodiments, at least partially prevent, preferably substantially prevent, the mixing of two electrolytes and / or possibly product gases and / or reaction gases of an electrochemical reaction in half cells separated by the separator. In particular, a separator can prevent the mixing of product gases and / or reaction gases of half-cells separated thereby. However, a separator allows sufficient material and, above all, charge carrier exchange with an electrolyte medium to allow ionic flow. As separators, for example, frits, membranes, diaphragms etc. generally allow a diffusive mass transport of liquids and solutes.

Ein Diaphragma ist ein spezieller Separator, das dazu ausgebildet ist, Elektroden gegeneinander elektrisch zu isolieren, aber keine intrinsische Ionenleitfähigkeit oder ausgeprägte Transportselektivität besitzt. Insbesondere kann ein Diaphragma gemäß bestimmten Ausführungsformen auch die Vermischung von Reaktionsgasen in Elektrolytströmen verhindern. Es ist ein flächiges Bauelement, beispielsweise ein papierartiges oder poröses Kompositmaterial. Die Ionenleitfähigkeit wird bei einem Diaphragma über die Saugfähigkeit des Diaphragmas gegenüber dem Elektrolyten erreicht. Diaphragmen weisen daher häufig eine sehr scharfe Porengrößenverteilung auf.A diaphragm is a special separator designed to electrically isolate electrodes from each other but has no intrinsic ion conductivity or transport selectivity. In particular, a diaphragm according to certain embodiments may also prevent the mixing of reaction gases in electrolyte streams. It is a sheet-like component, for example a paper-like or porous composite material. The ionic conductivity is achieved in a diaphragm via the absorbency of the diaphragm to the electrolyte. Diaphragms therefore often have a very sharp pore size distribution.

Eine Membran ist ein elektrisch isolierender Polymerfilm, der dazu ausgebildet, ist Elektroden gegeneinander elektrisch zu isolieren und bevorzugt die Vermischung zweier Elektrolyten und darin enthaltener Gasblasen im Wesentlichen zu verhindern, insbesondere die Vermischung von zumindest darin enthaltenen Gasblasen zu verhindern. Die Membran kann jedoch eine aktive Ionen-Transportfunktion durch entsprechende chemische Gruppen aufweisen. Wenn dieser Ionentransport ionenselektiv ist für eine oder mehrere Ionen, z.B. Kationen und/oder Protonen oder Anionen spricht man auch von einer ionenselektiven Membran. Eine ionenselektive Membran ist entsprechend ein elektrisch isolierender Polymerfilm für die Elektroden der Elektrolysezelle, der dazu ausgebildet ist Elektroden gegeneinander elektrisch zu isolieren und insbesondere die Vermischung zweier Elektrolyten und darin enthaltener Gasblasen im Wesentlichen zu verhindern, insbesondere die Vermischung von zumindest darin enthaltenen Gasblasen zu verhindern. Das Polymer trägt in einer solchen ionenselektiven Membran geladen Funktionelle Gruppen mit mobilen Gegenionen und stellt daher ein makromolekulares Salz, eine Säure und/oder eine Base dar. In einem reinen Lösungsmittel wie z.B. Wasser aufgequollen weisen diese Membranen eine intrinsische Ionenleitfähigkeit auf. In Elektrolytlösungen weisen Sie auch i.d.R. eine Selektivität gegenüber der Natur des transportierten Ladungsträgers auf. Die ionische Funktionalisierung kann auch unter Potential zur Entstehung neuer Ladungsträger in der Membran führen, die dann für den Ionentransport in der Membran verantwortlich sind.A membrane is an electrically insulating polymer film which is designed to electrically insulate electrodes against each other and preferably to substantially prevent the mixing of two electrolytes and gas bubbles contained therein, in particular to prevent the mixing of at least gas bubbles contained therein. However, the membrane may have an active ion transport function through appropriate chemical groups. If this ion transport is ion selective for One or more ions, for example cations and / or protons or anions, are also called an ion-selective membrane. An ion-selective membrane is accordingly an electrically insulating polymer film for the electrodes of the electrolysis cell, which is designed to electrically insulate electrodes against each other and in particular to substantially prevent the mixing of two electrolytes and gas bubbles contained therein, in particular to prevent the mixing of at least gas bubbles contained therein. The polymer carries functional groups charged with mobile counterions in such an ion-selective membrane and therefore represents a macromolecular salt, an acid and / or a base. In a pure solvent such as water swollen, these membranes have intrinsic ionic conductivity. In electrolyte solutions you usually have a selectivity towards the nature of the transported charge carrier. The ionic functionalization can also lead, under potential, to the formation of new charge carriers in the membrane, which are then responsible for the ion transport in the membrane.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, umfassend
Einbringen des ersten organischen Materials in das erste unpolare Lösungsmittel zur Herstellung einer ersten organischen Lösung oder Mischung;
Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend

  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode;

Einbringen der ersten organischen Lösung oder Mischung in die Elektrolysezelle derart, dass die erste organische Lösung oder Mischung die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert;
Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und
Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials und/oder des ersten unpolaren Lösungsmittels an der ersten Elektrode; oderAccording to a first aspect, the present invention relates to a process for the electrochemical conversion of a first organic material which is soluble in or miscible with a first nonpolar solvent
Introducing the first organic material into the first nonpolar solvent to produce a first organic solution or mixture;
Providing an electrolytic cell comprising
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode;

Introducing the first organic solution or mixture into the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture contacts the first lipophilic layer of the first electrode;
Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and
Electrochemically reacting the first organic material and / or the first nonpolar solvent on the first electrode; or

Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend

  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode;

Einbringen des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas in die Elektrolysezelle derart, dass das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert;
Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und
Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials an der ersten Elektrode;
wobei
  • - das erste unpolare Lösungsmittel und der erste polare Elektrolyt oder
  • - das erste organische Material als Flüssigkeit oder Gas und der erste polare Elektrolyt

zueinander eine erste Phasengrenze ausbilden, welche derart ausgebildet wird, dass die erste Phasengrenze bei der elektrochemischen Umsetzung zumindest teilweise innerhalb der ersten Elektrode, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht, liegt.Providing an electrolytic cell comprising
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode;

Introducing the first organic material as a liquid or gas into the electrolytic cell such that the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode;
Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and
Electrochemical conversion of the first organic material at the first electrode;
in which
  • the first nonpolar solvent and the first polar electrolyte or
  • - The first organic material as a liquid or gas and the first polar electrolyte

form a first phase boundary to each other, which is formed such that the first phase boundary in the electrochemical reaction at least partially within the first electrode, preferably at an interface between the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer.

Im erfindungsgemäßen Verfahren ist das erste organische Material nicht besonders beschränkt, sofern es in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist. Hierbei muss, wie in der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens deutlich, nicht einmal das erste unpolare Lösungsmittel im Verfahren Anwendung finden, wenn das erste organische Material flüssig oder gasförmig ist. Es ist nur wichtig, dass sich eine Phasengrenze innerhalb der ersten Elektrode ausbildet. Hierzu reicht es folgerichtig auch aus, dass das erste organische Material und der erste polare Elektrolyt eine Phasengrenze bilden, also zwei separate Phasen. Hierzu reicht es beispielsweise aus, wenn das erste organische Material gemäß bestimmten Ausführungsformen unpolar ist.In the method of the present invention, the first organic material is not particularly limited so long as it is soluble in or miscible with a first nonpolar solvent. Here, as in the second embodiment of the process according to the invention, not even the first non-polar solvent must be used in the process when the first organic material is liquid or gaseous. It is only important that a phase boundary is formed within the first electrode. For this purpose, it is also logical that the first organic material and the first polar electrolyte form a phase boundary, ie two separate phases. For this purpose, it is sufficient, for example, if the first organic material is nonpolar according to certain embodiments.

In der ersten Ausführungsform des vorliegenden Verfahrens wird diese Phasengrenze zwischen der ersten Lösung oder Mischung, bei dem das unpolare Lösungsmittel mit dem ersten organischen Material gemischt ist oder dieses gelöst hat, und dem ersten polaren Elektrolyten gebildet. In dieser Hinsicht wird darauf hingewiesen, dass in dieser ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens das erste organische Material als Feststoff, Flüssigkeit oder Gas vorliegen kann, dass dann im ersten unpolaren Lösungsmittel gelöst werden kann oder mit diesem gemischt werden kann. Hierbei muss das erste organische Material nicht zwangsläufig unpolar sein, wenn es sich in dem ersten unpolaren Lösungsmittel löst oder sich mit diesem mischt.In the first embodiment of the present method, this phase boundary is formed between the first solution or mixture in which the nonpolar solvent is mixed or dissolved with the first organic material and the first polar electrolyte. In this regard, it should be noted that in this first embodiment of the method according to the invention, the first organic material can be present as a solid, liquid or gas, which can then be dissolved in the first non-polar solvent or mixed with it. In this case, the first organic material does not necessarily have to be nonpolar when it dissolves or mixes with the first nonpolar solvent.

Das Einbringen des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, insbesondere Flüssigkeit, in ein unpolares Lösungsmittel kann hierbei beispielsweise zur Anpassung der Viskosität des ersten organischen Materials erfolgen, um dieses besser zur ersten Elektrode gelangen kann und bevorzugt in diese eindringen kann, wobei es insbesondere für den Fall, dass die erste Elektrode als Gasdiffusionselektrode ausgebildet ist, einfacher an die 3-Phasen-Grenzfläche in der ersten Elektrode gelangen kann. Zudem kann durch das Mischen mit dem ersten unpolaren Lösungsmittel oder das Lösen im ersten unpolaren Lösungsmittel die Konzentration des ersten organischen Materials durch die Verdünnung leichter eingestellt werden, wodurch die Reaktion an der Elektrode besser kontrolliert werden kann und insbesondere eine Überreduktion verringert oder vermieden werden kann.The introduction of the first organic material as a liquid or gas, in particular liquid, in a non-polar solvent can be carried out, for example, to adjust the viscosity of the first organic material, this can better get to the first electrode and preferably can penetrate into this, in particular for the case that the first electrode is formed as a gas diffusion electrode, can more easily get to the 3-phase interface in the first electrode. In addition, by mixing with the first nonpolar solvent or dissolving in the first nonpolar solvent, the concentration of the first organic material can be more easily adjusted by the dilution, whereby the reaction at the electrode can be better controlled and in particular an overreduction can be reduced or avoided.

Im erfindungsgemäßen Verfahren gibt es somit zwei Varianten, das erste organische Material elektrochemisch umzusetzen, abhängig davon, ob es als Fluid, also Flüssigkeit oder Gas, vorliegt oder nicht. So das erste organische Material als Fluid vorliegt, kann es auch als solches direkt in die Elektrolysezelle eingebracht werden, da es eine erste Phasengrenze mit dem ersten polaren Elektrolyten bilden kann. Wenn das erste organische Material als Feststoff vorliegt, muss es in einem ersten unpolaren Lösungsmittel gelöst werden, damit es in die Elektrolysezelle eingebracht werden kann und dort das erste unpolare Lösungsmittel mit dem ersten polaren Elektrolyten die erste Phasengrenze ausbildet. Daneben kann natürlich auch das erste organische Material als Fluid mit einem ersten unpolaren Lösungsmittel gemischt oder in diesem gelöst werden, beispielsweise um eine bessere erste Phasengrenze zum ersten polaren Elektrolyten ausbilden zu können.In the method according to the invention, there are thus two variants for electrochemically reacting the first organic material, depending on whether it is present as fluid, ie liquid or gas, or not. As the first organic material is present as a fluid, it can also be introduced as such directly into the electrolysis cell, since it can form a first phase boundary with the first polar electrolyte. If the first organic material is a solid, it must be dissolved in a first nonpolar solvent so that it can be introduced into the electrolysis cell, where the first non-polar solvent forms the first phase boundary with the first polar electrolyte. In addition, of course, the first organic material can be mixed as a fluid with a first non-polar solvent or dissolved in this, for example, to be able to form a better first phase boundary to the first polar electrolyte.

Das erste organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, ist abgesehen hiervon nicht weiter beschränkt.The first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent is not further limited apart from this.

Auch hinsichtlich möglicher Verbindungsklassen ist das erste organische Material nicht besonders beschränkt. Es kann ein gesättigter, ungesättigter und/oder aromatischer Kohlenwasserstoff sein, der substituiert oder nicht substituiert ist, wobei die Substituenten nicht besonders beschränkt sind, sofern das erste organische Material in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist. Beispielsweise können auch polare Substituenten verwendet werden, wenn das erste organische Material selbst immer noch in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist. Aus diesem Grund ist auch die Art der Substituenten nicht besonders beschränkt, ebenso wenig wie die Zahl der Kohlenstoffe im ersten organischen Material. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das erste organische Material aromatisch oder umfasst zumindest in der Struktur einen aromatischen Teil. Beispielsweise kann das erste organische Material für eine Reduktion ausgewählt sein aus ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Aldehyden, Ketonen, Nitroverbindungen, Nitrosoverbindungen, Nitrilen, etc.; und für eine Oxidation ausgewählt sein aus Alkoholen, ungesättigten Kohlenwasserstoffen, Aminen, Mercaptanen, etc.Also, regarding possible classes of compounds, the first organic material is not particularly limited. It may be a saturated, unsaturated and / or aromatic hydrocarbon which is substituted or unsubstituted, wherein the substituents are not particularly limited, as long as the first organic material is soluble in or miscible with a first non-polar solvent. For example, polar substituents can also be used if the first organic material itself is still soluble in or miscible with a first non-polar solvent. For this reason, the kind of the substituents is not particularly limited, nor is the number of carbons in the first organic material. According to certain embodiments, the first organic material is aromatic or at least in the structure comprises an aromatic part. For example, the first organic material for reduction may be selected from unsaturated hydrocarbons, aldehydes, ketones, nitro compounds, nitroso compounds, nitriles, etc .; and be selected for oxidation from alcohols, unsaturated hydrocarbons, amines, mercaptans, etc.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das erste organische Material insbesondere nicht mit Wasser mischbar und/oder in Wasser als Lösungsmittel im ersten polaren Elektrolyt löslich. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist das erste organische Material hydrophob, insbesondere wenn es als Flüssigkeit oder Gas vorliegt.In particular, according to certain embodiments, the first organic material is not miscible with water and / or is soluble in water as a solvent in the first polar electrolyte. According to certain embodiments, the first organic material is hydrophobic, especially when present as a liquid or gas.

Ebenso ist das erste unpolare Lösungsmittel nicht besonders beschränkt, sofern es mit dem ersten polaren Elektrolyt eine Phasengrenze bildet. Hierbei kann es sich um eine reine Verbindung, wie beispielsweise ggf. substituierte Alkane wie Pentan, Hexan, Heptan, Oktan, etc., teilweise oder vollständig halogenierte Alkane wie Dichlormethan, etc.; substituierte oder unsubstituierte Aromaten wie Benzol, Toluol, etc.; Alkene; Alkine; Ester; Ether wie Diethylether, Tetrahydrofuran, etc. handeln. Auch können Mischungen von unpolaren Lösungsmitteln verwendet werden. Das erste unpolare Lösungsmittel ist insbesondere nicht mit Wasser oder in Wasser als Lösungsmittel im ersten polaren Elektrolyt löslich, insbesondere also hydrophob.Likewise, the first nonpolar solvent is not particularly limited so long as it forms a phase boundary with the first polar electrolyte. This may be a pure compound such as optionally substituted alkanes such as pentane, hexane, heptane, octane, etc., partially or fully halogenated alkanes such as dichloromethane, etc .; substituted or unsubstituted aromatics such as benzene, toluene, etc .; alkenes; alkynes; esters; Ethers such as diethyl ether, tetrahydrofuran, etc. act. Also, mixtures of nonpolar solvents can be used. In particular, the first non-polar solvent is not soluble in water or in water as the solvent in the first polar electrolyte, in particular therefore is hydrophobic.

Das erste unpolare Lösungsmittel muss nicht elektrisch leitfähig sein, jedoch ist nicht ausgeschlossen, dass leitfähige unpolare Lösungsmittel wie ionische Flüssigkeiten (ionic liquids, IL) verwendet werden, sofern sie stabil und mit dem ersten polaren Elektrolyten, insbesondere einer wässrigen Phase, nicht mischbar sind. Da insbesondere hydrophobe organische Salzschmelzen wie z.B. Bu3MeP+ ((CF3)SO2)N- als ionische Flüssigkeiten oft sehr erwünschte Lösungseigenschaften haben, können sie auch anstelle des ersten unpolaren Lösungsmittels eingesetzt werden. Die hydrophoben ionischen Flüssigkeiten sind dabei nicht besonders beschränkt.The first non-polar solvent need not be electrically conductive, but it is not excluded that conductive nonpolar solvents such as ionic liquids (IL) are used, provided they are stable and immiscible with the first polar electrolyte, especially an aqueous phase. In particular, since hydrophobic organic salt melts such as Bu 3 MeP + ((CF 3 ) SO 2 ) N - as ionic liquids often have very desirable dissolution properties, they can also be used instead of the first nonpolar solvent. The hydrophobic ionic liquids are not particularly limited.

Ein erstes unpolares Lösungsmittel findet beispielsweise bei den oben zur ersten organischen Verbindung ausgeführten Ausführungsformen Anwendung. Daneben kann auch ein unpolares Lösungsmittel erforderlich sein, wenn bei der elektrochemischen Reaktion an der porösen ersten Elektrode ein bei der Reaktionstemperatur der elektrochemischen Umsetzung festes, erstes organisches Produkt gebildet wird, dass sich nicht im ersten polaren Elektrolyten löst und entsprechend wieder mit dem ersten polaren Lösungsmittel von der ersten Elektrode abgeführt werden soll.A first nonpolar solvent is used, for example, in the embodiments set forth above for the first organic compound. In addition, a non-polar solvent may be required if in the electrochemical reaction at the porous first electrode at the reaction temperature of the electrochemical Conversion solid, first organic product is formed that does not dissolve in the first polar electrolyte and should be correspondingly removed again with the first polar solvent from the first electrode.

Der Ausdruck „mischbar mit einem ersten unpolaren Lösungsmittel“ bedeutet hierbei, dass sich bei der Mischung mit dem unpolaren Lösungsmittel keine zwei Phasen bilden, d.h. keine Phasengrenze.The term "miscible with a first non-polar solvent" means that when mixed with the nonpolar solvent, no two phases are formed, i. no phase boundary.

Das Einbringen des ersten organischen Materials in das erste unpolare Lösungsmittel zur Herstellung einer ersten organischen Lösung oder Mischung ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise kann es vermischt, eingetropft, verrührt, etc. werden. Bevorzugt wird bei dem Einbringen des ersten organischen Materials in das erste unpolare Lösungsmittel jedoch eine homogene Lösung hergestellt.The introduction of the first organic material into the first nonpolar solvent for producing a first organic solution or mixture is not particularly limited. For example, it may be mixed, dripped, stirred, etc. However, a homogeneous solution is preferably produced when introducing the first organic material into the first non-polar solvent.

Der erste polare Elektrolyt ist ebenfalls nicht besonders beschränkt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste polare Elektrolyt flüssig. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste polare Elektrolyt protisch. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst der erste polare Elektrolyt insbesondere mindestens ein erstes polares Lösungsmittel wie beispielsweise Wasser; Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Phenol, etc; Carbonsäuren wie Ameisensäure, Essigsäure, Propionsäure, etc.; Aldehyde wie Acetaldehyd, etc., Ketone wie Aceton; Säuren wie H2SO4, HCl, HBr, etc.; Sulfone; Amine; Nitrile; Amide; Lactone; Sulfoxide; etc., sowie Mischungen; und insbesondere Wasser als polares Lösungsmittel. Daneben umfasst er Verbindungen wie Leitsalze, die in dem mindestens einem ersten polaren Lösungsmittel löslich sind und eine ionische Kontaktierung der Elektroden, also der ersten und zweiten Elektrode der Elektrolysezelle ermöglichen, sodass ein Ladungsträgertransport, beispielsweise ein Ionentransport, stattfinden kann. Das Leitsalz ist nicht besonders beschränkt, und umfasst beispielsweise Salze von Alkalimetallen und/oder Erdalkalimetallen, beispielsweise von Lithium, Natrium, Kalium, Magnesium, Calcium, etc., wie beispielsweise Halogenide, Sulfate, etc. Daneben kann der erste polare Elektrolyt noch Stoffe enthalten, die üblicherweise in Elektrolyten enthalten sind, wie beispielsweise pH-Regulatoren, Puffer, etc.The first polar electrolyte is also not particularly limited. According to certain embodiments, the first polar electrolyte is liquid. According to certain embodiments, the first polar electrolyte is protic. In particular embodiments, the first polar electrolyte comprises at least one first polar solvent, such as water; Alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, phenol, etc .; Carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, etc .; Aldehydes such as acetaldehyde, etc., ketones such as acetone; Acids such as H 2 SO 4 , HCl, HBr, etc .; sulfone; amines; nitrites; amides; lactones; sulfoxides; etc., as well as mixtures; and especially water as a polar solvent. In addition, it comprises compounds such as conductive salts, which are soluble in the at least one first polar solvent and allow ionic contacting of the electrodes, ie the first and second electrodes of the electrolytic cell, so that a charge carrier transport, for example an ion transport, can take place. The conductive salt is not particularly limited, and includes, for example, salts of alkali metals and / or alkaline earth metals, for example, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, etc., such as halides, sulfates, etc. In addition, the first polar electrolyte may still contain substances commonly contained in electrolytes, such as pH regulators, buffers, etc.

Neben den genannten ersten polaren Lösungsmittel können auch andere, insbesondere protische, Lösungsmittel in dem ersten polaren Elektrolyt verwendet werden, entweder alleine als Lösungsmittel oder in Kombination mit den oben genannten polaren Lösungsmitteln. Bei niedrigen Temperaturen < 15°C kann beispielsweise auch HF eingesetzt werden. Ebenso können auch hier Salzschmelzen bzw. ionische Flüssigkeiten wie Ethylmethylimidazoliumhydrogensulfat und/oder Triethanolmethylammoniummethylsulfat eingesetzt werden, sofern sie polar sind. Insbesondere können solche weiteren, bevorzugt protischen, Lösungsmittel bei Reaktionen in der Elektrolysezelle verwendet werden, die weder Wasser verbrauchen noch produzieren - beispielsweise im Hinblick auf die zweite Elektrode, solange die Reaktion innerhalb ihres Stabilitätsfensters stattfindet. Entsprechend kann das polare Lösungsmittel geeignet gewählt werden.In addition to the first polar solvents mentioned, it is also possible to use other, in particular protic, solvents in the first polar electrolyte, either alone as a solvent or in combination with the abovementioned polar solvents. For example, HF can also be used at low temperatures <15 ° C. Likewise, salt melts or ionic liquids such as ethylmethylimidazolium hydrogensulfate and / or triethanolmethylammonium methylsulfate can also be used here, provided that they are polar. In particular, such further, preferably protic, solvents can be used in reactions in the electrolysis cell which neither consume nor produce water - for example with respect to the second electrode, as long as the reaction takes place within its stability window. Accordingly, the polar solvent can be suitably selected.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen enthält der erste polare Elektrolyt Wasser und ggf. mindestens ein Salz, beispielsweise eines der oben angegebenen. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste polare Elektrolyt - hierin nachfolgend ggf. auch als erste Phase bezeichnet - eine wässrige Lösung von Salzen, die als Elektrolyt und ggf. Verbrauchsmaterialien dienen können, entsprechend also ggf. über eine Zuführeinrichtung der Elektrolysezelle zugeführt und über eine Abführeinrichtung aus der Elektrolysezelle abgeführt werden können.According to certain embodiments, the first polar electrolyte contains water and optionally at least one salt, for example one of those indicated above. According to certain embodiments, the first polar electrolyte - hereinafter also referred to optionally as the first phase - is an aqueous solution of salts which can serve as electrolyte and possibly consumables, that is to say optionally supplied via a feed device to the electrolysis cell and via a discharge device the electrolysis cell can be removed.

Demgegenüber bildet die erste organische Lösung oder Mischung, oder das erste organische Material als Flüssigkeit oder Gas, eine zweite Phase, welche eine unpolare Phase ist, die das erste organische Material als Substrat enthält. Diese unpolare Phase ist mit dem polaren Elektrolyten als erste Phase, beispielsweise dem wässrigen Elektrolyten, nicht oder nur schwer mischbar, sodass sich eine Phasengrenze bildet. Wie oben bereits ausgeführt muss das erste organische Materials als Substrat in einem unpolaren Lösungsmittel löslich oder mit diesem mischbar sein, kann aber fest, flüssig oder gasförmig sein. Auch kann das erste organische Material die unpolare Phase als reines Substrat sein. Die unpolare Phase muss nicht elektrisch leitfähig sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen in der ersten Variante es sich dabei um eine Substratlösung in einem unpolaren organischen Lösungsmittel.On the other hand, the first organic solution or mixture, or the first organic material as a liquid or gas, forms a second phase which is a non-polar phase containing the first organic material as a substrate. This nonpolar phase is not or only with difficulty miscible with the polar electrolyte as the first phase, for example the aqueous electrolyte, so that a phase boundary is formed. As stated above, the first organic material must be soluble or miscible as a substrate in a nonpolar solvent, but may be solid, liquid or gaseous. Also, the first organic material may be the non-polar phase as a pure substrate. The non-polar phase does not have to be electrically conductive. According to certain embodiments in the first variant, this is a substrate solution in a nonpolar organic solvent.

Ebenfalls ist das Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und eine zweite Elektrode nicht besonders beschränkt. Abgesehen von den zwei Elektroden, wobei die zweite Elektrode nicht besonders beschränkt ist, ist die Elektrolysezelle in ihrem Material und ihrer Ausgestaltung ebenfalls nicht besonders beschränkt. Beispielhafte Ausgestaltungen der Elektrolysezelle werden nachfolgend beschrieben.Also, providing an electrolytic cell comprising a porous first electrode comprising at least a first lipophilic layer and at least a second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and a second electrode is not particularly limited. Apart from the two electrodes, wherein the second electrode is not particularly limited, the electrolytic cell is also not particularly limited in its material and configuration. Exemplary embodiments of the electrolysis cell will be described below.

Die erste Elektrode ist porös, d.h. weist Poren auf, und umfasst mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht. Es ist aber nicht ausgeschlossen, dass die erste Elektrode auch Bereiche umfasst, welche nicht porös ausgestaltet sind, wie beispielsweise ein Gitter zur elektrischen Kontaktierung, wobei hier jedoch ggf. eine Schicht in das Gitter eingepresst sein kann, um wiederum eine poröse Struktur zu bilden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die erste lipophile Schicht porös. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die zweite hydrophile Schicht porös. Gemäß bestimmten bevorzugten Ausführungsformen sind sowohl die erste lipophile Schicht als auch die zweite hydrophile Schicht porös. Insbesondere sind die erste lipophile Schicht und die zweite hydrophile Schicht miteinander in Kontakt. Wenn sich beide Schichten kontaktieren und beide Schichten porös sind, kann die Entstehung von Nebenprodukten, welche abgeführt werden müssen, wie beispielsweise von OH- bei Verwendung von Wasser im polaren Elektrolyten, verringert oder verhindert werden.The first electrode is porous, ie has pores, and comprises at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer. But it is not excluded that the first electrode also comprises regions which are not designed to be porous, such as a grid for electrical contacting, but here, if appropriate, a layer can be pressed into the grid, in order to form a porous structure again. According to certain embodiments, the first lipophilic layer is porous. According to certain embodiments, the second hydrophilic layer is porous. According to certain preferred embodiments, both the first lipophilic layer and the second hydrophilic layer are porous. In particular, the first lipophilic layer and the second hydrophilic layer are in contact with each other. When both layers contact and both layers are porous, the formation of by-products which must be removed, such as OH - using water in the polar electrolyte, can be reduced or prevented.

Die Porengröße ist hierbei nicht besonders beschränkt, ist gemäß bestimmten Ausführungsformen jedoch im Bereich von 0,1 bis 500 µm, beispielsweise im Bereich von 0,2 bis 100 µm, z.B. 0,5 bis 10 µm. Die Porengröße kann beispielsweise geeignet mittels Porosimetrie bestimmt werden. Die erste Elektrode weist somit mindestens einen Bereich mit Poren auf, wobei insbesondere Poren in dem Bereich vorhanden sind, in dem die elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials erfolgt, also insbesondere im Bereich, in dem die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht aneinander angrenzen. In diesem Bereich findet sich auch entsprechend gemäß bestimmten Ausführungsformen mindestens ein erster Elektrokatalysator bzw. Katalysator für die elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials, der nicht besonders beschränkt ist. Der erste Elektrokatalysator kann beispielsweise Metalle und/oder Verbindungen davon, wie beispielsweise Cu, Ag, Au, Pd, Zr, Zn, Cd, Pb, Ir, Sn, Zn, Pb, Ti, Fe, Ni, Co, Rh, Ru, W, Mo, und der Verbindungen, wie beispielsweise Oxide oder geeignete Modifikationen des Kohlenstoffs etc., sowie Mischungen und/oder Legierungen davon, umfassen und geeignet auf eine gewünschte elektrochemische Umsetzung angepasst sein. Beispielsweise kann er in die zweite, hydrophile Schicht mit eingebracht sein. Bevorzugt findet sich der erste Elektrokatalysator jedoch nicht in der ersten, lipophilen Schicht.The pore size is not particularly limited, but according to certain embodiments is in the range of 0.1 to 500 μm, for example in the range of 0.2 to 100 μm, e.g. 0.5 to 10 μm. The pore size can be suitably determined, for example, by means of porosimetry. The first electrode thus has at least one region with pores, in particular pores being present in the region in which the electrochemical conversion of the first organic material takes place, ie in particular in the region in which the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer adjoin one another. In accordance with certain embodiments, at least one first electrocatalyst or catalyst for the electrochemical conversion of the first organic material is also found in this area, which is not particularly limited. The first electrocatalyst may, for example, metals and / or compounds thereof, such as, for example, Cu, Ag, Au, Pd, Zr, Zn, Cd, Pb, Ir, Sn, Zn, Pb, Ti, Fe, Ni, Co, Rh, Ru, W, Mo, and the compounds such as oxides or suitable modifications of the carbon, etc., as well as mixtures and / or alloys thereof, and suitably adapted to a desired electrochemical reaction. For example, it may be incorporated into the second, hydrophilic layer. However, the first electrocatalyst is preferably not found in the first, lipophilic layer.

Die erste Elektrode kann jedoch auch insgesamt nur aus Materialien bestehen, die Poren umfassen, umfasst also gemäß bestimmten Ausführungsformen nur poröse Schichten. Mit porösen Schichten ist insbesondere eine gute Trennung der beiden Phasen im Verfahren, also der unpolaren Phase der unpolaren Lösung oder Mischung bzw. des unpolaren Lösungsmittels, und der polaren Phase des polaren Elektrolyten möglich. Auch kann hierdurch innerhalb der Elektrode die flächenbezogene Stromdichte vergrößert werden, insbesondere wenn die erste, lipophile Schicht und/oder die zweite, hydrophile Schicht leitfähig sind. Zudem wird die elektrochemisch katalysierte Reaktion zum gewünschten Produkt durch die Porenstruktur verbessert. Gemäß bestimmten Ausführungsformen besteht die erste Elektrode aus der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht sowie ggf. einem Material zur elektrischen Kontaktierung. Ggf. kann die erste Elektrode in solchen Ausführungsformen auch beschichtet sein, beispielsweise auf der lipophilen Schicht auf der Seite, welche mit der ersten unpolare Lösung oder Mischung, oder dem ersten organischen Lösungsmittel als Flüssigkeit oder Gas, als Bulk in Kontakt ist, und/oder auf der hydrophilen Schicht auf der Seite, welche mit dem ersten polaren Elektrolyten als Bulk in Kontakt ist.However, the first electrode as a whole can also consist only of materials which comprise pores, ie in accordance with certain embodiments only comprises porous layers. With porous layers in particular a good separation of the two phases in the process, ie the non-polar phase of the nonpolar solution or mixture or the nonpolar solvent, and the polar phase of the polar electrolyte is possible. This also makes it possible to increase the area-related current density within the electrode, in particular if the first, lipophilic layer and / or the second, hydrophilic layer are conductive. In addition, the electrochemically catalyzed reaction to the desired product is improved by the pore structure. According to certain embodiments, the first electrode consists of the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer and optionally a material for electrical contacting. Possibly. In some embodiments, the first electrode may also be coated, for example on the lipophilic layer on the side, which is in contact with the first non-polar solution or mixture, or the first organic solvent as liquid or gas, in bulk, and / or on the hydrophilic layer on the side which is in contact with the first polar electrolyte in bulk.

Die erste Elektrode bildet innerhalb des vorliegenden Konzepts, also in Bezug auf das vorliegende Verfahren wie auch auf die vorliegende Vorrichtung, eine „Drei-Phasen-Halbzelle“ innerhalb der Elektrolysezelle aus. Innerhalb des Konzepts umfasst also mindestens eine elektrochemische Halbzelle nun drei Phasen, nämlich die feste, aber poröse, Elektrode, die zwischen zwei nicht mischbaren fluiden Phasen liegt, von denen die eine unpolar ist und das Substrat enthält, und die andere ein den Ionenstrom tragender polarer Elektrolyt ist, der ggf. als Verbrauchsmaterial dienen kann. Die Elektrolytphase ist hierbei diejenige, die zur Gegenelektrode hin gerichtet ist.Within the present concept, ie in relation to the present method as well as to the present device, the first electrode forms a "three-phase half cell" within the electrolysis cell. Thus, within the concept, at least one electrochemical half-cell now comprises three phases, namely the solid but porous electrode, which lies between two immiscible fluid phases, one of which is non-polar and contains the substrate, and the other a polar current carrying the ionic current Electrolyte is that may possibly serve as a consumable. The electrolyte phase is in this case the one which is directed towards the counter electrode.

Die poröse erste Elektrode hat einen amphiphilen Charakter und umfasst mindestens zwei Schichten, von denen eine hydrophiler und die andere lipophiler ist. Beide Schichten sind hierbei bevorzugt elektrisch leitfähig und porös. Da Elektroden aufgrund elektrochemischer Beanspruchung in der Regel hydrophiler werden, ist es möglich, den elektrischen Kontakt bzw. die elektrische Kontaktierung auch in die hydrophile Schicht oder in die Schichtgrenze einzubringen.The porous first electrode has an amphiphilic character and comprises at least two layers, one of which is more hydrophilic and the other more lipophilic. Both layers are preferably electrically conductive and porous. Since electrodes become more hydrophilic due to electrochemical stress, it is possible to introduce the electrical contact or the electrical contact also in the hydrophilic layer or in the layer boundary.

Die erste, lipophile Schicht ist nicht besonders beschränkt, sofern sie lipophil ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist sie hydrophob. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die erste, lipophile Schicht porös, weist also Poren auf. Hierdurch kann der Transport des ersten organischen Materials, ggf. in dem ersten unpolaren Lösungsmittel gelöst oder mit diesem vermischt, gesteuert werden, sodass ggf. keine Überreaktion stattfindet. Die erste, lipophile Schicht kann auch beispielsweise als Gitter oder ähnlich aufgebaut sein, was jedoch nicht bevorzugt ist.The first lipophilic layer is not particularly limited as long as it is lipophilic. In certain embodiments, it is hydrophobic. According to certain embodiments, the first, lipophilic layer is porous, thus having pores. In this way, the transport of the first organic material, optionally dissolved in the first non-polar solvent or mixed with it, can be controlled so that, if appropriate, there is no overreaction. The first lipophilic layer may also be constructed, for example, as a lattice or the like, but this is not preferred.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die erste, lipophile Schicht elektrisch leitfähig. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die erste, lipophile Schicht elektrochemisch inaktiv als Katalysator sein, insbesondere wenn sie in den ersten polaren Elektrolyten, beispielsweise einen wässrigen Elektrolyten, eingebracht wird. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass keine elektrochemischen Reaktionen stattfinden, wenn ein Teil dieser Schicht mit dem Elektrolyten in Kontakt kommt. Andernfalls kann der elektroosmotische Druck in der porösen Elektrode den Elektrolyten in die lipophile Schicht hineinziehen und die Flüssig-Flüssig-Grenzfläche aus der ersten Elektrode herausdrücken, sodass dadurch deren Substratversorgung abgeschnitten werden kann.According to certain embodiments, the first lipophilic layer is electrically conductive. According to certain embodiments, the first, be lipophilic layer electrochemically inactive as a catalyst, especially when it is introduced into the first polar electrolyte, for example an aqueous electrolyte. In particular, this ensures that no electrochemical reactions take place when a part of this layer comes into contact with the electrolyte. Otherwise, the electroosmotic pressure in the porous electrode may draw the electrolyte into the lipophilic layer and force the liquid-liquid interface out of the first electrode, thereby cutting off its substrate supply.

Der Aufbau der ersten lipophilen Schicht ist nicht besonders beschränkt, und sie kann netzartig, als Gelege, Gestrick, Gewirk, schwammartig, etc. aufgebaut sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen wird die erste lipophile Schicht realisiert, indem Partikel, die insbesondere inert, leitfähig und/oder hydrophob sind, z.B. hydrophober Kohlenstoff und/oder Glaskohlenstoff, mit einem hydrophoben Bindermaterial wie PTFE (Polytetrafluorethylen), PCTFE (Polychlortrifluorethylen), PFA (Perfluoralkoxy) und/oder FEP (Fluorethylen-Propylen) gebunden werden. Die Herstellung der ersten, lipophilen Schicht kann dabei zeitgleich mit der Herstellung der zweiten, hydrophilen Schicht und ggf. weiteren Schichten erfolgen, beispielsweise durch gemeinsames Auswalzen, Koextrusion, etc., oder getrennt von dieser, wobei die Schichten dann im Anschluss geeignet verbunden werden können.The structure of the first lipophilic layer is not particularly limited, and it may be net-like, as a scrim, knit, knitted, spongy, etc. constructed. According to certain embodiments, the first lipophilic layer is realized by using particles which are in particular inert, conductive and / or hydrophobic, e.g. hydrophobic carbon and / or glassy carbon, with a hydrophobic binder material such as PTFE (polytetrafluoroethylene), PCTFE (polychlorotrifluoroethylene), PFA (perfluoroalkoxy) and / or FEP (fluoroethylene-propylene) are bonded. The production of the first, lipophilic layer can take place simultaneously with the production of the second hydrophilic layer and optionally further layers, for example by co-rolling, coextrusion, etc., or separately therefrom, wherein the layers can then be suitably connected subsequently ,

Gemäß bestimmten Ausführungsformen weist die erste, lipophile Schicht im Wesentlichen keine katalytische Aktivität für den ersten polaren Elektrolyten auf, hat also eine hohe Überspannung für die Konkurrenzreaktion mit dem ersten polaren Elektrolyten, beispielsweise eine hohe Überspannung für die Wasserstoffentwicklung oder Sauerstoffentwicklung, je nachdem wie die Elektrode geschalten ist. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste, lipophile Schicht hydrophobe, bevorzugt leitfähige, erste Partikel und/oder mindestens ein erstes hydrophobes Bindemittel. Wenn die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode mit einem Gas als erstes organisches Material in Kontakt ist, kann die erste Elektrode auch als Gasdiffusionselektrode ausgebildet sein, sodass die erste, lipophile Schicht entsprechend ausgebildet sein kann.According to certain embodiments, the first lipophilic layer has substantially no catalytic activity for the first polar electrolyte, thus having a high overpotential for the competition reaction with the first polar electrolyte, for example a high overpotential for hydrogen evolution or oxygen evolution, as the electrode is switched. According to certain embodiments, the first, lipophilic layer comprises hydrophobic, preferably conductive, first particles and / or at least one first hydrophobic binder. When the first lipophilic layer of the first electrode is in contact with a gas as the first organic material, the first electrode may also be formed as a gas diffusion electrode so that the first lipophilic layer may be formed accordingly.

Die zweite, hydrophile Schicht ist auch nicht besonders beschränkt und ist insbesondere mit dem ersten polaren Elektrolyten, insbesondere Wasser, benetzbar. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite, hydrophile Schicht einen ersten Elektrokatalysator und ggf. mindestens ein zweites Bindemittel. Die hydrophile Schicht ist also gemäß bestimmten Ausführungsformen die elektrochemisch aktive Schicht. Sie enthält den oder besteht sogar im Wesentlichen aus dem ersten Elektrokatalysator. Sie ist bevorzugt außerdem hydrophil, porös und/oder elektrisch leitfähig.Also, the second hydrophilic layer is not particularly limited and is wettable particularly with the first polar electrolyte, especially water. According to certain embodiments, the second hydrophilic layer comprises a first electrocatalyst and optionally at least one second binder. Thus, according to certain embodiments, the hydrophilic layer is the electrochemically active layer. It contains or even consists essentially of the first electrocatalyst. It is also preferably hydrophilic, porous and / or electrically conductive.

Prinzipiell kann die zweite, hydrophile Schicht auch mit gebundenen Partikeln realisiert werden, ggf. mit mindestens einem Bindemittel. Im Gegensatz dazu sind diese Partikel jedoch zumindest teilweise elektrochemisch aktive Katalysatorteilchen. Diese Schicht besteht vorzugsweise zu einem großen Teil aus dem ersten Elektrokatalysator. Es ist aber auch eine Einbettung des ersten Elektrokatalysator in eine inerte, leitfähige Matrix möglich. Als Bindemittel kann auch z.B. PTFE oder PTFCE verwendet werden. Um den hydrophilen Charakter dieser Schicht weiter zu erhöhen, können diese Polymere jedoch teilweise auch durch hydrophile Binderpolymere wie Polyarlysulfone, z.B. PPSU (Polyphenylensulfon), ersetzt werden.In principle, the second, hydrophilic layer can also be realized with bound particles, optionally with at least one binder. In contrast, however, these particles are at least partially electrochemically active catalyst particles. This layer preferably consists to a large extent of the first electrocatalyst. But it is also an embedding of the first electrocatalyst in an inert, conductive matrix possible. As a binder may also be e.g. PTFE or PTFCE are used. However, to further increase the hydrophilic character of this layer, these polymers may also be partially filled by hydrophilic binder polymers such as polyarylsulfones, e.g. PPSU (polyphenylene sulfone), to be replaced.

Auch hydrophile Additive, z. B. Metalloxide wie z. B. Al2O3, TiO2, ZnO, Y2O3, etc. können in die zweite, hydrophile Schicht eingebracht sein. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite, hydrophile Schicht also erste hydrophile Additive, insbesondere Metalloxide.Also hydrophilic additives, eg. B. metal oxides such. B. Al 2 O 3 , TiO 2 , ZnO, Y 2 O 3 , etc. may be incorporated into the second, hydrophilic layer. According to certain embodiments, the second, hydrophilic layer thus comprises first hydrophilic additives, in particular metal oxides.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen kann die zweite, hydrophile Schicht auch einen inhärent ionenleitenden Zusatz wie einen Kationen- oder Anionenaustauscher umfassen. Zur Erzielung einer inhärenten Ionenleitfähigkeit können also Ionenleitfähigkeitsadditive wie Ionenaustauscherharze oder andere Festelektrolyten in diese Schicht eingebracht werden, welche nicht besonders beschränkt sind. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite, hydrophile Schicht einen ersten ionenleitenden Zusatz, insbesondere einen Kationen- oder Anionenaustauscher.According to certain embodiments, the second hydrophilic layer may also include an inherently ion-conducting additive such as a cation or anion exchanger. In order to achieve an inherent ionic conductivity, ion conductivity additives such as ion exchange resins or other solid electrolytes may be incorporated into this layer, which are not particularly limited. According to certain embodiments, the second, hydrophilic layer comprises a first ion-conducting additive, in particular a cation or anion exchanger.

Neben der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht kann die erste Elektrode noch weitere „Schichten“ umfassen.In addition to the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer, the first electrode may comprise further "layers".

Für eine bessere Stromverteilung in großen Elektroden kann beispielsweise ein erster Stromabnehmer hinzugefügt werden, der hinsichtlich Material und Form nicht besonders beschränkt ist und beispielsweise ein Metall, ein leitfähiges Oxid, eine Keramik, ein leitfähiges Polymer, etc. umfassen kann, welches beispielsweise als Gitter, Geflecht, Gewirk, Gestrick oder ähnliches ausgebildet sein kann. Da der erste Stromabnehmer nicht mit dem ersten polaren Elektrolyten, insbesondere einem wässrigen Elektrolyten, in Kontakt kommen sollte, ist er bevorzugt mit der ersten lipophilen Schicht verbunden. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste Elektrode also einen ersten Stromabnehmer, welcher bevorzugt nicht mit der zweiten, hydrophilen Schicht in Kontakt ist. Auch kann ein erster Stromabnehmer beispielsweise als z.B. unvollständige Metallbeschichtung der ersten, lipophilen Schicht realisiert werden. Bevorzugt wird ein Metallgeflecht verwendet, da es auch eine zusätzliche mechanische Unterstützung bieten kann. Der erste Stromabnehmer kann beispielsweise auf der ersten lipophilen Schicht liegen oder darin eingebettet sein, beispielsweise indem er mit dieser Schicht ausgewalzt wird.For a better current distribution in large electrodes, for example, a first current collector may be added, which is not particularly limited in terms of material and shape and may comprise, for example, a metal, a conductive oxide, a ceramic, a conductive polymer, etc., which may be used, for example, as a lattice, Braid, knitted fabric or similar can be formed. Since the first current collector should not come into contact with the first polar electrolyte, in particular an aqueous electrolyte, it is preferably connected to the first lipophilic layer. Thus, according to certain embodiments, the first electrode comprises a first current collector, which preferably is not in contact with the second, hydrophilic layer. Also can be a first pantograph For example, be realized as eg incomplete metal coating of the first, lipophilic layer. Preferably, a metal braid is used because it can also provide additional mechanical support. For example, the first current collector may lie on or be embedded in the first lipophilic layer, for example by being rolled out with this layer.

Neben der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht sowie ggf. dem ersten Stromabnehmer kann die erste Elektrode auch weitere, zusätzliche Schichten umfassen. So kann beispielsweise eine Schutzschicht als „Top-Layer“ auf der zweiten, hydrophilen Schicht vorgesehen sein, beispielsweise in der Form einer hydrophilen Membran für die zweite, hydrophile Schicht zum Schutz der Schicht. Die hydrophile Membran kann ggf. durchtränkt und durch den Elektrolyten passiert werden. Die Hauptfunktion dieser Schicht ist der Schutz der Elektrode vor Erosion. Diese Schicht kann auch eine zusätzliche Strömungsbarriere bilden, um ein Wandern der Flüssig-Flüssig-Grenze zu vermeiden. Eine solche Membran auf der zweiten, hydrophilen Schicht ist gemäß bestimmten Ausführungsformen porös.In addition to the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer and optionally the first current collector, the first electrode may also comprise additional additional layers. For example, a protective layer may be provided as a "top layer" on the second hydrophilic layer, for example in the form of a hydrophilic membrane for the second, hydrophilic layer to protect the layer. The hydrophilic membrane may optionally be soaked and passed through the electrolyte. The main function of this layer is to protect the electrode from erosion. This layer may also form an additional flow barrier to avoid migration of the liquid-liquid boundary. Such a membrane on the second hydrophilic layer is porous according to certain embodiments.

Auch oder alternativ kann beispielsweise eine Schutzschicht als „Rückschicht“ auf der ersten, lipophilen, z.B. hydrophoben, Schicht vorgesehen sein, beispielsweise in Form einer hydrophoben Membran für die erste, lipophile Schicht, z.B. für eine bessere Benetzung mit der unpolaren Phasen, z.B. basierend auf Polyamid, etc., um Erosionen zu verhindern und/oder Durchflüsse durch die Elektrode zu vermeiden. Da diese Seite jedoch auf der der Gegenelektrode gegenüberliegenden Seite liegt, wird sie jedoch bevorzugt für die elektrische Kontaktierung verwendet, was entsprechend eine solche hydrophobe Membran weniger praktikabel macht. In einem solchen Fall sollte also dann bevorzugt die Schicht nicht durchgängig sein, und beispielsweise können Drähte des Stromabnehmers, falls vorhanden, heraus stehen.Also or alternatively, for example, a protective layer may be used as a "backing layer" on the first, lipophilic, e.g. hydrophobic layer, for example in the form of a hydrophobic membrane for the first lipophilic layer, e.g. for better wetting with the non-polar phases, e.g. based on polyamide, etc., to prevent erosion and / or to avoid flow through the electrode. However, since this side is on the opposite side of the counter electrode, it is preferably used for electrical contacting, which accordingly makes such a hydrophobic membrane less practicable. In such a case, then preferably the layer should not be continuous, and for example, wires of the pantograph, if any, stand out.

Die zweite, hydrophile Schicht kann auch mit einer ionenleitfähigen Membran verschmolzen werden. Hierbei ist vor allem eine inhärente Ionenleitfähigkeit der zweiten, hydrophilen Schicht bevorzugt, die insbesondere der der ionenleitfähigen Membran entspricht. Wie die oben diskutierte Top-Layer-Schicht bietet auch diese Schicht einen Erosionsschutz und Strömungswiderstand. Sie kann aber zudem dazu verwendet werden, den gesamten Ladungstransport zwischen der ersten Elektrode und dem ersten polaren Elektrolyt zu vergrößern. So können z.B. Anionenaustauschermembranen eingesetzt werden, um den Ladungstransport in Kathoden auf Anionen zu begrenzen, die die erste Elektrode in den polaren Elektrolyten verlassen und auf Protonen, die durch den Grotthuß-Mechansim eindringen. Entsprechend können beispielsweise Kationenaustauschermembranen auf der Anode eingesetzt werden. Dies kann zur Steuerung der elektroosmotischen Drucks und/oder zum Schutz der Elektrode vor Elektrolytkationen und/oder -anionen verwendet werden. Ebenso wie Kathoden können also auch Anoden von Elektrolytanionen abgeschirmt werden. Auch die Anionen- und/oder Kationenaustauschermembranen sind wie Top-Layer und die Rückschicht nicht besonders begrenzt. Die Anionen- und/oder Kationenaustauschermembranen können beispielsweise als Anionenaustauschermembran (AEM), Kationenaustauschermembran (CEM), oder bipolare Membran in beiden Richtungen realisiert werden.The second, hydrophilic layer can also be fused with an ion-conductive membrane. In this case, an inherent ionic conductivity of the second, hydrophilic layer is particularly preferred, which corresponds in particular to that of the ion-conducting membrane. Like the top layer layer discussed above, this layer also offers erosion protection and flow resistance. However, it can also be used to increase the overall charge transport between the first electrode and the first polar electrolyte. Thus, e.g. Anion-exchange membranes can be used to limit the charge transport in cathodes to anions that leave the first electrode in the polar electrolyte and protons that penetrate through the Grotthuß mechansim. Accordingly, for example, cation exchange membranes can be used on the anode. This can be used to control the electroosmotic pressure and / or protect the electrode from electrolyte cations and / or anions. Like cathodes, anodes can therefore be shielded from electrolyte anions. Also, the anion and / or cation exchange membranes are not particularly limited like top layer and back layer. The anion and / or cation exchange membranes can be realized, for example, as anion exchange membrane (AEM), cation exchange membrane (CEM), or bipolar membrane in both directions.

Weiterhin kann in der ersten Elektrode als mechanische Stütze mindestens eine Stützkonstruktion, beispielsweise in Form von Isolierpolymermatten, etc., beispielsweise auch in jede Schicht der Elektrode, eingearbeitet werden.Furthermore, in the first electrode as a mechanical support at least one support structure, for example in the form of Isolierpolymermatten, etc., for example, in each layer of the electrode, are incorporated.

In der Elektrolysezelle kann die erste Elektrode als Kathode oder Anode geschaltet werden, je nach gewünschter elektrochemischer Umsetzung, also Reduktion oder Oxidation.In the electrolysis cell, the first electrode can be connected as a cathode or anode, depending on the desired electrochemical reaction, ie reduction or oxidation.

Daneben umfasst die Elektrolysezelle eine zweite Elektrode, welche nicht besonders beschränkt ist. Sie kann in ihrem Aufbau dem der ersten Elektrode ähneln oder davon abweichen, je nach gewünschter Halbzellenreaktion. So kann die zweite Elektrode als Vollelektrode bzw. solide Elektrode, als Gasdiffusionselektrode, als poröse gebundene Katalysatorstruktur, als partikulärer Katalysator auf einem Träger, als Beschichtung eines partikulären Katalysators auf einer Membran, als poröser leitfähiger Träger, in den ein Katalysator imprägniert ist, und/oder als nicht geschlossenes Flächengebilde ausgebildet sein. An der zweiten Elektrode kann beispielsweise bei einem wässrigen ersten polaren Elektrolyten auch eine Wasserelektrolyse zu H2 oder O2 erfolgen.Besides, the electrolytic cell includes a second electrode, which is not particularly limited. It may be similar or different in structure to that of the first electrode, depending on the desired half-cell reaction. Thus, the second electrode as a full electrode or solid electrode, as a gas diffusion electrode, as a porous bound catalyst structure, as a particulate catalyst on a support, as a coating of a particulate catalyst on a membrane, as a porous conductive support in which a catalyst is impregnated, and / or be formed as a non-closed sheet. For example, in the case of an aqueous first polar electrolyte, water electrolysis to H 2 or O 2 can also take place at the second electrode.

Die zweite Elektrode kann auch als direkte Katalysatorbeschichtung auf einer Membran oder in direktem Kontakt mit einer Membran ausgeführt werden, insbesondere sofern es sich um ein nicht geschlossenes Planar-Konstrukt wie z. B. Netz handelt. Auch kann die zweite Elektrode durch einen Separator isoliert werden, um die erste Elektrode vor an der zweiten Elektrode entstehenden Gasen zu schützen.The second electrode can also be carried out as a direct catalyst coating on a membrane or in direct contact with a membrane, especially if it is an open-planar construct such. B. network is. Also, the second electrode may be isolated by a separator to protect the first electrode from gases generated at the second electrode.

In den obigen Fällen wird gemäß bestimmten Ausführungsformen an der ersten Elektrode ein erstes organisches Material umgesetzt, während an der zweiten Elektrode bevorzugt eine Umsetzung des ersten polaren Elektrolyten oder eines Bestandteils davon, beispielsweise Wasser, erfolgt.In the above cases, according to certain embodiments, a first organic material is reacted on the first electrode, while at the second electrode, preferably a reaction of the first polar electrolyte or a component thereof, for example water, takes place.

Die Anordnung der Elektroden ist nicht besonders beschränkt. Beispielsweise können sie im Wesentlichen parallel angeordnet sein, sodass entsprechend Elektrodenstapel gebildet werden können, oder sie können auch konzentrisch angeordnet sein, etc.The arrangement of the electrodes is not particularly limited. For example, in the Be arranged substantially parallel, so that corresponding electrode stacks can be formed, or they can also be arranged concentrically, etc.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite Elektrode mindestens eine dritte, lipophile Schicht und mindestens eine vierte, hydrophile Schicht,
wobei die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind,
wobei der erste polare Elektrolyt die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert,
weiter umfassend ein Einbringen

  • - eines zweiten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, oder
  • - einer zweiten organischen Lösung oder Mischung umfassend ein zweites organisches Material, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, und ein zweites unpolares Lösungsmittel,

in die Elektrolysezelle derart, dass das erste organische Material oder die zweite organische Lösung oder Mischung die dritte, lipophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert, wobei
  • - das zweite organische Material und/oder das zweite unpolare Lösungsmittel, oder
  • - das zweite organische Material

an der zweiten Elektrode elektrochemisch umgesetzt werden. Hierbei können beispielsweise zwei organische Substrate im Sinne einer Tandem-Elektrolyse gleichzeitig umgesetzt werden.According to certain embodiments, the second electrode comprises at least a third, lipophilic layer and at least a fourth, hydrophilic layer,
wherein the third, lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer are preferably porous,
wherein the first polar electrolyte contacts the fourth, hydrophilic layer of the second electrode,
further comprising an introduction
  • a second organic material as a liquid or gas, or
  • a second organic solution or mixture comprising a second organic material which is soluble in or miscible with a second non-polar solvent and a second nonpolar solvent,

into the electrolysis cell such that the first organic material or the second organic solution or mixture contacts the third, lipophilic layer of the second electrode, wherein
  • the second organic material and / or the second non-polar solvent, or
  • - the second organic material

be implemented electrochemically at the second electrode. Here, for example, two organic substrates in the sense of a tandem electrolysis can be implemented simultaneously.

Die zweite Elektrode ähnelt in solchen Ausführungsformen der ersten Elektrode oder kann dieser sogar zu größeren Teilen oder vollständig entsprechen. Wenn also beispielsweise die erste Elektrode die Kathode ist, so könnte die zweite Elektrode im Schichtaufbau zum Mittelpunkt der Elektrolysezelle hin (zwischen beiden Elektroden) gespiegelt als Anode aufgebaut sein.The second electrode in such embodiments is similar or even similar to the first electrode. If, for example, the first electrode is the cathode, then the second electrode in the layer structure could be mirrored as an anode towards the center of the electrolysis cell (between the two electrodes).

In solch einer zweiten Elektrode kann die dritte, lipophile Schicht aus demselben Material aufgebaut sein wie die erste, lipophile Schicht, oder aus einem anderen Material der für die erste, lipophile Schicht genannten. Ebenso kann die vierte, hydrophile Schicht aus demselben Material aufgebaut sein wie die zweite, lipophile Schicht, oder aus einem anderen Material. Insbesondere kann die vierte, hydrophile Schicht denselben Elektrokatalysator als zweiten Elektrokatalysator aufweisen wie die zweite, hydrophile Schicht, oder einen verschiedenen, der jedoch auch bevorzugt aus den oben für den ersten Elektrokatalysator genannten Materialien ausgewählt ist. Hier sind beliebige Kombinationen möglich, wie auch hinsichtlich der Anwesenheit weiterer Schichten in der zweiten Elektrode, wie etwa einem zweiten Stromabnehmer, der dem ersten Stromabnehmer entsprechen kann oder aber verschieden von diesem sein kann, jedoch aus einem der für den ersten Stromabnehmer genannten Materialien sein kann. Auch hinsichtlich der Form können sich die einzelnen Schichten gleichen oder verschieden sein. Bevorzugt sind jedoch die dritte, lipophile Schicht und/oder die vierte, hydrophile Schicht porös. Bevorzugt sind die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht miteinander in Kontakt. Auch können entsprechend der ersten Elektrode auf den Schichten der zweiten Elektrode in solchen Ausführungsformen Membranen aufgebracht sein, beispielsweise eine hydrophobe Membran auf der dritten, lipophilen Schicht und/oder eine hydrophile Membran oder eine Ionenaustauschermembran auf der vierten, hydrophilen Schicht. Auch hier können die verwendbaren Materialien denen der oben genannten der entsprechenden, analogen Schichten entsprechen, wobei die Schichten gleich oder verschieden sein können. Auch kann in der zweiten Elektrode mindestens eine Stützkonstruktion, beispielsweise auch für alle Schichten, vorgesehen sein.In such a second electrode, the third, lipophilic layer may be constructed of the same material as the first, lipophilic layer, or of another material, that of the first, lipophilic layer. Likewise, the fourth, hydrophilic layer may be constructed of the same material as the second, lipophilic layer, or of another material. In particular, the fourth, hydrophilic layer may comprise the same electrocatalyst as the second electrocatalyst, such as the second hydrophilic layer, or a different, but also preferably selected from the materials mentioned above for the first electrocatalyst. Any combinations are possible here, as well as the presence of further layers in the second electrode, such as a second current collector, which may be the same as or different from the first current collector but which may be one of the materials mentioned for the first current collector , Also in terms of shape, the individual layers may be the same or different. Preferably, however, the third, lipophilic layer and / or the fourth, hydrophilic layer are porous. Preferably, the third lipophilic layer and the fourth hydrophilic layer are in contact with each other. In accordance with the first electrode, membranes may also be applied to the layers of the second electrode in such embodiments, for example a hydrophobic membrane on the third, lipophilic layer and / or a hydrophilic membrane or an ion exchange membrane on the fourth, hydrophilic layer. Again, the materials that can be used may correspond to those of the above analogous layers, the layers being the same or different. Also, at least one support structure, for example also for all layers, can be provided in the second electrode.

Darüber hinaus kann das zweite organische Material dem ersten organischen Material entsprechen oder von diesem verschieden sein. Da jedoch an der Anode andere Reaktionen ablaufen werden als an der Kathode, sind das erste organische Material und das zweite organische Material verschieden, beispielsweise auch hinsichtlich der Aggregatsform und hinsichtlich dessen, ob sie in Lösung oder Mischung vorliegen oder nicht. Entsprechend kann auch das zweite unpolare Lösungsmittel, so es im Verfahren verwendet wird, dem ersten unpolaren Lösungsmittel, so dieses verwendet wird, entsprechen oder davon verschieden sein.In addition, the second organic material may be the same as or different from the first organic material. However, since reactions will proceed at the anode other than at the cathode, the first organic material and the second organic material will be different, for example also with respect to the aggregate form and whether or not they are in solution or mixture. Similarly, the second nonpolar solvent used in the process may be the same or different than the first non-polar solvent used.

In den Ausführungsformen mit der zweiten Elektrode umfassend die vierte hydrophile Schicht ist diese üblicherweise mit dem ersten polaren Elektrolyten in Kontakt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Elektrolysezelle zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode mindestens einen Separator, beispielsweise ein Diaphragma und/oder eine Membran - welche nicht besonders beschränkt sind, umfasst, sodass der Raum zwischen den beiden Elektroden in zwei Teilräume unterteilt wird, wobei in den einen Teilraum - beispielsweise an die zweite hydrophile Schicht der ersten Elektrode angrenzend - ein erster polarer Elektrolyt eingebracht werden kann und einen anderen Teilraum - beispielsweise an die vierte hydrophile Schicht der zweiten Elektrode oder generell die zweite Elektrode angrenzend - ein zweiter polarer Elektrolyt, der dem ersten polaren Elektrolyt entsprechen kann oder von diesem verschieden sein kann, jedoch die Materialen für diesen zweiten polaren Elektrolyten die gleichen sein können, die für den ersten polaren Elektrolyten genannt sind. Dies ist jedoch nicht bevorzugt. Gemäß bestimmten Ausführungsformen kontaktiert die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise.In the embodiments having the second electrode comprising the fourth hydrophilic layer, it is usually in contact with the first polar electrolyte. However, it is also conceivable that the electrolytic cell between the first electrode and the second electrode at least one separator, for example a diaphragm and / or a membrane - which are not particularly limited, so that the space between the two electrodes is divided into two subspaces wherein a first polar electrolyte can be introduced into the one subspace, for example adjacent to the second hydrophilic layer of the first electrode, and another subspace - for example adjacent to the fourth hydrophilic layer of the second electrode or generally the second electrode - a second polar electrolyte which may be the same as or different from the first polar electrolyte, but the materials for this second polar electrolyte may be the same which are called for the first polar electrolyte. However, this is not preferred. According to certain embodiments, the second, hydrophilic layer of the first electrode at least partially contacts a first separator.

Alternativ oder zusätzlich können noch ggf. weitere Separatoren und ggf. weitere polare Elektrolyten verwendet werden, mit denen eine Produktextration aus dem ersten, polaren Elektrolyten möglich, beispielsweise wenn bei der elektrochemischen Umsetzung an der ersten und ggf. zweiten Elektrode ein im ersten polaren Elektrolyten lösbares organisches Produkt erzeigt wird. Hierbei kann dann das organische Produkt leicht gereinigt werden.Alternatively or additionally, further separators and optionally further polar electrolytes may be used with which product removal from the first, polar electrolyte is possible, for example if in the electrochemical reaction at the first and optionally second electrode a soluble in the first polar electrolyte organic product is produced. Here then the organic product can be easily cleaned.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen kontaktieren die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Separators. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste polare Elektrolyt zumindest teilweise im ersten Separator enthalten. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste Separator durch den ersten polaren Elektrolyten aufgequollen. Hierdurch kann mit einem geringen Elektrolytvolumen eine gute Kontaktierung beider Elektroden ermöglicht werden. Insbesondere ist dies von Vorteil, wenn der erste polare Elektrolyt nicht umgesetzt wird, also nicht verbraucht wird, oder einfach nachgeführt werden kann.According to certain embodiments, the second hydrophilic layer of the first electrode and the fourth hydrophilic layer of the second electrode contact a first separator at least partially on opposite sides of the first separator. According to certain embodiments, the first polar electrolyte is at least partially contained in the first separator. According to certain embodiments, the first separator is swollen by the first polar electrolyte. As a result, good contact between the two electrodes can be made possible with a small volume of electrolyte. In particular, this is advantageous if the first polar electrolyte is not reacted, that is not consumed, or simply can be tracked.

Neben Separatoren kann die Elektrolysezelle noch weitere Bestandteile umfassen, welche üblicherweise für Elektrolysezellen verwendet werden, wie entsprechende Zu- und Abführeinrichtungen für den ersten polaren Elektrolyten, die erste unpolare Lösung oder Mischung oder das erste organische Material als Flüssigkeit oder Gas, und ggf. für die zweite unpolare Lösung oder Mischung oder das zweite organische Material als Flüssigkeit oder Gas, Heiz- und/oder Kühleinrichtungen, Pumpen, Ventile, Gehäuse, etc. Die Elektrolysezelle umfasst jedoch zumindest eine Stromquelle.In addition to separators, the electrolysis cell may also comprise other constituents which are usually used for electrolysis cells, such as corresponding supply and discharge means for the first polar electrolyte, the first non-polar solution or mixture or the first organic material as a liquid or gas, and optionally for the second non-polar solution or mixture or the second organic material as a liquid or gas, heating and / or cooling means, pumps, valves, housings, etc. However, the electrolytic cell comprises at least one power source.

Im erfindungsgemäßen Verfahren sind das Einbringen der ersten organischen Lösung oder Mischung, oder des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, in die Elektrolysezelle derart, dass die erste organische Lösung oder Mischung oder das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert, das Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert, sowie ggf. ein Einbringen der zweiten organischen Lösung oder Mischung umfassend ein zweites organisches Material oder des zweiten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas derart, dass die zweite organische Lösung oder Mischung oder das zweite organische Material die dritte, lipophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert, nicht besonders beschränkt, und das Einbringen kann zeitgleich oder zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen.In the method according to the invention, introducing the first organic solution or mixture, or the first organic material as liquid or gas, into the electrolysis cell such that the first organic solution or mixture or the first organic material contacts the first, lipophilic layer of the first electrode, the introduction of a first polar electrolyte into the electrolysis cell such that the first polar electrolyte contacts the second, hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode, and possibly introducing the second organic solution or mixture comprising a second organic material or the second organic Material as a liquid or gas such that the second organic solution or mixture or the second organic material contacts the third, lipophilic layer of the second electrode, not particularly limited, and the introduction can take place at the same time or at different times.

Nach dem Einbringen der ersten organischen Lösung oder Mischung, oder des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, als unpolare Phase, sowie nach dem Einbringen des ersten polaren Elektrolyten als polare Phase, bilden die unpolare Phase und die polare Phase eine erste Phasengrenze aus, welche derart ausgebildet wird, dass die erste Phasengrenze bei der elektrochemischen Umsetzung zumindest teilweise innerhalb der ersten Elektrode, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht, liegt. Durch das Verwenden der ersten hydrophilen Schicht und der ersten lipophilen Schicht kann hierbei sichergestellt werden, dass die erste Phasengrenze zumindest teilweise und bevorzugt vollständig in der ersten Elektrode bei der elektrochemischen Umsetzung bilden, sodass das erste organische Material an diese zur elektrochemischen Umsetzung gelangen kann, gleichzeigt jedoch auch eine geeignete Zellspannung durch den ersten polaren Elektrolyten eingestellt werden kann. Die erste Phasengrenze als Flüssig-Flüssig-Phasengrenze muss also mit der Elektrodenoberfläche zumindest teilweise in Kontakt sein. Hierdurch kann auch eine Drei-Phasen-Grenzfläche gebildet werden, an welcher ein Elektrokatalysator der ersten Elektrode, beispielsweise der erste Katalysator, gleichzeitig Zugang zu elektrischem Kontakt, Ionenkontakt, ggf. Protonen aus dem ersten polaren Elektrolyten und dem ersten organischem Material als Substrat hat. Um hohe Stromdichten zu erreichen, sollte die Gesamtfläche dieser drei Phasengrenzflächen möglichst groß sein. Zu diesem Zweck ist es möglich, die Flüssig-Flüssig-Grenzfläche innerhalb einer porösen Elektrode zu platzieren.After introducing the first organic solution or mixture, or the first organic material as a liquid or gas, as a nonpolar phase, and after the introduction of the first polar electrolyte as a polar phase, form the non-polar phase and the polar phase, a first phase boundary is formed such that the first phase boundary in the electrochemical reaction is at least partially within the first electrode, preferably at an interface between the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer. By using the first hydrophilic layer and the first lipophilic layer, it can be ensured in this case that the first phase boundary forms at least partially and preferably completely in the first electrode in the electrochemical conversion, so that the first organic material can reach the latter for electrochemical conversion However, a suitable cell voltage can be adjusted by the first polar electrolyte. The first phase boundary as a liquid-liquid phase boundary must therefore be at least partially in contact with the electrode surface. As a result, it is also possible to form a three-phase interface at which an electrocatalyst of the first electrode, for example the first catalyst, simultaneously has access to electrical contact, ion contact, possibly protons from the first polar electrolyte and the first organic material as substrate. In order to achieve high current densities, the total area of these three phase interfaces should be as large as possible. For this purpose, it is possible to place the liquid-liquid interface within a porous electrode.

Damit die Flüssig-Flüssig-Grenze bei oder in der Elektrode verbleibt, ist es notwendig, dass die Elektrode einen amphiphilen Charakter hat, wie er durch die lipophile Schicht und die hydrophile Schicht erreicht wird, wobei die zur Gegenelektrode hin liegende Seite durch die polare, beispielsweise wässrige, Phase benetzbar ist, während die andere Seite durch die unpolare Phase benetzbar ist. Die Elektrode hat also mindestens zwei Schichten. Um die Phasen jedoch in Kontakt zu bringen, weist die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt auch eine gewisse Menge an lipophilen Poren auf, beispielsweise ≤ 30%, bevorzugt ≤ 25%, weiter bevorzugt ≤ 20%, bezogen auf die Poren der hydrophilen Schicht.In order for the liquid-liquid boundary to remain at or in the electrode, it is necessary for the electrode to have an amphiphilic character as achieved by the lipophilic layer and the hydrophilic layer, the side facing the counterelectrode being defined by the polar, for example, aqueous, wettable phase, while the other side is wetted by the non-polar phase. The electrode thus has at least two layers. However, in order to bring the phases into contact, the second hydrophilic layer preferably also has a certain amount of lipophilic pores, for example ≦ 30%, preferably ≦ 25%, more preferably ≦ 20%, based on the pores of the hydrophilic layer.

Entsprechende Überlegungen treffen für die zweite Elektrode zu, wenn diese die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht aufweist und sich eine zweite Phasengrenze zwischen dem ersten, polaren Elektrolyten (oder einem anderen, z.B. zweiten, polaren Elektrolyten) und der zweiten unpolaren Lösung oder Mischung oder dem zweiten organischen Material als Flüssigkeit oder Gas ausbildet.Corresponding considerations apply to the second electrode when it has the third lipophilic layer and the fourth hydrophilic layer and forming a second phase boundary between the first polar electrolyte (or another, eg second, polar electrolyte) and the second nonpolar solution or mixture or the second organic material as a liquid or gas.

Die elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials und/oder des ersten unpolaren Lösungsmittels oder des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas an der ersten Elektrode, und ggf. die elektrochemische Umsetzung des zweiten organischen Materials und/oder des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder des zweiten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, sind nicht besonders beschränkt und können geeignet an ein Edukt und ein gewünschtes Produkt angepasst werden.The electrochemical conversion of the first organic material and / or the first nonpolar solvent or the first organic material as liquid or gas at the first electrode, and optionally the electrochemical reaction of the second organic material and / or the second nonpolar solvent, or the second organic Materials as liquid or gas are not particularly limited and can be suitably adapted to a starting material and a desired product.

Bei der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und/oder des ersten unpolaren Lösungsmittels entsteht mindestens ein erstes organisches Produkt, welches je nach Löslichkeit und Polarität über die erste unpolare Phase, also erste unpolare Lösung oder Mischung oder erstes organisches Material, oder den ersten polaren Elektrolyten als polare Phase aus der ersten Elektrode abgeführt werden kann. Über die entsprechende Phase kann es entweder aus der Elektrolysezelle ausgetragen werden und dann ggf. außerhalb abgetrennt/extrahiert und ggf. gereinigt werden, oder in der Elektrolysezelle in weitere Phasen, z.B. durch geeignete Separatoren, extrahiert und so ggf. von Nebenprodukten getrennt werden.In the electrochemical reaction of the first organic material and / or the first nonpolar solvent, at least one first organic product is formed which, depending on solubility and polarity, over the first nonpolar phase, ie first nonpolar solution or mixture or first organic material, or the first polar electrolyte can be removed as a polar phase from the first electrode. It can either be discharged from the electrolytic cell via the corresponding phase and then optionally separated / extracted outside and if necessary cleaned, or in the electrolysis cell into further phases, e.g. by suitable separators, extracted and thus optionally separated from by-products.

Hierbei ist anzumerken, dass neben der elektrochemischen Umsetzung an der ersten Elektrode - bei der zumindest ein erstes organisches Produkt entsteht - auch eine elektrochemische Umsetzung an der zweiten Elektrode stattfindet, bei der zumindest ein zweites anorganisches Produkt wie beispielsweise Chlor, Sauerstoff, etc. oder zumindest ein zweites organisches Produkt, beispielsweise mit der zweiten Elektrode umfassend die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht, entstehen kann. Natürlich kann beim erfindungsgemäßen Verfahren dann das erste organische Produkt mit dem zweiten anorganischen oder organischen Produkt, bevorzugt nach einer zuvor erfolgten Abtrennung und Reinigung, weiter umgesetzt werden, sodass mit dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht nur ein organischer Syntheseschritt elektrochemisch durchgeführt werden kann, sondern auch zeitgleich ein weiteres Edukt für einen Folgeschritt gewonnen werden kann, wobei beispielsweise auch Abwärme aus der elektrochemischen Umsetzung für diese weitere Umsetzung im Folgeschritt verwendet werden kann.It should be noted that in addition to the electrochemical conversion at the first electrode - in which at least a first organic product is formed - also an electrochemical reaction takes place at the second electrode, wherein at least a second inorganic product such as chlorine, oxygen, etc. or at least a second organic product may be formed, for example with the second electrode comprising the third lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer. Of course, in the process according to the invention, the first organic product can then be reacted further with the second inorganic or organic product, preferably after a previous separation and purification, so that not only an organic synthesis step can be carried out electrochemically using the process according to the invention, but also simultaneously Further starting material can be obtained for a subsequent step, wherein, for example, waste heat from the electrochemical reaction for this further reaction can be used in the subsequent step.

Wie oben ausgeführt kann beim erfindungsgemäßen Verfahren sich auch eine Extraktion anschließen. In einigen Fällen, wie z. B. der kathodischen Reduktion von Nitroverbindungen oder der anodischen Oxidation von Aldehyden, wird die Hydrophilie des Produktes erhöht, was zu einer teilweisen Extraktion in den Elektrolyten führt. In diesem Fall wird der Elektrolyt nach dem Verlassen der Zelle gemäß bestimmten Ausführungsformen durch ein Extraktionsbehälter mit reinem organischen Lösungsmittel gehen, um das Produkt zurückzugewinnen.As stated above, an extraction can also follow in the process according to the invention. In some cases, such as As the cathodic reduction of nitro compounds or the anodization of aldehydes, the hydrophilicity of the product is increased, resulting in a partial extraction in the electrolyte. In this case, the electrolyte, after leaving the cell according to certain embodiments, will pass through a pure organic solvent extraction vessel to recover the product.

Für diese Anwendungen kann der Elektrolytspalt auch mit einer nicht begrenzten Anzahl von Separatoren, z.B. 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 oder mehr Separatoren, wie oben auch ausgeführt, zur Vereinfachung der Extraktion ausgestattet werden.For these applications, the electrolyte gap can also be used with a non-limited number of separators, eg 2 . 3 . 4 . 5 . 6 . 7 . 8th . 9 . 10 or more separators, as stated above, be equipped to simplify the extraction.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf eine Vorrichtung zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, gerichtet, umfassend
eine Elektrolysezelle, wobei die Elektrolysezelle

  • - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und
  • - eine zweite Elektrode umfasst;
mindestens eine erste Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer ersten Lösung oder Mischung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, die dazu ausgebildet ist, die erste Lösung oder Mischung des ersten organischen Materials in oder mit dem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder das erste organische Material, zur Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass die erste organische Lösung oder Mischung oder das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert; und mindestens eine erste Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden ersten Lösung oder Mischung und ggf. mindestens eines ersten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels (je nachdem, ob dieses polar ist oder nicht und entsprechend in den ersten polaren Elektrolyten übergehen kann), oder des verbleibenden ersten organischen Materials und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder des verbleibenden ersten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder mindestens eines ersten Produkts, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende erste Lösung oder Mischung und ggf. mindestens das erste Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, oder das verbleibende erste organische Material und ggf. mindestens das erste Produkt, oder das verbleibende erste unpolare Lösungsmittel und ggf. mindestens das erste Produkt, oder mindestens das erste Produkt aus der Elektrolysezelle abzuführen.Another aspect of the present invention is directed to an apparatus for electrochemically reacting a first organic material which is soluble in or miscible with a first nonpolar solvent
an electrolysis cell, wherein the electrolysis cell
  • a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and
  • a second electrode comprises;
at least one first supply means for supplying a first solution or mixture of a first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent, in or with a first non-polar solvent, or for the supply of a first organic material which is in soluble or miscible with a first non-polar solvent adapted to supply the first solution or mixture of the first organic material in or with the first non-polar solvent, or the first organic material, to the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture or the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode; and at least one first discharge device for discharging the remaining first solution or mixture and optionally at least one first product of the electrochemical conversion of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent (depending on whether this is polar or not and correspondingly in the first can pass over polar electrolyte), or the remaining first organic material and optionally at least a first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least a first product, or at least a first product, which is formed, the remaining first solution or Mixture and if necessary at least that first product of the electrochemical reaction of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent, or the remaining first organic material and optionally at least the first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least the first product, or at least the first product remove from the electrolysis cell.

Daneben kann die erfindungsgemäße Vorrichtung auch mindestens eine zweite Zuführeinrichtung für den ersten polaren Elektrolyten umfassen, die dazu ausgebildet ist, den ersten polaren Elektrolyten der Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode, ggf. die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode, kontaktiert, und/oder eine zweite Abführeinrichtung für den ersten polaren Elektrolyten und ggf. mindestens ein erstes Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, die dazu ausgebildet ist, den ersten polaren Elektrolyten und ggf. mindestens ein erstes Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels aus der Elektrolysezelle abzuführen. Diese sind ebenfalls nicht besonders beschränkt, sofern sie für die entsprechenden Materialien geeignet sind, und können auch als Rohre, Leitungen, etc. ausgeführt sein. Wenn der erste polare Elektrolyt jedoch nicht umgesetzt bzw. bei der elektrochemischen Umsetzung in der Elektrolysezelle insgesamt verändert wird und auch kein Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels in diesen übergeht, ist es auch denkbar, dass die zweite Zuführeinrichtung und/oder die zweite Abführeinrichtung entfallen, beispielsweise wenn bei einem wässrigen ersten polaren Elektrolyten kein Wasser bei der Elektrolyse verbraucht wird. Aus wärmetechnischen Gründen wird jedoch üblicherweise selbst in solchen Fällen der erste polare Elektrolyt zu- und abgeführt, sodass die entsprechende Zu- und Abführeinrichtung vorhanden sind.In addition, the device according to the invention may also comprise at least one second supply means for the first polar electrolyte, which is adapted to supply the first polar electrolyte of the electrolytic cell such that the first polar electrolyte, the second, hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode, if necessary the fourth, hydrophilic layer of the second electrode, contacted, and / or a second discharge means for the first polar electrolyte and optionally at least a first product of the electrochemical reaction of the first organic material and optionally the first non-polar solvent, which is formed remove the first polar electrolyte and optionally at least a first product of the electrochemical reaction of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent from the electrolysis cell. These are also not particularly limited, as long as they are suitable for the corresponding materials, and may also be designed as pipes, pipes, etc. However, if the first polar electrolyte is not reacted or changed overall in the electrochemical conversion in the electrolysis cell and also no product of the electrochemical conversion of the first organic material and possibly the first nonpolar solvent passes into this, it is also conceivable that the second Feed device and / or the second discharge device omitted, for example, when in an aqueous first polar electrolyte no water is consumed in the electrolysis. For reasons of thermal engineering, however, the first polar electrolyte is usually added and removed even in such cases, so that the corresponding supply and discharge devices are present.

So mindestens ein erstes polares Produkt (und/oder zweites polares Produkt bei entsprechender Ausgestaltung der zweiten Elektrode) bei der elektrochemischen Umsetzung gebildet wird und dieses in den ersten (und/oder zweiten) polaren Elektrolyten übergeht, kann auch eine Extraktion (ggf. über einen Separator oder mehrere Separatoren) in weitere polare Elektrolyte innerhalb der ersten Elektrolysezelle erfolgen, sodass entsprechend auch weitere Zu- und Abführeinrichtungen für weitere polare Elektrolyte vorgesehen sein können.If at least one first polar product (and / or second polar product with a corresponding design of the second electrode) is formed during the electrochemical conversion and this passes into the first (and / or second) polar electrolyte, an extraction (possibly via a Separator or a plurality of separators) into further polar electrolytes within the first electrolysis cell, so that correspondingly also further supply and discharge devices for further polar electrolytes can be provided.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann insbesondere das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden. Entsprechend finden die obigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren, insbesondere solche, die sich auf Bestandteile der Vorrichtung wie eine Elektrolysezelle und deren Komponenten beziehen, auch bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung Anwendung, und es wird somit auch auf diese hier Bezug genommen. Insbesondere die Ausgestaltungen der ersten und zweiten Elektroden entsprechen bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung denen, wie sie oben für das erfindungsgemäße Verfahren diskutiert wurden. Weiterhin umfasst die Elektrolysezelle in der erfindungsgemäßen Vorrichtung mindestens eine Stromquelle, und kann daneben auch die Bestandteile umfassen, die für das erfindungsgemäße Verfahren genannt wurden, wie Separatoren, Pumpen, Ventile, Heiz- und/oder Kühlgeräte, etc.In particular, the inventive method can be carried out with the device according to the invention. Accordingly, the above statements on the method according to the invention, in particular those relating to components of the device such as an electrolytic cell and its components, also apply to the device according to the invention, and it is thus also hereby incorporated by reference. In particular, the embodiments of the first and second electrodes in the device according to the invention correspond to those discussed above for the method according to the invention. Furthermore, the electrolysis cell in the device according to the invention comprises at least one power source, and may also include the components which have been mentioned for the inventive method, such as separators, pumps, valves, heating and / or cooling devices, etc.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste Elektrode und/oder ggf. die zweite Elektrode (insbesondere wenn sie die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht umfasst) einen Stromabnehmer, welcher nicht mit der zweiten, hydrophilen Schicht bzw. ggf. mit der vierten, hydrophilen Schicht in Kontakt ist. Diese Art von Elektroden ist vorteilhaft, wenn die Löslichkeit eines Substrats, also des entsprechenden organischen Materials, in wässrigen Elektrolyten zu gering ist, um geeignete Stromdichten zu erreichen oder die Trennung des Produkts von den Elektrolyten sehr teuer ist.According to certain embodiments, the first electrode and / or possibly the second electrode (in particular if it comprises the third, lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer) comprises a current collector which does not interact with the second, hydrophilic layer or optionally with the fourth , hydrophilic layer is in contact. This type of electrode is advantageous if the solubility of a substrate, ie of the corresponding organic material, in aqueous electrolytes is too low to achieve suitable current densities or the separation of the product from the electrolytes is very expensive.

Die erste und/oder zweite Elektrode können auch als Dampfdiffusionselektroden/Gasdiffusionselektroden ausgebildet sein. Bei diesem Elektrolytkonzept kann das erste und/oder zweite organische Material als Substrat von einer unpolaren Phase getragen, die durch oder durch die Rückseite der Elektrode fließt. Prinzipiell kann diese Phase auch ein Substratdampf, ein Dampfträgergasgemisch oder auch ein sauberes gasförmiges Substrat sein. In diesem letzten Spezialfall würde die amphiphile Elektrode zu einer Gasdiffusionselektrode werden. Es ist nicht ausgeschlossen, dass das organische Material während des elektrochemischen Prozesses einen Phasenübergang durchläuft. Ein flüssiges Substrat kann auch zu einem gasförmigen Produkt führen. Ein gasförmiges Substrat kann auch ein Produkt mit einem höheren Siedepunkt ergeben, das nach der Umwandlung kondensiert.The first and / or second electrodes can also be designed as vapor diffusion electrodes / gas diffusion electrodes. In this electrolyte concept, the first and / or second organic material may be supported as a substrate by a non-polar phase flowing through or through the backside of the electrode. In principle, this phase can also be a substrate vapor, a vapor carrier gas mixture or even a clean gaseous substrate. In this last special case, the amphiphilic electrode would become a gas diffusion electrode. It is not excluded that the organic material undergoes a phase transition during the electrochemical process. A liquid substrate can also lead to a gaseous product. A gaseous substrate may also give a product with a higher boiling point which condenses after conversion.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erste, lipophile Schicht hydrophobe, bevorzugt leitfähige, erste Partikel und/oder mindestens ein erstes hydrophobes Bindemittel.According to certain embodiments, the first, lipophilic layer comprises hydrophobic, preferably conductive, first particles and / or at least one first hydrophobic binder.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite, hydrophile Schicht einen ersten Elektrokatalysator und ggf. mindestens ein zweites Bindemittel. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite, hydrophile Schicht einen ersten ionenleitenden Zusatz, insbesondere einen Kationen- oder Anionenaustauscher, und/oder erste hydrophile Additive, insbesondere Metalloxide.According to certain embodiments, the second hydrophilic layer comprises a first electrocatalyst and optionally at least one second binder. According to certain embodiments, the second, hydrophilic layer comprises one first ion-conducting additive, in particular a cation or anion exchanger, and / or first hydrophilic additives, in particular metal oxides.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen kontaktiert die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise. Es wurde bereits festgestellt, dass die Elektroden eine verschmolzene Membran enthalten können. Diese Membran kann auch von beiden Elektroden gemäß bestimmten Ausführungsformen gemeinsam genutzt werden. In diesem Fall wird die mit dem ersten polaren Elektrolyten gequollene Membran, z.B. eine wassergequollene Membran, zur polaren, z.B. wässrigen Phase, und eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) kann gebildet werden. Insbesondere bei nicht wasserabgebenden Reaktionen kann jedoch ggf. eine Sättigung der organischen Phase mit Wasser erforderlich sein. Die Membran ist in ihrer Ionenleitfähigkeit nicht eingeschränkt. Die Funktionalisierung der Membranpolymere kann den Anforderungen der spezifischen Reaktion angepasst werden. Daher kann diese Membran als Kationenaustauscher-, Anionenaustauscher- oder als bipolare Membran in beiden Richtungen realisiert werden.According to certain embodiments, the second, hydrophilic layer of the first electrode at least partially contacts a first separator. It has already been discovered that the electrodes may contain a fused membrane. This membrane may also be shared by both electrodes according to certain embodiments. In this case, the membrane swollen with the first polar electrolyte, e.g. a water-swollen membrane, to the polar, e.g. aqueous phase, and a membrane-electrode assembly (MEA) can be formed. However, in particular in the case of non-water-releasing reactions, it may be necessary to saturate the organic phase with water. The membrane is not limited in its ionic conductivity. The functionalization of the membrane polymers can be adapted to the requirements of the specific reaction. Therefore, this membrane can be realized as a cation exchange, an anion exchange or a bipolar membrane in both directions.

Die erste Zuführeinrichtung und die erste Abführeinrichtung sind nicht besonders beschränkt, sofern sie für die Zu- und Abführung des entsprechenden Materials geeignet sind, und können beispielsweise als Rohre, Leitungen, etc. ausgebildet sein.The first feeding device and the first discharging device are not particularly limited, as far as they are suitable for the supply and discharge of the corresponding material, and may be formed, for example, as pipes, conduits, etc.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die zweite Elektrode mindestens eine dritte, lipophile Schicht und mindestens eine vierte, hydrophile Schicht,
wobei die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind,
wobei sich die zweite, hydrophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht in der Elektrolysezelle gegenüberliegen, sich bevorzugt jedoch nicht kontaktieren, weiter umfassend mindestens eine weitere Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer zweiten Lösung oder Mischung eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem zweiten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, die dazu ausgebildet ist, die zweite Lösung oder Mischung des zweiten organischen Materials in oder mit dem zweiten unpolaren Lösungsmittel, oder das zweite organische Material, zur Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass die zweite organische Lösung oder Mischung oder das zweite organische Material die dritte, lipophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert; und
mindestens eine weitere Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden zweiten Lösung oder und ggf. mindestens eines zweiten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des zweiten organischen Materials und ggf. des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder des verbleibenden zweiten organischen Materials und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder des verbleibenden zweiten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder mindestens eines zweiten Produkts, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende zweite Lösung oder Mischung und ggf. mindestens das zweite Produkt der elektrochemischen Umsetzung des zweiten organischen Materials und ggf. des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder das verbleibende zweite organische Material und ggf. mindestens das zweite Produkt, oder das verbleibende zweite unpolare Lösungsmittel und ggf. mindestens das zweite Produkt, oder mindestens das zweite Produkt aus der Elektrolysezelle abzuführen.
According to certain embodiments, the second electrode comprises at least a third, lipophilic layer and at least a fourth, hydrophilic layer,
wherein the third, lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer are preferably porous,
wherein the second, hydrophilic layer and the fourth, hydrophilic layer in the electrolytic cell are opposed, but preferably not contact, further comprising at least one further supply means for supplying a second solution or mixture of a second organic material which is soluble in a second nonpolar solvent or is miscible with, in or with a second non-polar solvent, or for the supply of a second organic material which is soluble in or miscible with a second non-polar solvent adapted to be the second solution or mixture of the second organic material in or with the second nonpolar solvent, or the second organic material, to be supplied to the electrolytic cell such that the second organic solution or mixture or the second organic material contacts the third, lipophilic layer of the second electrode; and
at least one further discharge device for discharging the remaining second solution or, if appropriate, at least one second product of the electrochemical conversion of the second organic material and optionally the second nonpolar solvent, or the remaining second organic material and optionally at least one second product, or remaining second non-polar solvent and optionally at least one second product, or at least one second product, which is formed, the remaining second solution or mixture and optionally at least the second product of the electrochemical reaction of the second organic material and optionally the second non-polar solvent , or the remaining second organic material and optionally at least the second product, or the remaining second non-polar solvent and optionally at least the second product, or at least the second product to be removed from the electrolysis cell.

Wenn bei solchen Ausführungsformen mindestens ein erstes polares (organisches) Produkt an der ersten Elektrode und mindestens ein zweites polares (organisches) Produkt an der zweiten Elektrode gebildet werden, ist es nicht ausgeschlossen, dass beide in den ersten polaren Elektrolyten übergehen. Bevorzugt wird hier jedoch ein Separator zwischen den beiden Elektroden vorgesehen, sodass das mindestens eine erste polare Produkt in den ersten polaren Elektrolyten übergeht und das mindestens eine zweite polare Produkt in einen weiteren (z.B. zweiten) polaren Elektrolyten übergeht, der vom ersten polaren Elektrolyten verschieden sein kann oder diesem entsprechen kann. Wenn das mindestens eine erste polare Produkt und das mindestens eine zweite polare Produkt in den ersten polaren Elektrolyten übergehen, ist es jedoch nicht ausgeschlossen, dass die beiden danach reagieren gelassen werden.In such embodiments, if at least one first polar (organic) product is formed on the first electrode and at least one second polar (organic) product is formed on the second electrode, then it is not excluded that both transition into the first polar electrolyte. Preferably, however, a separator is provided between the two electrodes, so that the at least one first polar product passes into the first polar electrolyte and the at least one second polar product passes into another (eg second) polar electrolyte which is different from the first polar electrolyte may or may correspond to this. However, if the at least one first polar product and the at least one second polar product pass into the first polar electrolyte, it is not excluded that the two may thereafter be reacted.

In diesen Ausführungsformen liegen sich die zweite, hydrophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht in der Elektrolysezelle gegenüber, kontaktieren sich jedoch bevorzugt nicht, insbesondere wenn sie beide leitfähig sind. Jedoch können sie sich teilweise kontaktieren, wenn sie nicht leitfähig sind, solange gewährleistet werden kann, dass die erste Elektrode und die zweite Elektrode mit dem ersten polaren Elektrolyten in Kontakt kommen. Dies ist jedoch nicht bevorzugt.In these embodiments, the second hydrophilic layer and the fourth hydrophilic layer oppose each other in the electrolytic cell, but preferably do not contact each other, especially if they are both conductive. However, they may partially contact each other if they are not conductive, as long as it can be ensured that the first electrode and the second electrode come into contact with the first polar electrolyte. However, this is not preferred.

Auch die mindestens eine weitere Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer zweiten Lösung oder Mischung eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem zweiten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, und
die mindestens eine weitere Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden zweiten Lösung oder Mischung und ggf. mindestens eines zweiten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des zweiten organischen Materials und ggf. des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder des verbleibenden zweiten organischen Materials und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder des verbleibenden zweiten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder mindestens eines zweiten Produkts, sind nicht besonders beschränkt, sofern sie für die Zu- und Abführung des entsprechenden Materials geeignet sind, und können beispielsweise als Rohre, Leitungen, etc. ausgebildet sein.
The at least one further feed device for the supply of a second solution or mixture of a second organic material which is soluble in or miscible with a second nonpolar solvent, in or with a second non-polar solvent, or for the supply of a second organic material, which is soluble in or miscible with a second nonpolar solvent, and
the at least one further discharge device for discharging the remaining second solution or mixture and optionally at least one second Products of the electrochemical reaction of the second organic material and optionally the second nonpolar solvent, or the remaining second organic material and optionally at least one second product, or the remaining second nonpolar solvent and optionally at least one second product, or at least one second product, are not particularly limited, as long as they are suitable for the supply and removal of the corresponding material, and may be formed, for example, as pipes, pipes, etc.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die dritte, lipophile Schicht hydrophobe, bevorzugt leitfähige, dritte Partikel, welche den ersten Partikeln entsprechen können oder von diesen verschieden sein können, und/oder mindestens ein zweites hydrophobes Bindemittel, welches dem zweiten hydrophoben Bindemittel entsprechen kann oder von diesem verschieden sein kann.According to certain embodiments, the third, lipophilic layer comprises hydrophobic, preferably conductive, third particles, which may be the same or different from the first particles, and / or at least one second hydrophobic binder, which may be the same as or different from the second hydrophobic binder can be.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die vierte, hydrophile Schicht einen zweiten Elektrokatalysator, der dem ersten Elektrokatalysator entsprechen kann oder von diesem verschieden sein kann, und ggf. mindestens ein viertes Bindemittel, welches dem zweiten Bindemittel entsprechen kann oder von diesem verschieden sein kann. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die vierte, hydrophile Schicht einen zweiten ionenleitenden Zusatz, der dem ersten ionenleitenden Zusatz entsprechen kann oder von diesem verschieden sein kann, insbesondere einen Kationen- oder Anionenaustauscher, und/oder zweite hydrophile Additive, insbesondere Metalloxide, welche den ersten hydrophilen Additiven entsprechen können oder verschieden sein können.According to certain embodiments, the fourth, hydrophilic layer comprises a second electrocatalyst, which may be the same as or different from the first electrocatalyst, and optionally at least a fourth binder, which may be the same as or different from the second binder. According to certain embodiments, the fourth, hydrophilic layer comprises a second ion-conducting additive, which may correspond to or be different from the first ion-conducting additive, in particular a cation or anion exchanger, and / or second hydrophilic additives, in particular metal oxides, which are the first hydrophilic additives may correspond or may be different.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen kontaktieren die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Separators. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist ein erster polarer Elektrolyt zumindest teilweise im ersten Separator enthalten. Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist der erste Separator durch den ersten polaren Elektrolyten aufgequollen.According to certain embodiments, the second hydrophilic layer of the first electrode and the fourth hydrophilic layer of the second electrode contact a first separator at least partially on opposite sides of the first separator. According to certain embodiments, a first polar electrolyte is at least partially contained in the first separator. According to certain embodiments, the first separator is swollen by the first polar electrolyte.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Elektrolyseanlage. Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst eine erfindungsgemäße Elektrolyseanlage eine Vielzahl von Elektrolysezellen, die entsprechend der beispielhaft aufgeführten Elektrolysezelle aufgebaut sein können.According to certain embodiments, the device according to the invention is an electrolysis system. According to certain embodiments, an electrolysis plant according to the invention comprises a multiplicity of electrolysis cells, which can be constructed in accordance with the exemplified electrolysis cell.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter mindestens eine Rückführeinrichtung, für das erste unpolare Lösungsmittel und/oder das erste organische Material, den ersten polaren Elektrolyten, ggf. weitere polare Elektrolyte und/oder ggf. das zweite unpolare Lösungsmittel und/oder das zweite organische Material, ggf. umfassend auch entsprechende Trenneinrichtungen und/oder Reinigungseinrichtungen zum Bereitstellen derselben.According to certain embodiments, the device according to the invention further comprises at least one recycling device, for the first nonpolar solvent and / or the first organic material, the first polar electrolyte, optionally further polar electrolytes and / or optionally the second non-polar solvent and / or the second organic Material, if appropriate, also comprising corresponding separating devices and / or cleaning devices for providing the same.

Gemäß bestimmten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung weiter eine externe Einrichtung zur Elektrolyt-Behandlung zumindest des ersten polaren Elektrolyten, ggf. mit einer Zufuhr für Verlust-Elektrolyt oder Bestandteile davon.According to certain embodiments, the device according to the invention further comprises an external device for the electrolyte treatment of at least the first polar electrolyte, optionally with a supply for lost electrolyte or constituents thereof.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung lassen sich eine Vielzahl elektrochemischer Umsetzungen organischer Verbindungen durchführen, von denen einige beispielhaft nachfolgend dargelegt sind.With the method according to the invention and the device according to the invention, a large number of electrochemical reactions of organic compounds can be carried out, some of which are set forth by way of example below.

Beispiele für kathodische Transformationen:Examples of cathodic transformations:

Viele organische Umwandlungen können elektrochemisch durchgeführt werden. Dazu können verschiedene Hydrierungsreaktionen polarer und unpolarer Mehrfachbindungen gehören. Auch reduktive Bindungsspaltungen sind möglich.Many organic transformations can be carried out electrochemically. These may include various hydrogenation reactions of polar and non-polar multiple bonds. Reductive bond cleavages are also possible.

Beispiele für anodische Transformationen:Examples of anodic transformations:

Auch Oxidationen von Alkoholen oder oxidativen Verbindungen sind möglich. Die Kolbe-Kopplung von Adipinsäure-Halbsäure-Ester zu Dialky-Sebacaten wurde in der Vergangenheit intensiv untersucht, konnte aber aufgrund der hohen Zellspannungen durch das Acetonitril-basierte Lösungsmittel nicht realisiert werden. Auch Alkine können oxidativ gekoppelt werden.Also oxidations of alcohols or oxidative compounds are possible. The Kolbe coupling of adipic acid half ester to dialkyl sebacates has been extensively studied in the past, but could not be realized because of the high cell voltages provided by the acetonitrile based solvent. Alkynes can also be coupled oxidatively.

Auch für pharmazeutische Synthesen ist das erfindungsgemäße Verfahren von Interesse, da hier durch das Vermeiden von in Lösung oder Suspension befindlichen Katalysatoren bei der Synthese entsprechend auch diese - beispielsweise bei Schwermetallkatalysatoren - im Produkt vermeiden lassen.The process according to the invention is also of interest for pharmaceutical syntheses since, in this case, by avoiding catalysts present in solution or suspension in the synthesis, these too can be avoided in the product, for example in the case of heavy metal catalysts.

Für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind - wie aus den obigen Variationen deutlich wird, verschiedene Zellkonzepte möglich, von denen einige nachfolgend beispielhaft beschrieben werden.As is clear from the above variations, various cell concepts are possible for the device according to the invention, some of which are described below by way of example.

Eine erste beispielhafte Ausführungsform einer Elektrolysezelle mit einer amphiphilen Elektrode ist in 1 schematisch dargestelltA first exemplary embodiment of an electrolytic cell with an amphiphilic electrode is shown in FIG 1 shown schematically

Hierbei umfasst eine Arbeitselektrode 1 eine erste lipophile Schicht 2, welche bevorzugt hydrophob ist und mit einer unpolaren Phase 5 in Kontakt ist, und eine zweite, hydrophile Schicht, welche mit einem ersten polaren Elektrolyten 6 in Kontakt ist. Der erste polare Elektrolyt ist zudem mit der Gegenelektrode 4 in Kontakt.This includes a working electrode 1 a first lipophilic layer 2 , which is preferably hydrophobic and with a nonpolar phase 5 in contact, and a second, hydrophilic layer, which with a first polar electrolyte 6 is in contact. The first polar electrolyte is also with the counter electrode 4 in contact.

Weitere an diese Ausführungsform angelehnte Ausführungsformen sind in 2 bis 4 gezeigt, wobei in diesen Ausführungsformen eine grundlegende Arbeitsweise für diese amphiphilen Elektroden in Kombination mit einer wasserverbrauchenden Gegenelektrode gezeigt ist, die H2 oder O2 entwickelt.Further embodiments based on this embodiment are in 2 to 4 and in these embodiments a basic operation for these amphiphilic electrodes is shown in combination with a water-consuming counter electrode that develops H 2 or O 2 .

In 2 wird hierbei die unpolare Phase durch den ersten Zellraum I geleitet, wobei aus einem organischen Material als Reagenz R ein unpolares Produkt P entsteht, während der erste polare Elektrolyt E durch den zweiten Zellraum II gepumpt wird. Der Aufbau in 3 entspricht zu einem großen Teil dem der 2, wobei die zweite Elektrode 4 an der ersten Elektrode 1 liegt, wobei hier entsprechend eine Isolation zwischen den beiden Elektroden vorliegt. Die zweite Elektrode 4 ist hierbei porös, damit der erste polare Elektrolyt E die erste Elektrode 1 kontaktieren kann. In 4 ist der Zellraum II in zwei Zellräume II, II+ aufgeteilt, wodurch die zweite Elektrode 4 umspült wird. Zum Schutz der ersten Elektrode 1 liegt die zweite Elektrode 4 an einem Separator S an.In 2 In this case, the nonpolar phase is passed through the first cell space I, wherein a nonpolar product P is formed from an organic material as the reagent R, while the first polar electrolyte E is formed by the second cell space II is pumped. The construction in 3 corresponds to a large part of the 2 , wherein the second electrode 4 at the first electrode 1 is located, in this case according to an insulation between the two electrodes is present. The second electrode 4 is porous, so that the first polar electrolyte E, the first electrode 1 can contact. In 4 is the cell space II in two cell spaces II II + split, creating the second electrode 4 is washed around. To protect the first electrode 1 lies the second electrode 4 at a separator S on.

Sinnvoller ist es jedoch, beide Elektroden in der Zelle mittels amphiphiler Elektroden auszuführen, wie in 5 und 6 beispielhaft gezeigt. In diesem Fall können beide Elektroden für elektrochemische Umwandlungen von unpolaren Reagenzien R1, R2 zu unpolaren Produkten P1, P2 an den amphiphilen Zellen als Kathode K und Anode A mit Zusatznutzen verwendet werden, wobei in 6 die beiden Elektroden einen gemeinsamen Separator S, hier beispielhaft als gemeinsame Membran mit enthaltenem polaren Elektrolyt, teilen. Der maximale Faraday-Wirkungsgrad beträgt dann 200%. Da es sich bei allen elektro-organischen Transformationen um Protonentransfers handelt, lassen sich die Transformationen in diesem Zelltyp in drei Kategorien einteilen. (Nachfolgend: RED: Reduktion; OX: Oxidation; REDOX: Redox-Reaktion; R: organischer Rest; Et: Ethyl)It makes more sense, however, to carry out both electrodes in the cell by means of amphiphilic electrodes, as in 5 and 6 shown by way of example. In this case, both electrodes can be used for electrochemical transformations of nonpolar reagents R1 . R2 to non-polar products P1 . P2 be used on the amphiphilic cells as the cathode K and anode A with additional benefits, in 6 the two electrodes have a common separator S , here exemplified as a common membrane with contained polar electrolyte share. The maximum Faraday efficiency is then 200%. Since all electro-organic transformations are proton transfers, the transformations in this cell type can be divided into three categories. (Hereinafter: RED: reduction, OX: oxidation, REDOX: redox reaction, R: organic radical, Et: ethyl)

Nicht wasserverbrauchende oder Wasser erzeugende Prozesse: In diesen Prozessen wird Wasser lokal in OH- oder H+ umgewandelt, das Wasser wird jedoch im Bulk-Elektrolyten regeneriert. Diese Systeme benötigen (theoretisch) keinen Elektrolyt.
z.B.: Aldehydreduktion + Kolbe-Kopplung der Adipinsäure RED: R-CHO + 2e- + 2H2O → R-CH2-OH + 2OH-
OX: 2 EtO2C- (CH2)4-CO2H → EtO2C- (CH2)8-CO2Et + 2e- + 2H+ + 2CO2 Elektrolyt: - 2H2O + 2OH- + 2H+ = 0
REDOX: R-COH + 2 EtO2C-(CH2)4-CO2H → R-CH2-OH + 2 CO2 + EtO2C- (CH2)8-CO2Et
Non-water-consuming or water-producing processes: In these processes, water is locally converted to OH - or H + , but the water is regenerated in the bulk electrolyte. These systems (theoretically) do not require an electrolyte.
eg: aldehyde reduction + Kolbe coupling of adipic acid RED: R-CHO + 2e - + 2H 2 O → R-CH 2 -OH + 2OH -
OX: 2 EtO 2 C- (CH 2 ) 4 -CO 2 H → EtO 2 C- (CH 2 ) 8 -CO 2 Et + 2e - + 2H + + 2CO 2 Electrolyte: - 2H 2 O + 2OH - + 2H + = 0
REDOX: R-COH + 2 EtO 2 C- (CH 2 ) 4 -CO 2 H → R-CH 2 -OH + 2 CO 2 + EtO 2 C- (CH 2 ) 8 -CO 2 Et

Wasser verbrauchende Prozesse: In diesen Prozessen wird Wasser insgesamt verbraucht. Der Elektrolyt muss daher kontinuierlich mit Wasser ergänzt werden.
z. B.: Aldehydreduktion + Alkoholoxidation
RED: R-CHO + 2e- + 2 H2O → R-CH2-OH + 2OH- | x2
OX: R-CH2-OH + H2O → R-COOH + 4e- + 4H+
Elektrolyt: - 2H2O + 2OH- -H2O + 2H+ = - H2O
REDOX: 2 R-COH + R-CH2-OH + H2O → 2 R-CH2-OH + R-COOH
Water-consuming processes: In these processes, water is consumed overall. The electrolyte must therefore be continuously supplemented with water.
z. For example: aldehyde reduction + alcohol oxidation
RED: R-CHO + 2e - + 2H 2 O → R-CH 2 -OH + 2OH - | x2
OX: R-CH 2 -OH + H 2 O → R-COOH + 4e - + 4H +
Electrolyte: - 2H 2 O + 2OH - -H 2 O + 2H + = - H 2 O.
REDOX: 2 R-COH + R-CH 2 -OH + H 2 O → 2 R-CH 2 -OH + R-COOH

Wasser erzeugende Prozesse: In diesen Prozessen wird Wasser insgesamt freigesetzt. Der Elektrolyt muss also kontinuierlich konzentriert werden.
z. B.: Nitro-Reduktion + oxidative Alkin-Kopplung
RED: R-NO2 + 6e- + 4 H2O → R-NH2 + 6OH-
OX: 2R-CCH → R-CC-CC- R + 2e- + 2H+ | x3
Elektrolyt: - 4H2O + 6OH- + 6H+ = + 2H2O
REDOX: R-NO2 + 6 R-CCH → R-NH2 + 3 R-CC-CC- R + 2 H2O
Water-producing processes: In these processes, water is released overall. The electrolyte must therefore be concentrated continuously.
z. For example: nitro reduction + oxidative alkyne coupling
RED: R-NO 2 + 6e - + 4H 2 O → R-NH 2 + 6OH -
OX: 2R-CCH → R-CC-CC-R + 2e - + 2H + | x3
Electrolyte: - 4H 2 O + 6OH - + 6H + = + 2H 2 O
REDOX: R-NO 2 + 6 R-CCH → R-NH 2 + 3 R-CC-CC-R + 2 H 2 O

Weitere mögliche Anwendungen des erfindungsgemäßen Verfahrens wie auch der erfindungsgemäßen Vorrichtung finden sich beispielsweise in Fritz Beck, Berichte der Bunsen-Gesellschaft 1973,77 (10/11), 810-817 ; F. Beck, H. Guthke Chemie-Ing. - Technik. 1969, 41 (17), 943-950 ; DE1643693A1 ; DE2023080A1 ; DE2336288A1 ; DE2345461A1 ; und DE3615472A1 .Further possible applications of the method according to the invention as well as the device according to the invention can be found, for example, in US Pat Fritz Beck, reports of the Bunsen Society 1973, 77 (10/11), 810-817 ; F. Beck, H. Guthke Chemical-Ing. - Technology. 1969, 41 (17), 943-950 ; DE1643693A1 ; DE2023080A1 ; DE2336288A1 ; DE2345461A1 ; and DE3615472A1 ,

Hierbei zeichnet sich die vorliegende Erfindung in der Verwendung spezieller Elektroden zur Durchführung elektroorganischer Redoxprozesse an einer Phasengrenze aus.Here, the present invention is characterized in the use of special electrodes for performing electro-organic redox processes at a phase boundary.

Die obigen Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung. Insbesondere wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.The above embodiments, refinements and developments can, if appropriate, be combined with one another as desired. Further possible refinements, developments and implementations of the invention also include combinations of features of the invention which have not been explicitly mentioned above or described below with regard to the exemplary embodiments. In particular, the person skilled in the art will also add individual aspects as improvements or additions to the respective basic form of the present invention.

Die Erfindung wird im Anschluss mit Bezug auf verschiedene Beispiele davon weiter im Detail erläutert. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.The invention will be further explained in detail with reference to various examples thereof. However, the invention is not limited to these examples.

BeispieleExamples

Beispiel 1example 1

Ein beispielhafter Zellaufbau wurde gemäß 1 realisiert.An exemplary cell construction was made according to 1 realized.

Hierbei wurde die Elektroreduktion von Nitrobenzol zu Anilin demonstriert. Der erste polare Elektrolyt wurde durch eine wässrige 0,5M K2SO4 Lösung realisiert. Die Gegenelektrode, ein mit IrO2 beschichtetes Ti-Blech, als zweite Elektrode verbrauchte Wasser in einer 2,5M KOH und wurde durch ein CEM, Nafion N11, getrennt, um eine Reoxidation des teilweise wasserlöslichen Produkts Anilin zu vermeiden. Die unpolare organische Phase war eine 5M Lösung von Nitrobenzol in Diethylether (50-fache Konzentration im Vergleich zur maximalen Löslichkeit in reinem Wasser). Die Phasen wurden auf beiden Seiten der Arbeitselektrode als erste Elektrode entlang gepumpt. Diese bestand aus einer Kohlenstoff-GDL (Freudenberg H23 C2) als hydrophobe Schicht (in Kontakt mit der unpolaren Phase) und einem an Anionenaustauscherharz gebundenen dendritischen Kupfer-Katalysator als hydrophile Schicht (in Kontakt mit dem ersten polaren Elektrolyten). Der an Anionenaustauscherharz gebundene dendritische Kupfer-Katalysator wurde beschrieben in: „Selective Electroreduction of CO2 toward Ethylene on Nano-Dendritic Copper Catalysts at High Current Density“; Christian Reller, Ralf Krause, Elena Volkova, Bernhard Schmid, Sebastian Neubauer, Andreas Rucki, Manfred Schuster, und Günter Schmid; Adv. Energy Mater. 2017, 1602114 Here, the electro-reduction of nitrobenzene to aniline was demonstrated. The first polar electrolyte was realized by an aqueous 0.5M K 2 SO 4 solution. The counterelectrode, a Ti sheet coated with IrO 2 , as second electrode, consumed water in a 2.5M KOH and was passed through a CEM, Nafion N11 , separated to avoid reoxidation of the partially water-soluble product aniline. The non-polar organic phase was a 5M solution of nitrobenzene in diethyl ether (50-fold concentration compared to the maximum solubility in pure water). The phases were pumped along on both sides of the working electrode as a first electrode. This consisted of a carbon GDL (Freudenberg H23 C2 ) as a hydrophobic layer (in contact with the nonpolar phase) and a dendritic copper catalyst bound to anion exchange resin as a hydrophilic layer (in contact with the first polar electrolyte). The dendritic copper catalyst bound to anion exchange resin has been described in: "Selective Electroruction of CO2 toward Ethylene on Nano-Dendritic Copper Catalysts at High Current Density"; Christian Reller, Ralf Krause, Elena Volkova, Bernhard Schmid, Sebastian Neubauer, Andreas Rucki, Manfred Schuster, and Günter Schmid; Adv. Energy Mater. 2017, 1602114

In 7 ist das Arbeitselektrodenpotential EWE gegenüber einer Silber-Silberchlorid-Elektrode bei der Nitrobenzol-Bulkelektrolyse gezeigt.In 7 is the working electrode potential E WE versus a silver-silver chloride electrode in nitrobenzene bulk electrolysis.

Die Versorgung mit organischer Phase wurde 3 min nach dem Strom zugeschaltet. Ein spontaner Anstieg des Arbeitselektrodenpotentials wird beobachtet, der darauf hinweist, dass die Elektrode von Wasserstoffproduktion auf Nitroreduktion umgestellt hat. Auch das Absinken der Gasentwicklung an der Arbeitselektrode wurde beobachtet.The supply of organic phase was switched on 3 min after the current. A spontaneous increase in working electrode potential is observed, indicating that the electrode has switched from hydrogen production to nitro reduction. Also, the decrease in gas evolution at the working electrode was observed.

Nach 38min wurde die organische Phase gestoppt, was zu einer irreversiblen Tränkung der gesamten Elektrode in der wässrigen Phase führte. Nach dem Einschalten konnte die Zufuhr nicht mehr fortgesetzt werden, was zeigt, dass das Substrat tatsächlich direkt aus der organischen Phase zugeführt wird und nicht durch Extraktion des Substrats in die wässrige Phase.After 38 minutes, the organic phase was stopped, resulting in irreversible impregnation of the entire electrode in the aqueous phase. After switching on, the supply could not be continued, which shows that the substrate is actually supplied directly from the organic phase and not by extraction of the substrate into the aqueous phase.

Eine 1H NMR-Analyse der wässrigen und organischen Phase zeigte, dass das einzige Produkt dieser Umwandlung Anilin war. 8 zeigt das NMR-Spektrum der organischen Phase nach der Elektrolyse. Außer Anilin werden keine Produkte beobachtet.A 1H NMR analysis of the aqueous and organic phases showed that the only product of this transformation was aniline. 8th shows the NMR spectrum of the organic phase after electrolysis. No aniline products are observed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 1643693 A1 [0122]DE 1643693 A1 [0122]
  • DE 2023080 A1 [0122]DE 2023080 A1 [0122]
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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Beck et al. betreffen sehr dünne Kapillarzellen, wie beispielsweise in Fritz Beck, Berichte der Bunsen-Gesellschaft 1973, 77 (10/11), S. 810-817 [0009]Beck et al. concern very thin capillary cells, as for example in Fritz Beck, reports of Bunsen Society 1973, 77 (10/11), pp. 810-817 [0009]
  • F. Beck, H. Guthke, Chemie-Ing.-Techn. 1969, 41 (17), S. 943-950 [0009]F. Beck, H. Guthke, Chemical Engineering Techn. 1969, 41 (17), p. 943-950 [0009]
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  • F. Beck, H. Guthke Chemie-Ing. - Technik. 1969, 41 (17), 943-950 [0122]F. Beck, H. Guthke Chemical-Ing. - Technology. 1969, 41 (17), 943-950 [0122]

Claims (15)

Verfahren zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, umfassend Einbringen des ersten organischen Materials in das erste unpolare Lösungsmittel zur Herstellung einer ersten organischen Lösung oder Mischung; Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und - eine zweite Elektrode; Einbringen der ersten organischen Lösung oder Mischung in die Elektrolysezelle derart, dass die erste organische Lösung oder Mischung die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert; Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials und/oder des ersten unpolaren Lösungsmittels an der ersten Elektrode; oder Bereitstellen einer Elektrolysezelle umfassend - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und - eine zweite Elektrode; Einbringen des ersten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas in die Elektrolysezelle derart, dass das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert; Einbringen eines ersten polaren Elektrolyten in die Elektrolysezelle derart, dass der erste polare Elektrolyt die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die zweite Elektrode kontaktiert; und Elektrochemische Umsetzung des ersten organischen Materials an der ersten Elektrode; wobei - das erste unpolare Lösungsmittel und der erste polare Elektrolyt oder - das erste organische Material als Flüssigkeit oder Gas und der erste polare Elektrolyt zueinander eine erste Phasengrenze ausbilden, welche derart ausgebildet wird, dass die erste Phasengrenze bei der elektrochemischen Umsetzung zumindest teilweise innerhalb der ersten Elektrode, bevorzugt an einer Grenzfläche zwischen der ersten, lipophilen Schicht und der zweiten, hydrophilen Schicht, liegt.A method of electrochemically reacting a first organic material which is soluble in or miscible with a first nonpolar solvent Introducing the first organic material into the first nonpolar solvent to produce a first organic solution or mixture; Providing an electrolytic cell comprising a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and a second electrode; Introducing the first organic solution or mixture into the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture contacts the first lipophilic layer of the first electrode; Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and Electrochemically reacting the first organic material and / or the first nonpolar solvent on the first electrode; or Providing an electrolytic cell comprising a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and a second electrode; Introducing the first organic material as a liquid or gas into the electrolytic cell such that the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode; Introducing a first polar electrolyte into the electrolytic cell such that the first polar electrolyte contacts the second hydrophilic layer of the first electrode and the second electrode; and Electrochemical conversion of the first organic material at the first electrode; in which the first nonpolar solvent and the first polar electrolyte or - The first organic material as a liquid or gas and the first polar electrolyte form a first phase boundary to each other, which is formed such that the first phase boundary in the electrochemical reaction at least partially within the first electrode, preferably at an interface between the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste polare Elektrolyt flüssig ist und insbesondere Wasser und ggf. mindestens ein Salz enthält.Method according to Claim 1 , wherein the first polar electrolyte is liquid and in particular contains water and optionally at least one salt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Elektrode einen ersten Stromabnehmer umfasst, welcher nicht mit der zweiten, hydrophilen Schicht in Kontakt ist.Method according to Claim 1 or 2 wherein the first electrode comprises a first current collector which is not in contact with the second hydrophilic layer. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste, lipophile Schicht im Wesentlichen keine katalytische Aktivität für den ersten polaren Elektrolyten aufweist, und/oder wobei die erste, lipophile Schicht hydrophobe, bevorzugt leitfähige, erste Partikel und/oder mindestens ein erstes hydrophobes Bindemittel umfasst.Method according to one of Claims 1 to 3 wherein the first, lipophilic layer has substantially no catalytic activity for the first polar electrolyte, and / or wherein the first lipophilic layer comprises hydrophobic, preferably conductive, first particles and / or at least one first hydrophobic binder. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die zweite, hydrophile Schicht einen ersten Elektrokatalysator und ggf. mindestens ein zweites Bindemittel umfasst, und/oder wobei die zweite, hydrophile Schicht einen ersten ionenleitenden Zusatz, insbesondere einen Kationen- oder Anionenaustauscher, und/oder erste hydrophile Additive, insbesondere Metalloxide, umfasst.Method according to one of Claims 1 to 4 wherein the second, hydrophilic layer comprises a first electrocatalyst and optionally at least one second binder, and / or wherein the second, hydrophilic layer comprises a first ion-conducting additive, in particular a cation or anion exchanger, and / or first hydrophilic additives, in particular metal oxides, includes. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise kontaktiert.Method according to one of Claims 1 to 5 wherein the second, hydrophilic layer of the first electrode at least partially contacts a first separator. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die zweite Elektrode mindestens eine dritte, lipophile Schicht und mindestens eine vierte, hydrophile Schicht umfasst, wobei die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, wobei der erste polare Elektrolyt die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert, weiter umfassend ein Einbringen - eines zweiten organischen Materials als Flüssigkeit oder Gas, oder - einer zweiten organischen Lösung oder Mischung umfassend ein zweites organisches Material, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, und ein zweites unpolares Lösungsmittel, in die Elektrolysezelle derart, dass das erste organische Material oder die zweite organische Lösung oder Mischung die dritte, lipophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert, wobei das zweite organische Material und/oder das zweite unpolare Lösungsmittel, oder - das zweite organische Material an der zweiten Elektrode elektrochemisch umgesetzt werden.Method according to one of Claims 1 to 6 wherein the second electrode comprises at least a third, lipophilic layer and at least a fourth, hydrophilic layer, wherein the third, lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer are preferably porous, wherein the first polar electrolyte contacts the fourth, hydrophilic layer of the second electrode further comprising introducing a second organic material as a liquid or gas, or a second organic solution or mixture comprising a second organic material which is soluble in or miscible with a second nonpolar solvent, and a second nonpolar solvent the electrolysis cell such that the first organic material or the second organic solution or mixture contacts the third, lipophilic layer of the second electrode, wherein the second organic material and / or the second nonpolar solvent, or - the second organic material at the second electrode electrochemically umgese be protected. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Separators kontaktieren, bevorzugt wobei der erste polare Elektrolyt zumindest teilweise im ersten Separator enthalten ist, weiter bevorzugt wobei der erste Separator durch den ersten polaren Elektrolyten aufgequollen ist.Method according to Claim 7 wherein the second hydrophilic layer of the first electrode and the fourth hydrophilic layer of the second electrode contact a first separator at least partially on opposite sides of the first separator, preferably wherein the first polar electrolyte is at least partially contained in the first separator; more preferably wherein the first separator is swollen by the first polar electrolyte. Vorrichtung zur elektrochemischen Umsetzung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, umfassend eine Elektrolysezelle, wobei die Elektrolysezelle - eine poröse erste Elektrode umfassend mindestens eine erste, lipophile Schicht und mindestens eine zweite, hydrophile Schicht, wobei die erste, lipophile Schicht und die zweite, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, und - eine zweite Elektrode umfasst; mindestens eine erste Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer ersten Lösung oder Mischung eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines ersten organischen Materials, welches in einem ersten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, die dazu ausgebildet ist, die erste Lösung oder Mischung des ersten organischen Materials in oder mit dem ersten unpolaren Lösungsmittel, oder das erste organische Material, zur Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass die erste organische Lösung oder Mischung oder das erste organische Material die erste, lipophile Schicht der ersten Elektrode kontaktiert; und mindestens eine erste Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden ersten Lösung oder Mischung und ggf. mindestens eines ersten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, oder des verbleibenden ersten organischen Materials und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder des verbleibenden ersten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines ersten Produkts, oder mindestens eines ersten Produkts, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende erste Lösung oder Mischung und ggf. mindestens das erste Produkt der elektrochemischen Umsetzung des ersten organischen Materials und ggf. des ersten unpolaren Lösungsmittels, oder das verbleibende erste organische Material und ggf. mindestens das erste Produkt, oder das verbleibende erste unpolare Lösungsmittel und ggf. mindestens das erste Produkt, oder mindestens das erste Produkt aus der Elektrolysezelle abzuführen.Apparatus for electrochemically reacting a first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent comprising an electrolytic cell, the electrolytic cell a porous first electrode comprising at least a first, lipophilic layer and at least one second, hydrophilic layer, wherein the first, lipophilic layer and the second, hydrophilic layer are preferably porous, and a second electrode comprises; at least one first supply means for supplying a first solution or mixture of a first organic material which is soluble in or miscible with a first non-polar solvent, in or with a first non-polar solvent, or for the supply of a first organic material which is in soluble or miscible with a first non-polar solvent adapted to supply the first solution or mixture of the first organic material in or with the first non-polar solvent, or the first organic material, to the electrolytic cell such that the first organic solution or mixture or the first organic material contacts the first lipophilic layer of the first electrode; and at least one first discharge device for discharging the remaining first solution or mixture and optionally at least one first product of the electrochemical conversion of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent, or the remaining first organic material and optionally at least one first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least one first product, or at least one first product, which is formed, the remaining first solution or mixture and optionally at least the first product of the electrochemical reaction of the first organic material and optionally the first nonpolar solvent, or the remaining first organic material and optionally at least the first product, or the remaining first nonpolar solvent and optionally at least the first product, or at least to remove the first product from the electrolysis cell. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die erste Elektrode einen ersten Stromabnehmer umfasst, welcher nicht mit der zweiten, hydrophilen Schicht in Kontakt ist.Device after Claim 9 wherein the first electrode comprises a first current collector which is not in contact with the second hydrophilic layer. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die erste, lipophile Schicht hydrophobe, bevorzugt leitfähige, erste Partikel und/oder mindestens ein erstes hydrophobes Bindemittel umfasst.Device after Claim 9 or 10 wherein the first lipophilic layer comprises hydrophobic, preferably conductive, first particles and / or at least one first hydrophobic binder. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite, hydrophile Schicht einen ersten Elektrokatalysator und ggf. mindestens ein zweites Bindemittel umfasst, und/oder wobei die zweite, hydrophile Schicht einen ersten ionenleitenden Zusatz, insbesondere einen Kationen- oder Anionenaustauscher, und/oder erste hydrophile Additive, insbesondere Metalloxide, umfasst.Device according to one of Claims 9 to 11 wherein the second, hydrophilic layer comprises a first electrocatalyst and optionally at least one second binder, and / or wherein the second, hydrophilic layer comprises a first ion-conducting additive, in particular a cation or anion exchanger, and / or first hydrophilic additives, in particular metal oxides, includes. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise kontaktiert.Device according to one of Claims 9 to 12 wherein the second, hydrophilic layer of the first electrode at least partially contacts a first separator. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die zweite Elektrode mindestens eine dritte, lipophile Schicht und mindestens eine vierte, hydrophile Schicht umfasst, wobei die dritte, lipophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht bevorzugt porös sind, wobei sich die zweite, hydrophile Schicht und die vierte, hydrophile Schicht in der Elektrolysezelle gegenüberliegen, sich bevorzugt jedoch nicht kontaktieren, weiter umfassend mindestens eine weitere Zuführeinrichtung für die Zufuhr einer zweiten Lösung oder Mischung eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, in oder mit einem zweiten unpolaren Lösungsmittel, oder für die Zufuhr eines zweiten organischen Materials, welches in einem zweiten unpolaren Lösungsmittel löslich ist oder mit diesem mischbar ist, die dazu ausgebildet ist, die zweite Lösung oder Mischung des zweiten organischen Materials in oder mit dem zweiten unpolaren Lösungsmittel, oder das zweite organische Material, zur Elektrolysezelle derart zuzuführen, dass die zweite organische Lösung oder Mischung oder das zweite organische Material die dritte, lipophile Schicht der zweiten Elektrode kontaktiert; und mindestens eine weitere Abführeinrichtung für das Abführen der verbleibenden zweiten Lösung oder Mischung und ggf. mindestens eines zweiten Produkts der elektrochemischen Umsetzung des zweiten organischen Materials und ggf. des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder des verbleibenden zweiten organischen Materials und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder des verbleibenden zweiten unpolaren Lösungsmittels und ggf. mindestens eines zweiten Produkts, oder mindestens eines zweiten Produkts, die dazu ausgebildet ist, die verbleibende zweite Lösung oder Mischung und ggf. mindestens das zweite Produkt der elektrochemischen Umsetzung des zweiten organischen Materials und ggf. des zweiten unpolaren Lösungsmittels, oder das verbleibende zweite organische Material und ggf. mindestens das zweite Produkt, oder das verbleibende zweite unpolare Lösungsmittel und ggf. mindestens das zweite Produkt, oder mindestens das zweite Produkt aus der Elektrolysezelle abzuführen.Device according to one of Claims 9 to 13 wherein the second electrode comprises at least a third, lipophilic layer and at least a fourth, hydrophilic layer, wherein the third, lipophilic layer and the fourth, hydrophilic layer are preferably porous, wherein the second, hydrophilic layer and the fourth, hydrophilic layer in opposite to the electrolysis cell, but preferably does not contact, further comprising at least one further feed device for supplying a second solution or mixture of a second organic material which is soluble in a second non-polar solvent or is miscible with this, in or with a second non-polar solvent , or for the supply of a second organic material, which is soluble in or miscible with a second non-polar solvent, which is adapted to the second solution or mixture of the second organic material in or with the second non-polar solvent, or the second organic Mat erial supply to the electrolytic cell such that the second organic solution or mixture or the second organic material contacts the third, lipophilic layer of the second electrode; and at least one further removal device for discharging the remaining second solution or mixture and optionally at least one second product of the electrochemical reaction of the second organic material and optionally the second nonpolar solvent, or the remaining second organic material and optionally at least one second product, or the remaining second non-polar solvent and optionally at least one second product, or at least one second product formed, the remaining second solution or mixture and optionally at least the second product of the electrochemical reaction of the second organic material and optionally the second nonpolar solvent, or the remaining second organic material and optionally at least the second product, or the remaining second non-polar solvent and optionally at least the second product, or at least the second product to be removed from the electrolysis cell. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei die zweite, hydrophile Schicht der ersten Elektrode und die vierte, hydrophile Schicht der zweiten Elektrode einen ersten Separator zumindest teilweise auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Separators kontaktieren, bevorzugt wobei ein erster polarer Elektrolyt zumindest teilweise im ersten Separator enthalten ist, weiter bevorzugt wobei der erste Separator durch den ersten polaren Elektrolyten aufgequollen ist. Device after Claim 14 wherein the second, hydrophilic layer of the first electrode and the fourth, hydrophilic layer of the second electrode contact a first separator at least partially on opposite sides of the first separator, preferably wherein a first polar electrolyte is at least partially contained in the first separator, more preferably wherein the first first separator is swollen by the first polar electrolyte.
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