DE102019127294B3

DE102019127294B3 - Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und Stromspeicherung

Info

Publication number: DE102019127294B3
Application number: DE102019127294.7A
Authority: DE
Inventors: Thomas Weimer
Original assignee: Spiraltec GmbH
Current assignee: Spiraltec GmbH
Priority date: 2019-10-10
Filing date: 2019-10-10
Publication date: 2021-01-14
Anticipated expiration: 2039-10-11
Also published as: DE202020103134U1; CN114556647B; EP4042502A1; WO2021069401A1; CN114556647A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung mit mindestens einem gewickelten Modul, das mindestens 2n, n≥ 2, durch mindestens eine Membranfolie getrennte Halbzellen aufweist, die jeweils von flüssigen Elektrolyten mit je mindestens einer von mindestens zwei redoxaktiven Substanzen, die über eine Redoxreaktion miteinander wechselwirken, durchströmt werden, wobei die mindestens 2n getrennten Halbzellen gebildet sind durch aufeinander folgendes Aufwickeln in der nachfolgenden Reihenfolge von mindestens:- einem Abschnitt einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie (1, 1a),- nachfolgend einem ersten Abschnitt mindestens einer Membranfolie (2),- nachfolgend (n-1) mal im Wechsel einem Abschnitt mindestens einer Bipolarfolie (3) und einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2),- nachfolgend einem Abschnitt mindestens einer zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie (1, 1b),- nachfolgend in Wickelrichtung einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2),- nachfolgend (n-1) mal im Wechsel einem Abschnitt der mindestens einen Bipolarfolie (3) und einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2), auf einen Zentralkörper (4), wobei durch jeweils mindestens einen Abstandshalter jeweils Strömungskanäle (5) zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Bipolarfolienabschnitten (3) und zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Umlenkfolienabschnitten (1) nach dem Aufwickeln gebildet sind, und die jeweiligen Abschnitte voneinander losgelöste Teilstücke der jeweiligen Folien sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung und ein Verfahren zur Stromerzeugung.
Mit einer aufladbaren Batterie kann elektrische Energie in chemischer Form gespeichert werden. Mit einer nicht aufladbaren Batterie oder Brennstoffzelle kann elektrische Energie aus chemisch gebundener Energie erzeugt werden.
Die Druckschrift JP 2003/123823 A beschreibt eine Redoxflussbatterie, die als Sekundärbatterie verwendet wird. Diese Redoxflussbatterie umfasst eine spiralförmig gewalzte laminierte Folie, die fest zwischen einen Stapelbehälter und eine Inneschalenstruktur gedrückt ist. Dabei weist diese laminierte Folie eine Isolierfolie, eine Kupferplatte für eine nach innen laminierte Kollektorplatte und fünf Schichten von laminierten Einheitszellkörpern auf. Dabei ist vorgesehen, dass jeder laminierte Einheitszellkörper eine elektrisch leitfähige Schicht aufweist, die elektrisch durchlässig und gegenüber einer Elektrodenflüssigkeit dicht ist. Weiterhin umfasst der laminierte Einheitszellkörper einen Kohlenstoffelektrodenfilm und eine Ionenaustauschermembran.
Vor diesem Hintergrund werden eine Vorrichtung und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgestellt. Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung mit mindestens einem gewickelten Modul ausgebildet. Das Modul weist mindestens 2n, n ≥ 2, durch mindestens eine Membranfolie getrennte Halbzellen auf, die jeweils von flüssigen Elektrolyten mit je mindestens einer von mindestens zwei redoxaktiven Substanzen, bspw. Fluiden, die über eine Redoxreaktion miteinander wechselwirken, durchströmt werden. Die mindestens 2n getrennten Halbzellen sind durch aufeinander folgendes Aufwickeln in der nachfolgenden Reihenfolge gebildet und weisen mindestens:

- einen Abschnitt (Umlenkfolienabschnitt) einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie,
- nachfolgend einen ersten elektrisch isolierenden Membranfolienabschnitt mindestens einer Membranfolie,
- nachfolgend n-1-mal im Wechsel einen elektrisch leitfähigen Bipolarfolienabschnitt mindestens einer elektrisch leitfähigen bzw. leitenden Bipolarfolie und einen Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie bzw. mindestens einer weiteren Membranfolie,
- nachfolgend einen Abschnitt (Umlenkfolienabschnitt) mindestens einer zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie,
- nachfolgend in Wickelrichtung einen Membranfolienabschnitt der mindestens einen bzw. mindestens einer weiteren Membranfolie,
- nachfolgend n-1-mal im Wechsel einen Bipolarfolienabschnitt der mindestens einen bzw. mindestens einer weiteren elektrisch leitfähigen Bipolarfolie und einen Membranfolienabschnitt der mindestens einen bzw. der mindestens einen weiteren Membranfolie,

Die redoxaktiven Substanzen liegen in einem Fluid vor, d. h. sie können in einem Lösungsmittel gelöst sein und/oder in einem Gemisch als Emulsion oder Suspension vorliegen.
Die vorgestellte elektrochemische Vorrichtung ist zur Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung ausgebildet, wobei die Vorrichtung von flüssigen Elektrolyten durchströmt werden kann. Dabei ist diese Vorrichtung gewickelt und entsprechend mehrlagig ausgebildet. Hierbei ist eine nahezu gleichmäßige Durchströmung der Halbzellen mit den Elektrolyten und eine gleichmäßige Strombelastung der Bipolarfolien und der Umlenkfolien, die hier als Elektroden verwendet werden und/oder ausgebildet sind, gewährleistet.
Bei dieser Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung sind bzw. werden die jeweiligen Membranfolienabschnitte, die Bipolarfolienabschnitte und die Umlenkfolienabschnitte in der zum Aufwickeln gegebenen bzw. voranstehend beschriebenen Reihenfolge flüssigkeitsdicht am Zentralkörper befestigt, wobei die Bipolarfolienabschnitte und die Umlenkfolienabschnitte elektrisch gegeneinander isoliert aufgenommen und fixiert sind. Im Folgenden werden die Abschnitte der jeweiligen Membranfolien übergreifend als Membranfolienabschnitte, die Abschnitte der jeweiligen elektrisch leitfähigen Bipolarfolien als Bipolarfolienabschnitte bezeichnet.
Im Folgenden werden die elektrisch leitenden Bipolarfolien auch lediglich als Bipolarfolien und die elektrisch leitenden Umlenkfolien auch lediglich als Umlenkfolien bezeichnet.
Außerdem ist es möglich, dass die Membranfolienabschnitte, die Bipolarfolienabschnitte und die Umlenkfolienabschnitte entweder in dem und/oder am Zentralköper vorgesehenen jeweiligen Ausnehmungen mit jeweils mindestens einem elastischen Abdichtelement befestigt sind oder zwischen mindestens jeweils einem starren Abdichtprofil und dem Zentralkörper dicht eingespannt sind bzw. werden.
In Ausgestaltung sind die Abschnitte der jeweiligen elektrisch leitenden Umlenkfolien am Wickelanfang mit elektrisch leitenden Profilen zur Ausleitung eines elektrischen Stroms aus der Vorrichtung elektrisch leitend verbunden und die elektrisch leitenden Profile am Zentralkörper befestigt. Dabei können zusätzliche elastische Dichtprofile zur sicheren Vermeidung eines Kontakts der elektrisch leitenden Profile mit einem der flüssigen Elektrolyten vorhanden sein und die elektrisch leitenden Profile an mindestens einer Stirnseite aus dem mindestens einen gewickelten Modul herausragen.
In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung sind die Abschnitte der jeweiligen elektrisch leitenden Umlenkfolien jeweils als doppelte einen Zwischenraum einschließende bzw. umschließende Folienabschnitte bzw. Umlenkfolienabschnitte ausgebildet, wobei in den jeweiligen Zwischenräumen je mindestens ein elektrisch leitendes Profil zur Ausleitung eines elektrischen Stroms aus der Vorrichtung angebracht wird bzw. ist, wobei das jeweilige mindestens eine Profil nach dem Aufwickeln auf mindestens einer Stirnseite aus dem mindestens einen gewickelten Modul herausragt und in dem mindestens einen gewickelten Modul durch die jeweiligen doppelten Folienabschnitte der jeweiligen Umlenkfolien vor einem Kontakt mit einem der flüssigen Elektrolyten geschützt ist.
Es ist ebenfalls möglich, dass der Zentralkörper 2n Zulauföffnungen und 2n Ablauföffnungen an mindestens einer Stirnseite des mindestens einen gewickelten Moduls umfasst, die jeweils mit genau einem der Strömungskanäle zwischen den Membranfolienabschnitten und den elektrisch leitenden Bipolarfolienabschnitten und zwischen den Membranfolienabschnitten und den Umlenkfolienabschnitten verbunden sind.
Üblicherweise kann der Zentralkörper einteilig aus einem chemisch resistenten und elektrisch isolierenden Extrusionsprofil ausgebildet sein.
In möglicher Ausgestaltung bildet eine Strukturierung der Oberfläche der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte und Bipolarfolienabschnitte den jeweiligen mindestens einen Abstandshalter, der mindestens einen Strömungskanal für die Elektrolyten in den Halbzellen definiert.
Der jeweilige mindestens eine Abstandshalter, der mindestens einen Strömungskanal für die Elektrolyten in den Halbzellen definiert, ist bspw. aus Filzen, Vliesen, biplanaren Gittern und/oder Geweben und/oder Papieren gebildet.
In einer möglichen Ausgestaltung sind an einem Wickelende der erste Abschnitt der mindestens einen Membranfolie und derjenige Abschnitt der mindestens einen Membranfolie, der zusammen mit dem ersten Abschnitt der mindestens einen Membranfolie den Abschnitt der ersten leitenden Umlenkfolie direkt umgibt, dicht miteinander verbunden, wobei die verbundenen Membranfolienabschnitte über einen gekürzten Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie herausragen, sodass Abstandshalter den Elektrolyten bzw. das Elektrolyt, der bzw. das zwischen den beiden verbundenen Membranfolienabschnitten strömt, am Wickelende zwischen den verbundenen Membranfolienabschnitten um den nun eingehüllten und gekürzten Abschnitt der ersten leitenden Umlenkfolie umlenken.
Hierbei ist es möglich, dass nacheinander die jeweils direkt benachbarten Abschnitte der mindestens einen Bipolarfolie oder der mindestens einen Membranfolie von einem dichten Folienverbund aus Bipolarfolien oder Membranfolien ebenfalls derart dicht verbunden werden bzw. sind, dass Abstandshalter den strömenden Elektrolyten bzw. das strömende Elektrolyt am Wickelende zwischen den beiden verbundenen Membranfolien- oder Bipolarfolienabschnitten um den eingehüllten Folienverbund umlenken und abschliessend der Abschnitt der dann einzig noch nicht verbundenen zweiten leitenden Umlenkfolie mit sich selbst die Wicklung nach außen abdichtend derart dicht verbunden wird bzw. ist, dass Abstandshalter den in der Halbzelle mit diesem Umlenkfolienabschnitt strömenden Elektrolyten am Wickelende um den eingehüllten Folienverbund umlenken. Folglich ist mindestens ein Abstandshalter dazu ausgebildet, den bzw. das Elektrolyt jeweils um mindestens Folie bzw. mindestens einen Folienabschnitt umzulenken.
Außerdem können Stirnseiten des mindestens einen gewickelten Moduls mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse derart abgedichtet sein, dass entweder durch geeignete Gussformen und/oder Einleger in eine Gießform eine Zufuhr und Abfuhr von Flüssigkeit, insbesondere der Elektrolyten, zu den Strömungskanälen am Zentralkörper sowie eine Stromleitung zu den Umlenkfolienabschnitten durch die elektrisch leitenden Profile gewährleistet wird, oder dass nach dem Verguss durch entsprechende Bohrungen die Strömungskanäle und die elektrisch leitenden Profile freigelegt werden bzw. sind.
Üblicherweise sind die Membranfolienabschnitte in Abhängigkeit von der Redoxreaktion, einem gewählten Lösungsmittel und einer gewünschten Ionenleitung gewählt, wobei die Membran der Membranfolienabschnitte insbesondere aus einer Gruppe bestehend aus dichten Anionentauschermembranen oder Kationentauschermembranen, Porenmembranen ausgewählt ist und beliebige ein- oder mehrlagige Kombinationen dieser Typen (Membrantypen) von Membranen sind, wobei die Porenmembranen und/oder Zwischenräume von mehrlagigen Membranen mit einer ionenleitenden Flüssigkeit gefüllt sein können. Jeweils zwei Lagen einer mehrlagigen Membranfolie umschließen einen Zwischenraum zur Aufnahme eines Fluids bzw. einer Flüssigkeit. Die ionenleitende Flüssigkeit kann als Sperrfluid ausgebildet sein.
In Ausgestaltung sind elektrisch leitende Flachfolien als jeweilige elektrisch leitende Umlenkfolienabschnitte und/oder Bipolarfolienabschnitte eingesetzt. Außerdem sind die als Elektroden fungierenden Umlenkfolienabschnitte durch chemisch resistente und elektrisch leitfähige Beschichtung von Metallfolien mit mindestens einem der sehr gut elektrisch leitenden Werkstoffe Silber, Kupfer und Aluminium als Bestandteil hergestellt, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung der Umlenkfolienabschnitte und/oder die leitfähigen Bipolarfolienabschnitte zumindest teilweise aus Graphit und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen bestehen. Außerdem kann bzw. können ein elektrisch leitender Umlenkfolienabschnitt, ein elektrisch leitfähiger Bipolarfolienabschnitt und/oder eine Beschichtung hierfür Olefine und/oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) aufweisen, in den elektrisch leitfähige Werkstoffe eingebunden bzw. eingebettet sein können.
Es ist möglich, dass mindestens eine Oberfläche der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte und/oder Bipolarfolienabschnitte zur Vergrößerung der Oberfläche mikrostrukturiert ist.
Die Umlenkfolienabschnitte und/oder die Bipolarfolienabschnitte können zusätzlich mit katalytisch aktiven Substanzen für die an den Oberflächen stattfindende jeweilige Redoxteilreaktion beschichtet sein. Die gegebenenfalls vorhandenen Abstandshalter aus Filzen, Vliesen, biplanaren Gittern und/oder Geweben und/oder Papieren können elektrisch leitend und ebenfalls zusätzlich mit katalytisch aktiven Substanzen für die an den Oberflächen stattfindende jeweiligen Redoxteilreaktion beschichtet sein.
Bei der Vorrichtung können der Zu- und Ablauf der Elektrolyte derart definiert sein, dass ein reiner Gegenstrombetrieb der Elektrolyte mit je mindestens einer von mindestens zwei bspw. in einem Lösungsmittel gelösten redoxaktiven Substanzen in jeweils durch einen Membranfolienabschnitt getrennten Strömungskanälen ermöglicht wird. Alternativ kann der Zu- und Ablauf der Elektrolyte derart definiert sein, dass ein reiner Gleichstrombetrieb der Elektrolyte mit je mindestens einer von mindestens zwei bspw. in dem Lösungsmittel gelösten redoxaktiven Substanzen in jeweils durch einen Membranfolienabschnitt getrennten Strömungskanälen ermöglicht wird bzw. ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist zur Stromerzeugung mit in Fluide eingebrachten redoxaktiven Substanzen vorgesehen, bei dem ein erstes Fluid in n ersten Strömungskanälen und ein zweites Fluid in n zweiten Strömungskanälen eines gewickelten Moduls einer Ausführungsform der voranstehend beschriebenen Ausführungsform der Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung geleitet wird, wobei das erste Fluid und das zweite Fluid nach einem Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip durch das gewickelte Modul geleitet werden. Dabei kann ein jeweiliges Fluid als Elektrolyt ausgebildet sein oder bezeichnet werden.
Hierbei kann jeder der n ersten Strömungskanäle des gewickelten Moduls eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen. Dabei wird bzw. ist jeweils eine erste Seite eines jeweiligen ersten Strömungskanals zumindest bereichsweise, insbesondere lediglich innerhalb eines ausgewählten Bereichs, von einem Membranfolienabschnitt, insbesondere einem lonenaustauschermembranfolienabschnitt bzw. einer zum Austausch von Ionen ausgebildeten Membranfolie und auf einer zweiten Seite von einem Abschnitt einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie oder einem Bipolarfolienabschnitt begrenzt. Entsprechend kann jeder der n zweiten Strömungskanäle des gewickelten Moduls eine erste Seite und eine zweite Seite aufweisen. Dabei kann ein jeweiliger zweiter Strömungskanal zumindest bereichsweise jeweils auf einer ersten Seite von einem Abschnitt einer zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie oder einem Bipolarfolienabschnitt und auf einer zweiten Seite von einem Membranfolienabschnitt begrenzt werden bzw. sind. Dabei ist es möglich, dass in den ersten Strömungskanälen und/oder in den zweiten Strömungskanälen jeweils ein oder mehrere Abstandshalter angeordnet wird bzw. werden.
Das erste Fluid und das zweite Fluid werden an einem jeweiligen Wickelende in den ersten Strömungskanälen bzw. in den zweiten Strömungskanälen umgelenkt, wodurch abhängig von den Konzentrationen der redoxaktiven Substanzen eine Elektronenübertragung zwischen den ersten Strömungskanälen und den zweiten Strömungskanälen über die elektrisch leitenden Umlenkfolien bzw. deren jeweiligen Umlenkfolienabschnitte bzw. die Bipolarfolien bzw. deren jeweiligen Bipolarfolienabschnitte und eine lonenübertragung durch die Membranfolien bzw. deren jeweiligen Membranfolienabschnitte erfolgt.
Der sich durch die Wicklung der verschiedenen Folienabschnitte bzw. Folien auf den Zentralkörper ergebende mehrlagige Aufbau entspricht einer elektrischen Reihenschaltung von mehreren Einzelzellen bzw. Zellen, was gegenüber einer einfachen Zelle zu einer entsprechenden Spannungserhöhung führt. Dabei definiert die Hälfte der Gesamt-Anzahl der Bipolarfolien 2n-2 , die zwischen den Umlenkfolien angeordnet sind, wobei jeweils n-1 Bipolarfolien auf jeweils einer Seite zwischen den Umlenkfolien vorgesehen sind, die Anzahl n der in Reihe geschalteten Zellen. Das Vorsehen der mehrlagigen Struktur beidseitig der Umlenkfolien entspricht ferner einer Parallelschaltung der hintereinander geschalteten Zellen, was zu einer Verdopplung des Stroms gegenüber einer reinen Reihenschaltung von n Einzelzellen führt.
Außerdem werden bzw. sind zur Spannungserhöhung auf eine gewünschte Betriebsspannung mehrere gewickelte Module elektrisch in Reihe geschaltet. Dabei werden insbesondere die Durchflüsse der Elektrolyte durch die einzelnen Module mit Durchflussbegrenzern auf gleiche Volumenströme geregelt. Ferner werden insbesondere mehrere Gruppen von in Reihe zueinander geschalteten Modulen zur Leistungserhöhung parallel zueinander geschaltet.
In einer möglichen Ausgestaltung kann mindestens eine der Umlenkfolien mit einer Bipolarfolie beschichtet sein. Außerdem ist es möglich, dass mindestens eine Membranfolie mehrlagig ausgebildet sein kann, wobei zwischen einzelnen Lagen einer derartigen Membranfolie ein Zwischenraum geschaffen wird, in den eine selektiv ionenleitfähige Flüssigkeit eingebunden sein kann.
Bei der hier vorgestellten Vorrichtung wird erreicht, dass sämtliche Oberflächen sämtlicher Folien, d. h. der Umlenkfolien, der Membranfolien und der Bipolarfolien bzw. Oberflächen von Abschnitten derartiger Folien gleichmäßig von dem Elektrolyt umspült werden.
Weiterhin ist es möglich, dass die redoxaktiven Substanzen in den flüssigen Elektrolyten als Suspension oder Emulsion vorliegen anstatt in einem Lösungsmittel gelöst zu sein.
Die Membranfolien sind i. d. R. aus demselben Material. Es ist jedoch auch möglich, dass einige Membranfolienabschnitte aus verschiedenen Materialen gebildet sind. Die Bipolarfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte können aus verschiedenen Materialien sein. In Ausgestaltung sind die beiden Umlenkfolien aus demselben elektrisch leitfähigen Material. Es ist möglich, dass bspw. die Umlenkfolien aus Kupfer gebildet sind. Eine Bipolarfolie kann als Beschichtung einer Umlenkfolie ausgebildet und bspw. mehrlagig sein. Weiterhin ist vorgesehen, dass Bipolarfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte im Vergleich zu Bipolarplatten hier elastisch verformbar sind. Eine Bipolarfolie bzw. ein Bipolarfolienabschnitt ist als Doppelelektrode ausgebildet. Weiterhin ist es möglich, dass eine Bipolarfolie die redoxaktiven Substanzen voneinander trennt. Einzelne Abschnitte der jeweils vorzusehenden Folien, d. h. der Umlenkfolien, der Membranfolien und der Bipolarfolien, können zum Herstellen der Vorrichtung von Rollen, auf den die jeweiligen Folien als Meterwaren gewickelt sind, abgewickelt werden.
Die Vorrichtung weist unterschiedliche Folien, d. h. Umlenkfolien, Membranfolien und Bipolarfolien, bzw. unterschiedliche Folienabschnitte, d. h. Umlenkfolienabschnitte, Membranfolienabschnitte und Bipolarfolienabschnitte, auf. Falls zwei Umlenkfolien bzw. Umlenkfolienabschnitte aus demselben Material sind, können sie jeweils von derselben Rolle abgewickelt werden. Falls jedoch zwei Umlenkfolien bzw. Umlenkfolienabschnitte aus unterschiedlichen Materialien sind, werden diese Umlenkfolien bzw. Umlenkfolienabschnitte von unterschiedlichen Rollen für Umlenkfolien aus unterschiedlichen Materialien abgewickelt. Falls zwei Membranfolien bzw. Membranfolienabschnitte aus demselben Material sind, können sie jeweils von derselben Rolle abgewickelt werden. Falls jedoch zwei Membranfolien bzw. Membranfolienabschnitte aus unterschiedlichen Materialien sind, werden diese Membranfolien bzw. Membranfolienabschnitte von unterschiedlichen Rollen für Membranfolien aus unterschiedlichen Materialien abgewickelt. Falls zwei Bipolarfolien bzw. Bipolarabschnitte aus demselben Material sind, können sie jeweils von derselben Rolle abgewickelt werden. Falls jedoch zwei Bipolarfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte aus unterschiedlichen Materialien sind, werden diese Bipolarfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte von unterschiedlichen Rollen für Bipolarfolien aus unterschiedlichen Materialien abgewickelt.
Weiterhin wird auf die ältere Patentanmeldung mit dem amtlichen deutschen Aktenzeichen DE 10 2018 132 669.6 derselben Anmelderin inhaltlich vollumfänglich Bezug genommen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.

1 zeigt in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
2 zeigt in schematischer Darstellung eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
3 zeigt in schematischer Darstellung eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
4 zeigt in schematischer Darstellung eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
5 zeigt in schematischer Darstellung eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugsziffern zugeordnet.
Die erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung ist in 1 schematisch dargestellt. Diese Vorrichtung umfasst einen Zentralkörper 4, um den herum eine Mehrzahl an Folien bzw. Folienabschnitten angeordnet ist. Diese Folien umfassen einen Abschnitt einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie 1a und einen Abschnitt einer zweiten elektrischen Umlenkfolie 1b, die hier in einer Ebene angeordnet sind. Zwischen dem Abschnitt der ersten Umlenkfolie 1a und dem Abschnitt der zweiten Umlenkfolie 1b sind ausgehend von dem Zentralkörper 4 abwechselnd Membranfolien bzw. Membranfolienabschnitte 2 und Bipolarfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte 3 angeordnet, wobei die beiden Umlenkfolien 1a, 1b bzw. deren jeweilige Abschnitte und die dazwischen abwechselnd angeordneten Membranfolien 2 und Bipolarfolien 3, durch einen ersten oberen Pfeil 14a in 1 angedeutet, hier in einer Drehrichtung, bspw. im Uhrzeigersinn, gewickelt sind bzw. werden. Analog sind auch zwischen dem Abschnitt der zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie 1b und dem Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie 1a abwechselnd Membranfolien 2 und Bipolarfolien 3 angeordnet, die hier in derselben Drehrichtung gewickelt sind bzw. werden, was in 1 durch einen unteren Pfeil 14b angedeutet ist. Hierbei ist vorgesehen, dass jeweils ein Abschnitt der elektrisch leitenden Umlenkfolie 1a, 1b direkt mit einer Membranfolie 2 bzw. einem Membranfolienabschnitt benachbart ist. Entsprechend ist zwischen der elektrisch leitenden Umlenkfolie 1a, 1b und einer nächsten Bipolarfolie 3 bzw. einem nächsten Bipolarfolienabschnitt immer eine Membranfolie 2 bzw. ein Membranfolienabschnitt angeordnet, wobei jeweils eine Umlenkfolie 1a, 1b durch eine Membranfolie 2 von einer Bipolarfolie 3 getrennt ist. Ferner sind zwischen jeweils zwei Folien, d. h. einem jeweiligen Abschnitt einer Umlenkfolie 1a, 1b und einer direkt benachbarten Membranfolie 2, jeweils ein Strömungskanal 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Außerdem ist zwischen jeder Membranfolie 2 und jeder Bipolarfolie 3 ebenfalls ein Strömungskanal 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Außerdem wird durch die Pfeile 14a, 14b auch eine Reihenfolge einer Wicklung der Folien, hier der ersten Umlenkfolie 1a, einer ersten Membranfolie 2, einer ersten Bipolarfolie 3,..., einer n-1-ten Bipolarfolie, einer n-ten Membranfolie 2 und der zweiten Umlenkfolie 1b, angedeutet.
Die in 2 gezeigte zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung weist ebenfalls einen Zentralkörper 4 auf. Dabei ist jeweils eine elektrisch leitende Umlenkfolie 1a, 1b bzw. ein Abschnitt der jeweiligen Umlenkfolie, d. h. entweder die erste Umlenkfolie 1a oder die zweite Umlenkfolie 1b mit jeweils mindestens einem elastischen Abdichtelement 6 bzw. einem entsprechenden Dichtprofil in einer ersten Ausnehmung am Zentralkörper 4 befestigt. Außerdem ist jeweils eine Umlenkfolie 1 an einem Wickelanfang mit elektrisch leitenden Profilen 8 zur Ausleitung eines elektrischen Stroms aus der Vorrichtung elektrisch leitend verbunden. 2 zeigt auch, dass jede Membranfolie 2 und jede Bipolarfolie 3, entsprechend einer jeweiligen Umlenkfolie 1, ebenfalls über mindestens ein elastisches Abdichtelement in einer Ausnehmung am Zentralkörper 4 befestigt ist. Alternativ ist es möglich, dass eine Membranfolie 2 und eine Bipolarfolie 3 zwischen dem Zentralkörper und mindestens jeweils einem starren Abdichtprofil 7 eingespannt sind.
Bei der anhand von 3 schematisch dargestellten dritten Ausführungsform der Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung ist gezeigt, dass zwischen zwei elektrisch leitenden Umlenkfolienabschnitten 1, bspw. zwischen zwei ersten Umlenkfolienabschnitten 1a oder zwischen zwei zweiten Umlenkfolienabschnitten 1b, elektrisch leitende Profile 8 angeordnet sind, wobei eins dieser Profile 8 und Enden der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte 1a bzw. 1b auch an dem Zentralkörper 4 über ein Abdichtelement 6 flüssigkeitsdicht befestigt sind. Außerdem zeigt 3 ein Wickelende 12 am Ende der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte 1.
Von der vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung ist in 4 gezeigt, wie jeweils eine der beiden elektrisch leitenden Umlenkfolien 1a, 1b über ein elektrisch leitendes Profil 8 und ein elastisches Abdichtelement 6 an einem Zentralkörper 4 befestigt sind. Außerdem sind zwischen den beiden Umlenkfolien 1a, 1b abwechselnd Membranfolien 2 und Bipolarfolien 3 angeordnet, die jeweils mit mindestens einem elastischen Abdichtelement 6 in dem Zentralkörper 4 befestigt sind. Zwischen jeweils einer Umlenkfolie 1a, 1b und jeweils einer Membranfolie 2 ist hier ein Strömungskanal 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Entsprechend ist jeweils zwischen einer Membranfolie 2 und einer Bipolarfolie 3 ein Strömungskanal 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Dabei sind einige der Strömungskanäle 5 mit Zulauföffnungen 9 innerhalb des Zentralkörpers 4 und weitere Strömungskanäle 5 über Ablauföffnungen 10 innerhalb des Zentralkörpers 4 verbunden.
5 stellt eine Abdichtung an einem Wickelende 12 der fünften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung schematisch dar. Die Vorrichtung weist hier eine erste elektrisch leitende Umlenkfolie 1a und eine zweite elektrisch leitende Umlenkfolie 1b auf. Dabei ist hier vorgesehen, dass die zweite elektrisch leitende Umlenkfolie 1b von einem ersten Membranfolienabschnitt mindestens einer Membranfolie 2 umschlossen, bspw. umwickelt ist, die wiederum von einem ersten Bipolarfolienabschnitt mindestens einer Bipolarfolie 3 umschlossen, bspw. umwickelt ist. Diese ist wiederum von einem zweiten Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie 2 umschlossen, bspw. umwickelt, die wiederum von einem zweiten Bipolarfolienabschnitt der mindestens einen Bipolarfolie 3 umschlossen, bspw. umwickelt ist, die wiederum von einem dritten Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie 2 umschlossen, bspw. umwickelt ist, die von der ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie 1a umschlossen, bspw. umwickelt ist.
Außerdem sind hier ein erster Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie 2 und derjenige Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie 2, der zusammen mit dem ersten Membranfolienabschnitt der mindestens einen Membranfolie 2 den Abschnitt der zweiten leitenden Umlenkfolie 1b direkt umgibt, an dem hier dargestellten Wickelende 12 dicht miteinander verbunden, wobei die verbundenen Membranfolienabschnitte der mindestens einen Membranfolie 2 über einen gekürzten Abschnitt der zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie 1b herausragen, sodass Abstandshalter den zwischen den beiden verbundenen Membranfolienabschnitten 2 strömenden Fluiden, bspw. Elektrolyten, (Pfeile 16) an dem Wickelende 12 zwischen den verbundenen Membranfolienabschnitten 2 um den nun eingehüllten und gekürzten Abschnitt der zweiten leitenden Umlenkfolie 1b umlenken. Weiterhin sind die jeweils zueinander nächst benachbarten Bipolarfolienabschnitte von Bipolarfolien 3 oder die jeweils zueinander nächst benachbarten Membranfolienabschnitte von Membranfolien 2 nacheinander ebenfalls derart dicht verbunden, dass Abstandshalter den strömenden Elektrolyten an dem Wickelende 12 zwischen den beiden verbundenen Membranfolienabschnitten der Membranfolien 2 oder an dem Wickelende 12 zwischen den beiden verbundenen Bipolarfolienabschnitten der Bipolarfolien 3 um den jeweils eingehüllten Folienverbund aus Bipolarfolien 3 und Membranfolien 2 umlenken, wobei abschliessend der Abschnitt der dann einzig noch nicht verbundenen ersten leitenden Umlenkfolie 1a mit sich selbst die Wicklung nach außen abdichtend derart dicht verbunden wird, dass Abstandshalter den in einer Halbzelle mit diesem Umlenkfolienabschnitt strömenden Elektrolyten am Wickelende 12 um den eingehüllten Folienverbund umlenken. Hierbei ist es in Ausgestaltung möglich, dass zwei Ströme von Fluiden, bspw. Elektrolyten, die durch eine Membranfolie 2 getrennt sind, in derselben Richtung bzw. nach dem Gleichstromprinzip strömen, wohingegen zwei Ströme von Fluiden, bspw. Elektrolyten, die durch eine Bipolarfolie 3 getrennt sind, in entgegengesetzte Richtungen bzw. nach dem Gegenstromprinzip strömen.
Jede vorgestellte Ausführungsform der Vorrichtung weist zwei elektrisch leitende Umlenkfolien 1, 1a, 1b als Folien auf, die durch weitere Folien voneinander getrennt sind, die abwechselnd als Membranfolien 2 und Bipolarfolien 3 ausgebildet sind. Zwischen den beiden als Umlenkfolien 1a, 1b ausgebildeten Folien sind mehrere, bspw. mindestens zwei Membranfolien 2 angeordnet, wobei eine erste dieser Membranfolien 2 und eine letzte dieser Membranfolien 2 unmittelbar neben einer der beiden Umlenkfolien 1a, 1b angeordnet sind. Zwischen jeweils zwei Membranfolien 2 ist eine Bipolarfolie 3 angeordnet. Zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Folien ist ein Strömungskanal 5 angeordnet bzw. ausgebildet. Jede Ausführungsform der Vorrichtung umfasst den Zentralkörper 4, an dem die Folien bzw. Folienabschnitte, d. h. die Umlenkfolien 1, 1a, 1b, Membranfolien 2 und Bipolarfolien 3, gemäß einer Reihenfolge, wonach sie nebeneinander angeordnet sind, um den Zentralkörper 4 wie eine archimedische Spirale gewickelt sind. Außerdem sind die Folien bzw. Folienabschnitte am Wickelende 12 gemäß 5 miteinander verbunden. Die Vorrichtung ist weiterhin in einem hier nicht gezeigten Gehäuse angeordnet.
Bezugszeichenliste

1, 1a, 1b: Umlenkfolie
2: Membranfolie
3: Bipolarfolie
4: Zentralkörper
5: Strömungskanal
6: Abdichtelement
7: Abdichtprofil
8: Profil
9: Zulauföffnung
10: Ablauföffnung
12: Wickelende
14a, 14b: Pfeil
16: Pfeil

Claims

Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung mit mindestens einem gewickelten Modul, das mindestens 2n, n≥ 2, durch mindestens eine Membranfolie getrennte Halbzellen aufweist, die jeweils von flüssigen Elektrolyten mit je mindestens einer von mindestens zwei redoxaktiven Substanzen, die über eine Redoxreaktion miteinander wechselwirken, durchströmt werden, wobei die mindestens 2n getrennten Halbzellen gebildet sind durch aufeinander folgendes Aufwickeln in der nachfolgenden Reihenfolge von mindestens: - einem Abschnitt einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie (1, 1a), - nachfolgend einem ersten Abschnitt mindestens einer Membranfolie (2), - nachfolgend (n-1) mal im Wechsel einem Abschnitt mindestens einer Bipolarfolie (3) und einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2), - nachfolgend einem Abschnitt mindestens einer zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie (1, 1b), - nachfolgend in Wickelrichtung einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2), - nachfolgend (n-1) mal im Wechsel einem Abschnitt der mindestens einen Bipolarfolie (3) und einem Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2), auf einen Zentralkörper (4), wobei durch jeweils mindestens einen Abstandshalter jeweils Strömungskanäle (5) zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Bipolarfolienabschnitten (3) und zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Umlenkfolienabschnitten (1) nach dem Aufwickeln gebildet sind, und die jeweiligen Abschnitte voneinander losgelöste Teilstücke der jeweiligen Folien sind.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach Anspruch 1, bei der die Membranfolienabschnitte (2), die Bipolarfolienabschnitte (3) und die Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) in der zum Aufwickeln gegebenen Reihenfolge nach Anspruch 1 flüssigkeitsdicht am Zentralkörper (4) befestigt werden, wobei die Bipolarfolienabschnitte (3) und die Umlenkfolienabschnitte (1) elektrisch gegeneinander isoliert aufgenommen und fixiert sind.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach Anspruch 2, bei der die Membranfolienabschnitte (2), die Bipolarfolienabschnitte (3) und die Umlenkfolienabschnitte (1) entweder in am Zentralköper (4) vorgesehenen jeweiligen Ausnehmungen mit jeweils mindestens einem elastischen Abdichtelement (6) befestigt sind oder zwischen mindestens jeweils einem starren Abdichtprofil (7) und dem Zentralkörper (4) dicht eingespannt sind.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Abschnitte der jeweiligen elektrisch leitenden Umlenkfolien (1, 1a, 1b) am Wickelanfang mit elektrisch leitenden Profilen (8) zur Ausleitung eines elektrischen Stroms aus der Vorrichtung elektrisch leitend verbunden sind und die elektrisch leitenden Profile (8) am Zentralkörper (4) befestigt sind, wobei zusätzliche elastische Dichtprofile (6) zur sicheren Vermeidung eines Kontakts der elektrisch leitenden Profile (8) mit einem der flüssigen Elektrolyten vorhanden sein können und die elektrisch leitenden Profile (8) an mindestens einer Stirnseite aus dem mindestens einen gewickelten Modul herausragen können.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Abschnitte der jeweiligen elektrisch leitenden Umlenkfolien (1, 1a, 1b) jeweils als doppelte einen Zwischenraum einschließende Folienabschnitte ausgebildet sind, und in den jeweiligen Zwischenräumen je mindestens ein elektrisch leitendes Profil (8) zur Ausleitung eines elektrischen Stroms aus der Vorrichtung angebracht wird, wobei das jeweilige mindestens eine Profil (8) nach dem Aufwickeln auf mindestens einer Stirnseite aus dem mindestens einen gewickelten Modul herausragt und in dem mindestens einen gewickelten Modul durch die jeweiligen doppelten Folienabschnitte der jeweiligen Umlenkfolien (1, 1a, 1b) vor einem Kontakt mit einem der flüssigen Elektrolyten geschützt ist.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der der Zentralkörper (4) 2n Zulauföffnungen (9) und 2n Ablauföffnungen (10) an mindestens einer Stirnseite des mindestens einen gewickelten Moduls umfasst, die jeweils mit genau einem der Strömungskanäle (5) zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Bipolarfolienabschnitten (3) und zwischen den Membranfolienabschnitten (2) und den Umlenkfolienabschnitten (1, 1a, 1b) verbunden sind.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der der Zentralkörper (4) einteilig aus einem chemisch resistenten und elektrisch isolierenden Extrusionsprofil ausgebildet ist.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der eine Strukturierung der Oberfläche der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) und Bipolarfolienabschnitte (3) den jeweiligen mindestens einen Abstandshalter bildet, welcher mindestens einen Strömungskanal (5) für die Elektrolyten in den Halbzellen definiert.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der der jeweilige mindestens eine Abstandshalter, welcher mindestens einen Strömungskanal (5) für die Elektrolyten in den Halbzellen definiert, aus Filzen, Vliesen, biplanaren Gittern und/oder Geweben und/oder Papieren gebildet ist.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der an einem Wickelende (12) der erste Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2) und derjenige Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2), der zusammen mit dem ersten Abschnitt der mindestens einen Membranfolie (2) den Abschnitt der ersten leitenden Umlenkfolie (1, 1a) direkt umgibt, dicht miteinander verbunden sind, wobei die verbundenen Membranfolienabschnitte (2) über einen gekürzten Abschnitt der ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie (1, 1a) herausragen, sodass Abstandshalter den zwischen den beiden verbundenen Membranfolienabschnitten (2) strömenden Elektrolyten am Wickelende (12) zwischen den verbundenen Membranfolienabschnitten (2) um den nun eingehüllten und gekürzten Abschnitt der ersten leitenden Umlenkfolie (1, 1a) umlenken.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach Anspruch 10, bei der nacheinander die jeweils direkt benachbarten Abschnitte der mindestens einen Bipolarfolie (3) oder der mindestens einen Membranfolie (2) von einem dichten Folienverbund aus Bipolarfolien (3) oder Membranfolien (2) ebenfalls derart dicht verbunden werden, dass Abstandshalter den strömenden Elektrolyten am Wickelende (12) zwischen den beiden verbundenen Membranfolienabschnitten (2) oder Bipolarfolienabschnitten (3) um den eingehüllten Folienverbund umlenken und abschliessend der Abschnitt der dann einzig noch nicht verbundenen zweiten leitenden Umlenkfolie (1, 1b) mit sich selbst die Wicklung nach außen abdichtend derart dicht verbunden wird, dass Abstandshalter den in der Halbzelle mit diesem Umlenkfolienabschnitt strömenden Elektrolyten am Wickelende (12) um den eingehüllten Folienverbund umlenken.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, bei der Stirnseiten des mindestens einen gewickelten Moduls mit einer elektrisch isolierenden Vergussmasse derart abgedichtet sind, dass entweder durch geeignete Gussformen und/oder Einleger in eine Gießform eine Flüssigkeitszufuhr und Flüssigkeitsabfuhr zu den Strömungskanälen (5) am Zentralkörper (4) sowie eine Stromleitung zu den Umlenkfolienabschnitten (1, 1a, 1b) durch die elektrisch leitenden Profile (8) gewährleistet wird, oder nach dem Verguss durch entsprechende Bohrungen die Strömungskanäle und die elektrisch leitenden Profile (8) freigelegt werden.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Membranfolienabschnitte (2) in Abhängigkeit von der Redoxreaktion, einem gewählten Lösungsmittel und einer gewünschten Ionenleitung gewählt sind, wobei die Membran der Membranfolienabschnitte insbesondere ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus dichten Anionentauschermembranen oder Kationentauschermembranen, Porenmembranen, beliebige ein- oder mehrlagige Kombinationen dieser Membrantypen, wobei die Porenmembranen mit einer ionenleitenden Flüssigkeit gefüllt sein können.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der elektrisch leitende Flachfolien als jeweilige elektrisch leitende Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) und/oder Bipolarfolienabschnitte (3) eingesetzt sind, und die als Elektroden fungierenden Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) durch Beschichtung von Metallfolien mit mindestens einem der sehr gut elektrisch leitenden Werkstoffe Silber, Kupfer oder Aluminium als Bestandteil hergestellt sind, wobei die elektrisch leitfähige Beschichtung der Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) und/oder die leitfähigen Bipolarfolienabschnitte (3) zumindest teilweise aus Graphit, und/oder Kohlenstoffnanoröhrchen und/oder Graphen bestehen.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der mindestens eine Oberfläche der jeweiligen Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) und/oder Bipolarfolienabschnitte (3) zur Vergrößerung der Oberfläche mikrostrukturiert ist.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der die Umlenkfolienabschnitte (1, 1a, 1b) und/oder Bipolarfolienabschnitte (3) zusätzlich mit katalytisch aktiven Substanzen für die an den Oberflächen stattfindenden jeweilige Redoxteilreaktion beschichtet sind und gegebenenfalls vorhandene Abstandshalter aus Filzen, Vliesen, biplanaren Gittern und/oder Geweben und/oder Papieren elektrisch leitend und zusätzlich mit katalytisch aktiven Substanzen für die an den Oberflächen stattfindenden jeweiligen Redoxteilreaktion beschichtet sind.
Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei der Zu- und Ablauf der Elektrolyte derart definiert sind, dass ein reiner Gegenstrombetrieb der Elektrolyte mit je mindestens einer von mindestens zwei redoxaktiven Substanzen in jeweils durch einen Membranfolienabschnitt getrennten Strömungskanälen (5) ermöglicht wird oder bei der Zu- und Ablauf der Elektrolyte derart definiert sind, dass ein reiner Gleichstrombetrieb der Elektrolyte mit je mindestens einer von mindestens zwei redoxaktiven Substanzen in jeweils durch einen Membranfolienabschnitt getrennten Strömungskanälen (5) ermöglicht wird.
Verfahren zur Stromerzeugung mit in Fluide eingebrachten redoxaktiven Substanzen, bei dem ein erstes Fluid in n ersten Strömungskanälen und ein zweites Fluid in n zweiten Strömungskanälen eines gewickelten Moduls einer Vorrichtung zur elektrochemischen Stromerzeugung und/oder Stromspeicherung nach einem der voranstehenden Ansprüche geleitet wird, wobei das erste Fluid und das zweite Fluid nach einem Gleichstrom- oder Gegenstromprinzip durch das gewickelte Modul geleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die n ersten Strömungskanäle des gewickelten Moduls zumindest bereichsweise, insbesondere lediglich innerhalb eines ausgewählten Bereichs, jeweils auf einer ersten Seite von einem Membranfolienabschnitt und auf einer zweiten Seite von einem Abschnitt einer ersten elektrisch leitenden Umlenkfolie oder einem Bipolarfolienabschnitt begrenzt werden, und bei dem die zweiten Strömungskanäle zumindest bereichsweise jeweils auf einer ersten Seite von einem Abschnitt einer zweiten elektrisch leitenden Umlenkfolie oder einem Bipolarfolienabschnitt und auf einer zweiten Seite von einem Membranfolienabschnitt begrenzt werden, wobei in den ersten Strömungskanälen und/oder in den zweiten Strömungskanälen jeweils ein Abstandshalter angeordnet wird.
Verfahren nach Anspruch 18 oder 19, bei dem das erste Fluid und das zweite Fluid an einem jeweiligen Wickelende (12) in den ersten Strömungskanälen bzw. in den zweiten Strömungskanälen umgelenkt werden, wodurch abhängig von den Konzentrationen der redoxaktiven Substanzen eine Elektronenübertragung zwischen den ersten Strömungskanälen und den zweiten Strömungskanälen über die elektrisch leitenden Umlenkfolien bzw. Bipolarfolienabschnitte und eine lonenübertragung durch die Membranfolienabschnitte erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 18 bis 20, bei dem zur Spannungserhöhung auf eine gewünschte Betriebsspannung mehrere gewickelte Module elektrisch in Reihe geschaltet werden, wobei insbesondere die Durchflüsse der Elektrolyte durch die einzelnen Module mit Durchflussbegrenzern auf gleiche Volumenströme geregelt werden, wobei insbesondere mehrere Gruppen von in Reihe zueinander geschalteten Modulen zur Leistungserhöhung parallel zueinander geschaltet werden.