DE10219585C1

DE10219585C1 - Chemoelectric transducer for producing electrical energy has porous solid bodies as electrodes for conducting electrons and protons

Info

Publication number: DE10219585C1
Application number: DE10219585A
Authority: DE
Inventors: Reinhart Radebold; Walter Radebold
Original assignee: Reinhart Radebold; Radebold Irmgard; Walter Radebold; Radebold Helmut
Current assignee: RADEBOLD, HELMUT, DIPL.-ING., DE; RADEBOLD, IRMGARD, DE; RADEBOLD, REINHART, DR., DE; RADEBOLD, WALTER, DR., DE
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2002-04-26
Publication date: 2003-11-27
Anticipated expiration: 2022-04-27

Abstract

Chemoelectric transducer has two porous solid bodies (7, 8) as electrodes for conducting electrons and protons. The volume of the first solid body contains reaction centers and secondary acceptors, and the volume of the second solid body contains the reaction centers and second donors as solid compounds. Both solid bodies are in contact with each other using a proton-conducting membrane (6). Independent claims are also included for the following: (1) chemoelectric transducer system; (2) process for producing electrical energy using the chemoelectric transducer; and (3) process for operating a chemoelectric transducer system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft chemoelektrische Wandler ge mäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, chemoelektrische Wandlersysteme gemäß dem Oberbegriff des 18, ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 42 und ein Verfahren zum Betrieb eines chemoelektri schen Wandlersystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 45.The present invention relates to chemoelectric converters according to the preamble of claim 1, chemoelectric Converter systems according to the preamble of 18, a method to generate electrical energy according to the preamble of Claim 42 and a method for operating a chemoelectric rule converter system according to the preamble of claim 45.

In einem kurzen Abriss werden zunächst die für das Folgende wichtigen Begriffe erläutert.In a short outline, we will start with those for the following important terms explained.

Alle luftatmenden chemoelektrischen Wandler auf der Basis von Wasserstoff funktionieren wie bekannt grundsätzlich nach einem auf den ersten Blick einfachen Schema, das in Fig. 1 zur Er läuterung des Standes der Technik dargestellt ist: Wasserstoff atome 2H werden an der Grenzfläche 1 zwischen einem elektroni schen (meist metallischen) Leiter 2 und einem protonischen (meist aus einem Elektrolyten bestehenden) Leiter 3 in je zwei Elektronen 2e^- und Protonen 2H⁺ zerlegt; Wasserstoff, in wel cher Form er auch immer an die Grenzfläche transportiert wurde, hat die Funktion eines Donors für e^- und H⁺. Die Anordnung, be stehend aus Grenzfläche 1 und den Leitern 2, 3 bildet eine E lektrode aus. Wenn es den beiden Elektronen e gelingt, in ei nem quantenmechanischen (Tunnel-)Prozess auf den elektroni schen Leiter 2 zu gelangen, wird dieser negativ aufgeladen. An der Grenzfläche 1 hat sich eine elektrische Doppelschicht auf gebaut, bestehend aus den negativen Elektronen und dem im pro tonischen Leiter 3 (Elektrolyten) verbleibenden weil sehr viel größeren Protonen. Der Abstand der Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens beträgt Bruchteile von Nanometern (nm = 10^-9 m), ein mikroskopisches elektrisches Feld sehr hoher Feldstärke in folge des äußerst geringen Abstandes der Ladungen hat sich mit einem entsprechendem Potential aufgebaut. Eine solche Doppel schicht kann als geladener Kondensator sehr hoher Kapazität verstanden werden. As is known, all air-breathing chemoelectric converters based on hydrogen basically function according to a scheme which is simple at first glance and which is illustrated in FIG. 1 to explain the prior art: hydrogen atoms 2 H are formed at the interface 1 between an electronic system (mostly metallic) conductor 2 and a protonic (usually consisting of an electrolyte) conductor 3 broken down into two electrons 2 e ^- and protons 2 H ⁺ ; Hydrogen, in whatever form it was transported to the interface, acts as a donor for e ^- and H ⁺ . The arrangement, consisting of interface 1 and the conductors 2 , 3 forms an electrode. If the two electrons e manage to get onto the electronic conductor 2 in a quantum mechanical (tunnel) process, this is negatively charged. At the interface 1 , an electrical double layer has built up, consisting of the negative electrons and the protons remaining in the tonic conductor 3 (electrolytes) because they are much larger. The distance between the charges of different signs is fractions of a nanometer (nm = 10 ^-9 m), a microscopic electric field of very high field strength as a result of the extremely small distance between the charges has developed with a corresponding potential. Such a double layer can be understood as a charged capacitor of very high capacitance.

Ein chemoelektrischer Wandler besteht aus zwei Elektroden wo bei an die zweite Elektrode Sauerstoff (meist) in Form von O₂ transportiert wird. O₂ dient hier als Akzeptor für je zwei e^- und zwei H⁺, vorausgesetzt, es gelingt zwei Elektronen, den e lektronischen (hier meist aus Graphit bestehenden) Leiter 2 dieser Elektrode zu verlassen und wiederum über einen quanten mechanischen Tunnelprozeß auf das O₂-Molekül zu gelangen. Auch hier hat sich eine elektrische Doppelschicht mit einem elektri schen Feld und entsprechendem Potential ausgebildet, bestehend aus den beiden verbleibenden positiven Elektronenlöchern 2h⁺ und dem chemisch reduzierten Sauerstoff als negativem Ion(O₂)^2-.A chemoelectric converter consists of two electrodes where oxygen (mostly) in the form of O _{2 is} transported to the second electrode. Here, O ₂ serves as an acceptor for two e ^- and two H ⁺ , provided that two electrons succeed in leaving the electronic (here mostly made of graphite) conductor 2 of this electrode and in turn via a quantum mechanical tunnel process onto the O ₂ -Molecule to arrive. Here, too, an electrical double layer with an electrical field and corresponding potential has formed, consisting of the two remaining positive electron holes 2 h ⁺ and the chemically reduced oxygen as a negative ion (O ₂ ) ^2- .

Man erkennt, dass sich Protonen und Sauerstoffionen im gleichen protonischen Leiter 3 befinden, jedoch voneinander getrennt durch eine Membran 4. Die Membran 4 verhindert, dass der an transportierte Wasserstoff versehentlich mit dem antranspor tierten Sauerstoff chemisch in einer parasitären Reaktion unter unkontrollierter Freisetzung erheblicher Energie reagiert. Auf gabe des chemoelektrischen Wandlers ist es, die chemische Reak tion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff kontrolliert so ablau fen zu lassen, dass die freiwerdende Energie weitgehend in Form von elektrischer Energie genutzt werden kann. Das geschieht in der Anordnung nach Fig. 1 in dem Moment, in dem die beiden e lektronischen Leiter über einen elektrischen Verbraucher, der in der Fig. 1 als Widerstand dargestellt ist, so miteinander verbunden werden, dass die Elektronen 2e^- der mit Wasserstoff beaufschlagt gewesenen (negativen) Elektrode in die Elektronen löcher 2h⁺ der mit Sauerstoff beaufschlagt gewesenen (positi ven) Elektrode fallen können. Ein elektronischer Strom kann a ber nur fließen und über die freigesetzte chemische Energie e lektrische Arbeit verrichten, wenn gleichzeitig ein gleich gro ßer protonischer Strom über den Protonenleiter und durch die Membran zum (O₂)^2--Ion fließt, um das Reaktionsprodukt H₂O₂ ge mäß der Bruttoreaktion 2H + O₂ → H₂O₂ zu bilden.It can be seen that protons and oxygen ions are located in the same protonic conductor 3 , but separated from one another by a membrane 4 . The membrane 4 prevents the hydrogen transported from accidentally reacting chemically with the transported oxygen in a parasitic reaction with the uncontrolled release of considerable energy. The task of the chemoelectric converter is to let the chemical reaction between hydrogen and oxygen run in a controlled manner so that the energy released can largely be used in the form of electrical energy. This occurs in the arrangement according to FIG. 1 at the moment in which the two electronic conductors are connected to one another via an electrical consumer, which is shown in FIG. 1 as a resistor, in such a way that the electrons 2 e ^- with hydrogen applied (negative) electrode can fall into the electron holes 2 h ⁺ the oxygenated (positive) electrode. An electronic current can only flow and do electrical work via the chemical energy released, if at the same time an equally large protonic current flows over the proton conductor and through the membrane to the (O ₂ ) ^2- ion to produce the reaction product H ₂ O ₂ ge according to the gross reaction to form 2 H + O ₂ → H ₂ O ₂ .

Aus Sicht der Elektrodynamik haben sich die beiden Doppel schichten infolge der chemischen Reaktion nun aufgelöst, und mit ihnen sind die beiden elektrischen Felder verschwunden, nicht ohne vorher elektrische Arbeit am zwischengeschalteten Verbraucher verrichtet zu haben. Der Summe der beiden Einzelpo tentiale entspricht der Spannung am Verbraucher zwischen den beiden Elektroden. Die dabei entstehenden kurzen Stromimpulse lassen sich zu einem quasi kontinuierlichen (Gleich-)Strom an einanderfügen, wenn entsprechend die beiden Edukte Wasserstoff und Sauerstoff kontinuierlich antransportiert werden.From an electrodynamic point of view, the two have doubles layers now dissolved due to the chemical reaction, and with them the two electric fields have disappeared, not without electrical work on the intermediate To have performed consumers. The sum of the two single points tentiale corresponds to the voltage at the consumer between the two electrodes. The resulting short current pulses can be turned into a quasi-continuous (direct) current join each other if the two starting materials are hydrogen and oxygen are continuously transported.

Chemoelektrische Wandler, die nahe der Umgebungstemperatur ar beiten, weisen unterschiedlichen technischen Aufbau und unter schiedliche Eigenschaften auf, abhängig davon, in welcher che mischen Form (und damit auch, in welchem physikalischem Zu stand) der Wasserstoff zugeführt wird. Bekannt sind luftatmende alkalische und PEM-(Proton Exchange Membran)Brennstoffzellen, die mit gasförmigem, molekularem Wasserstoff H₂ als Wasser stoffüberträger und mit gasförmigem, molekularem Sauerstoff O₂ betrieben werden. Hierbei sind drei Probleme zu lösen:
Chemoelectric converters that work close to the ambient temperature have different technical structures and different properties, depending on the chemical form (and thus the physical state) of the hydrogen. Air-breathing alkaline and PEM (Proton Exchange Membrane) fuel cells are known, which are operated with gaseous, molecular hydrogen H ₂ as a hydrogen transfer agent and are operated with gaseous, molecular oxygen O ₂ . There are three problems to be solved:

- First, to ensure the transport of the gaseous H 2 and O 2 to the chemoelectrically active respective interface ( 1 ) between the electronic conductor ( 2 ) and the protonic conductor ( 3 ) without the build-up of the electrical double layer by the addition of gas molecules to block or prevent the transport of the gas molecules by flooding the transport routes.
- Second, convert the hydrogen carrier H 2 into the active form of 2H.
- Third, the two electrodes are gas-tight but proton separating them from each other.

Wie bekannt wird das erste Problem durch Hydrophobierung der gasdurchlässigen elektronischen Leiter gelöst. Die Aktivierung des H₂ als zweites Problem wird optimal durch Anlagerung an ei ner mit Pt versehenen Elektrode, die als Katalysator dient, er reicht. Im dritten Fall trennt bei alkalischen Wandlern vorwie gend eine poröse Membran die beiden als Protonenleiter dienen den Elektrolyträume 3, oder es wird unter Verzicht auf alkali sche Elektrolyträume eine Kombination aus Protonenleiter 3 und Membran 4 in Form einer polymeren Membran, in die quasi mikro skopische, saure, wasserhaltige Kanäle zur Protonenleitung ein gebaut sind, eingesetzt.As is known, the first problem is solved by hydrophobizing the gas-permeable electronic conductors. The activation of the H ₂ as a second problem is optimally achieved by attachment to an electrode provided with Pt, which serves as a catalyst. In the third case, in the case of alkaline converters, a porous membrane predominantly separates the two as proton conductors from the electrolyte compartments 3 , or a combination of proton conductor 3 and membrane 4 in the form of a polymeric membrane is dispensed with without alkaline electrolyte compartments, into the quasi microscopic, acidic, water-containing channels for proton conduction are built in.

Die sich unter Belastung einstellende Potentialdifferenz am Ausgang eines mit H₂ und O₂ betriebenen chemoelektrischen Wand lers liegt bei etwa 0,5 V. Fast alle elektrischen Verbraucher benötigen Wechsel- oder Drehstrom bei Spannungen von 220 V oder 380 V. Für einen Wechselrichter mit nachgeschaltetem Transforma tor sinnvoll nutzbare Spannungen lassen sich erreichen, wenn eine Vielzahl der beschriebenen Anordnung unter Verwendung bi polarer Elektroden zu Stapeln (Stacks) elektrisch hintereinan der geschaltet wird. Die Einzelpotentiale addieren sich, wäh rend der gleiche Strom durch den Stapel fließt.The potential difference occurring under load at the output of a chemoelectric converter operated with H ₂ and O ₂ is approximately 0.5 V. Almost all electrical consumers require AC or three-phase current at voltages of 220 V or 380 V. For an inverter with a downstream Transformer useful voltages can be achieved if a variety of the arrangement described using bi-polar electrodes to stacks (stacks) is electrically connected in series. The individual potentials add up while the same current flows through the stack.

Weniger bekannt sind chemoelektrische Wandler, die mit einem flüssigen Wasserstoffüberträger, wie beispielsweise wässrigen Lösungen von Hydrazin N₂H₄, Methanol CH₃OH oder Glucose C₆H₁₂O₆ arbeiten und die ihren Bedarf an Sauerstoff der Atmosphäre ent nehmen. Diese Wandler verwenden im Prinzip unmittelbar Wasser stoff in Form von jeweils 2H, der mit N₂ oder CO₂ logistisch verpackt ist. Auch hier sind die Elektroden dreischichtig und bestehen nach Fig. 1 aus elektronischem Leiter 2, protonischem Leiter 3 und Grenzfläche 1 zum Aufbau der Doppelschicht; beide Elektroden werden durch eine Membran 4 getrennt. Bei ihnen ist jedoch die negative Elektrode wesentlich einfacher und ohne Verwendung von Edelmetall aufgebaut, da einerseits eine gasför mige Phase mit den damit verbundenen Problemen nicht auftritt, andererseits eine Aktivierung des Wasserstoffes über einen Ka talysator nicht erforderlich ist. Die kosten- und betriebsmäßig aufwendige PEM entfällt und wird durch eine zu den wässrigen Lösungen kompatible Membran ersetzt. Als neue Aufgabe ist der Abbau der fluiden Wasserstoffüberträger bis zum Stadium des 2H mit Abfuhr des N₂ oder CO₂ zu lösen. Die Probleme der positiven Elektrode mit gasförmigen Sauerstoff sind die gleichen wie bei den bisher bekannten Brennstoffzellen für gasförmigen Wasser stoff. Dies gilt nicht mehr, wenn Wasserstoffperoxid H₂O₂ als flüssiger Sauerstoffüberträger Verwendung findet, es sei denn, dass dieser an der positiven Elektrode in O₂ und H₂O zersetzt wird.Less known are chemoelectric converters that work with a liquid hydrogen transfer agent, such as, for example, aqueous solutions of hydrazine N ₂ H ₄ , methanol CH ₃ OH or glucose C ₆ H ₁₂ O ₆ , and which remove the oxygen they need from the atmosphere. In principle, these converters use hydrogen in the form of 2H, which is logistically packed with N ₂ or CO ₂ . Here, too, the electrodes have three layers and, according to FIG. 1, consist of an electronic conductor 2 , a protonic conductor 3 and an interface 1 for building up the double layer; both electrodes are separated by a membrane 4 . In their case, however, the negative electrode is constructed much more simply and without the use of noble metal, since on the one hand a gaseous phase with the associated problems does not occur, and on the other hand activation of the hydrogen via a catalyst is not required. The costly and operationally complex PEM is no longer necessary and is replaced by a membrane that is compatible with the aqueous solutions. A new task is to break down the fluid hydrogen carriers up to the 2H stage by removing the N ₂ or CO ₂ . The problems of the positive electrode with gaseous oxygen are the same as in the previously known fuel cells for gaseous hydrogen. This no longer applies if hydrogen peroxide H ₂ O _{2 is used} as a liquid oxygen transmitter, unless this is decomposed into O ₂ and H ₂ O at the positive electrode.

In der DE 195 19 123 C2 wird ein Verfahren zur Erzeugung elekt rischer Energie aus nachwachsender Biomasse beschrieben. Gluco se als ein C6-Zucker wird aus nachwachsender Biomasse mit be kannten Methoden gewonnen und in wässriger Lösung als flüssiger Wasserstoffüberträger zusammen mit O₂ aus der Luft für die che moelektrische Wandlung verwendet. Nach Fig. 2 zur weiteren Er läuterung des Standes der Technik baut ein Reaktionszentrum RZD1 die Glucose über zwei C3-Zucker praktisch bis zur Stufe des 2H ab, während ein analoges Reaktionszentrum RZA1 das gas förmige O₂ bindet und zum flüssigen H₂O₂ reduziert. Das bekannte Verfahren arbeitet jedoch nicht mit den 2H aus der Glucose und dem O aus dem H₂O₂ als Donor und Akzeptor an der negativen und der positiven Elektrode, sondern es werden über zwei weitere Reaktionszentren RZD2 und RZA2 der eigentliche sekundären Donor D und der eigentliche sekundären Akzeptor A im Elektrolyten ge bildet. Die sekundären Donoren und sekundären Akzeptoren stel len zwei fluide Redox-Systeme dar, die, nachdem sie ihre Elekt ronen und Protonen bei Kontakt mit einer der Elektroden abgege ben oder aufgenommen haben, wieder chemisch über 2H oder O an RZD2 und RZA2 regeneriert werden können. Als Elektroden, an de nen die Doppelschichten aufgebaut werden, dienen Graphit- Partikel, die im Elektrolyt suspensiert, Komponenten eines Wir belbett-Reaktors mit je zwei festen Sammel-Elektroden sind. Theoretisch erreichbar sind mit diesem Verfahren Potentialdif ferenzen weit oberhalb von 1,2 V.DE 195 19 123 C2 describes a method for generating electrical energy from renewable biomass. Gluco se as a C6 sugar is obtained from renewable biomass using known methods and is used in aqueous solution as a liquid hydrogen carrier together with O ₂ from the air for chemical moelectric conversion. According to Fig. 2 for further He of the prior art purification builds a reaction center RZD1 glucose two C3-sugar practically up to the level of the 2H, while an analog reaction center RZA1 binds the gaseous O ₂ and reduced to liquid H ₂ O ₂ , However, the known method does not work with the 2H from the glucose and the O from the H ₂ O ₂ as donor and acceptor on the negative and the positive electrode, but rather the actual secondary donor D and the two additional reaction centers RZD2 and RZA2 actual secondary acceptor A forms in the electrolyte. The secondary donors and secondary acceptors are two fluid redox systems which, after having given up or taken up their electrons and protons upon contact with one of the electrodes, can be regenerated chemically via 2H or O at RZD2 and RZA2. The electrodes on which the double layers are built up are graphite particles suspended in the electrolyte, components of a fluidized bed reactor, each with two fixed collecting electrodes. In theory, potential differences far above 1.2 V can be achieved with this method.

Das Verfahren nach DE 195 19 123 C2 orientiert sich an bioche mischen Prinzipien der Energiewandlung in lebenden Zellen. Ziel ist, das große Potential der durch Photosynthese in den nach wachsenden Rohstoffen gespeicherte Strahlung der Sonne in einem neuartigen chemoelektrischen Wandler in elektrische Energie zu nutzen. Bekannt ist aus der DE 196 48 691 A1 eine Verbesserung des genannten Verfahrens insbesondere durch eine qualitative und quantitative thermodynamische Analyse von Photosynthese und Atmung. (Ein Blockschaltbild mit Exergie-Anergie-Flußbild von Photosynthese und Atmung wurde im VDI-Bericht Nr. 1594 (2001), Seiten 345 bis 354 als Abb. 1 von der Anmelderin veröffent licht). Die Reaktionsfolgen der Atmung in einer lebenden Zelle dienen als Vorbild für ein Verfahren zur Umsetzung der in was serstoffhaltigen Stoffen und Sauerstoff gespeicherten freien Reaktionsenthalpie in Energie eines elektrodynamischen Feldes zur Anwendung in makroskopischen und mikroskopischen techni schen Systemen. Elektrische Energie aus der chemoelektrischen Wandlung wird bei diesem Verfahren mikroskopisch gesehen auf Molekülen, makroskopisch gesehen in synthetisch erzeugten Strukturen mit der Funktion einer wiederaufladbaren Batterie gespeichert. Beispielsweise können Wechsel- und Drehströme hö herer Spannung erhalten werden, wenn die Batteriemoleküle an einer Vielzahl voneinander isolierter paralleler Elektroden entladen, und die Elektroden anschließend in Reihe geschaltet werden. The method according to DE 195 19 123 C2 is based on biochemical principles of energy conversion in living cells. The aim is to utilize the great potential of the radiation from the sun stored in the growing raw materials by photosynthesis in a novel chemoelectric converter into electrical energy. It is known from DE 196 48 691 A1 to improve the above-mentioned method, in particular through a qualitative and quantitative thermodynamic analysis of photosynthesis and breathing. (A block diagram with an exergy-anergy flow diagram of photosynthesis and respiration was published in VDI Report No. 1594 ( 2001 ), pages 345 to 354 as Fig. 1 by the applicant). The reaction sequences of breathing in a living cell serve as a model for a method for converting the free reaction enthalpy stored in what contains substances containing oxygen and oxygen into the energy of an electrodynamic field for use in macroscopic and microscopic technical systems. In this process, electrical energy from the chemoelectric conversion is stored microscopically on molecules, macroscopically stored in synthetically produced structures with the function of a rechargeable battery. For example, alternating and three-phase currents of higher voltage can be obtained if the battery molecules are discharged at a plurality of mutually insulated parallel electrodes, and the electrodes are then connected in series.

Die DE 198 21 980 A1 beschreibt einen Teilaspekt der chemo elektrischen Wandlung in Form eines weiteren Verfahrens zur Auskopplung elektrischer Energie. Unter anderem wird vorge schlagen, zwischen die beiden festen Elektroden eines Wandlers eine Struktur großer innerer Oberfläche einzusetzen, die Elekt ronen und Protonen leitet und gleichzeitig die Donor- und Ak zeptorseite des Elektrolyten voneinander trennt. Diese Struktur hat die Funktion einer Mittelelektrode, die über einen Trans formator und über je einen Schalter mit den beiden anderen E lektroden verbunden ist. Da die Mittelelektrode eine nicht zu vernachlässigende Kapazität aufweist, bildet sie zusammen mit dem Transformator einen Schwingkreis, der durch abwechselnde, entgegengerichtete Stromimpulse von der negativen Elektrode zur Mittelelektrode oder von der Mittelelektrode zur positiven E lektrode erregt werden kann.DE 198 21 980 A1 describes a partial aspect of chemo electrical conversion in the form of a further process for Decoupling electrical energy. Among other things, it is featured hit between the two fixed electrodes of a transducer to use a structure with a large inner surface, the elect rons and protons and at the same time the donor and Ak separator side of the electrolyte from each other. This structure has the function of a central electrode, which is connected via a trans formator and one switch each with the other two E electrodes is connected. Because the center electrode is not too has negligible capacity, forms it together with the transformer has an oscillating circuit, which is opposite current pulses from the negative electrode to the Center electrode or from the center electrode to the positive E electrode can be excited.

Die als Stand der Technik aufgeführten chemoelektrischen Wand ler mit flüssigem Wasserstoffüberträger und gasförmigem oder flüssigem Sauerstoffüberträger sind als Makrosysteme aufgebaut. Makrosysteme, gleichgültig ob mit gasförmigen oder fluiden E dukten beschickt, müssen gegenüber ihrer Umgebung dicht sein. Sie sind daher grundsätzlich mit druckbelastbaren Dichtungen zur Umgebung zwischen Membran, metallischen Leitern und Elekt rolyt mit den darin enthaltenen, gelösten Redox-Partnern aufge baut, sowie mit Rohren und Pumpen zur Förderung der fluiden E dukte und Produkte, mit Einrichtungen sowohl zur Abspaltung des CO₂ oder N₂ als gasförmigen Produkten wie auch zur Abfuhr der unvermeidlichen elektrischen und chemischen Verluste als Wärme bei relativ geringer Temperaturdifferenz zur Umgebung.The chemoelectric converter with liquid hydrogen transfer and gaseous or liquid oxygen transfer listed as prior art are constructed as macro systems. Macro systems, regardless of whether they are loaded with gaseous or fluid products, must be sealed from their surroundings. They are therefore basically built up with pressure-resistant seals to the environment between the membrane, metallic conductors and electrolyte with the dissolved redox partners contained therein, as well as with pipes and pumps for conveying the fluid e ducts and products, with devices for the elimination of the CO ₂ or N ₂ as gaseous products as well as for the removal of the inevitable electrical and chemical losses as heat with a relatively small temperature difference to the environment.

Der Aufbau eines an sich dezentral einzusetzenden chemoelektri schen Wandlers unter Verwendung von Strukturen und mit Elemen ten aus der makroskopischen Verfahrenstechnik weist daher er hebliche Schwachstellen auf. Die Schwachstellen sind auch unter Einsatz zusätzlicher stabilisierender Strukturen wie Druckplat ten, die mit Bolzen verspannt werden, um große Kräfte aufzu bringen, kaum zuverlässig zu beherrschen, da die Kräfte leicht zu Verformungen beispielsweise von Dichtungen und Flanschen, zur Verformung von Kanälen und Elektroden mit der Gefahr von Verstopfungen und Leckagen führen.The construction of a chemoelectri to be used decentrally converter using structures and with elements He therefore points out macroscopic process engineering significant weaknesses. The vulnerabilities are also under Use of additional stabilizing structures such as pressure plate which are braced with bolts to exert great forces bring, difficult to master reliably, since the forces are light for deformations of seals and flanges, for the deformation of channels and electrodes with the risk of Cause blockages and leaks.

Makrosysteme sind umständlich zu handhaben, bei Störungen müs sen sie vollständig entleert und weitgehend wieder zerlegt wer den, um zu defekten Stellen zu gelangen. Relativ hohe Drücke sind intern erforderlich, um in den Kanälen turbulente Strömun gen zu erzeugen, notwendig, um sehr dünne Randschichten an den Elektroden zu erhalten. Verglichen mit den Abmessungen der Dop pelschichten sind die strömungsdynamischen Randschichten, bei denen die Geschwindigkeit praktisch auf Null absinkt und die Flüssigkeit haftet, jedoch um viele Größenordnungen dicker: Der Austausch von Edukten und Produkten mit den Elektroden kommt im wesentlichen doch nur durch Diffusion, kaum durch Konvektion zustande.Macro systems are cumbersome to use, in case of malfunctions They are completely emptied and largely dismantled again to get to defective areas. Relatively high pressures are internally required to maintain turbulent flow in the channels to generate very thin margins at the Get electrodes. Compared to the dimensions of the dop skin layers are the fluid dynamic boundary layers, at where the speed drops practically to zero and the Liquid adheres, but thicker by many orders of magnitude: the Exchange of educts and products with the electrodes comes in essentially only by diffusion, hardly by convection conditions.

Über experimentelle Untersuchungen zu chemoelektrischen Wand lern mit flüssigem Wasserstoffüberträger liegen, soweit be kannt, keine Veröffentlichungen vor. Erfahrungen der Anmelderin zeigen aber, dass der Aufbau eines solchen Wandlers als Makro system prinzipiell die gleichen Probleme aufwirft wie sie von Brennstoffzellen mit gasförmigen Edukten her bekannt sind und beispielsweise in dem VDI-Fortschrittsbericht Reihe 6, Nr. 454 (2001) über Stromdichteverteilung und Leistungsverhalten der Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle beschrieben werden. Die we sentlichen Vorteile luftatmender chemoelektrischen Wandler mit Glucose als Wasserstoffüberträger, das Arbeiten mit in flüssi ger Phase vorliegenden sekundären Donoren und sekundären Akzep toren, wie zu Fig. 2 beschrieben, ohne das Auftreten einer gasförmigen Phase mit den geschilderten Problemen beim Aufbau der potentialbestimmenden mikroskopischen Doppelschichten, tre ten wegen der makroskopischen Probleme in den Hintergrund.As far as is known, there are no publications on experimental investigations of chemoelectric converters with liquid hydrogen transfer. However, the applicant's experience shows that the construction of such a converter as a macro system in principle poses the same problems as are known from fuel cells with gaseous starting materials and, for example, in the VDI Progress Report Series 6 , No. 454 ( 2001 ) on current density distribution and performance the polymer electrolyte fuel cell are described. The essential advantages of air-breathing chemoelectric converters with glucose as hydrogen transfer, working with secondary donors and secondary acceptors present in the liquid phase, as described in relation to FIG. 2, without the occurrence of a gaseous phase with the problems described when building the potential-determining microscopic double layers , move into the background because of the macroscopic problems.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen chemoelekt rischen Wandler und ein chemoelektrisches Wandlersystem an zugeben, das als Mikrosystem ausgebildet werden kann und eine effiziente Energieumwandlung ermöglicht. Aufgabe ist weiterhin, ein Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie mit chemo elektrischen Wandlern und ein Verfahren zum Betrieb eines che moelektrischen Wandlers anzugeben.The object of the present invention is therefore a chemoelect and a chemo-electric converter system admit that can be designed as a microsystem and a enables efficient energy conversion. Task is still a method of generating electrical energy with chemo electrical converters and a method of operating a che Moelectric converter to specify.

Die Aufgabe wird durch einen chemoelektrischen Wandler mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.The task is accomplished with a chemoelectric converter Features of claim 1 solved.

Demgemäss kann ein chemoelektrischer Wandler mit Elektroden aus einem flüssigen Wasserstoffüberträger, insbesondere wässriger Lösung von Glucose, und Sauerstoff als Edukten entweder über Reaktionszentren und sekundäre Donoren oder über Reaktionszent ren und sekundäre Akzeptoren elektrische Energie auskoppeln. Dabei sind als Elektroden erfindungsgemäß zwei poröse, Elektro nen und Protonen leitende Festkörper vorgesehen, wobei in dem Volumen des ersten Festkörpers die Reaktionszentren und die se kundären Akzeptoren und in dem Volumen des zweiten Festkörpers die Reaktionszentren und die sekundären Donoren als feste Ver bindungen vorliegen und der erste und der zweite Festkörper durch eine protonenleitende Membran getrennt in Kontakt stehen.Accordingly, a chemoelectric converter can be made with electrodes a liquid hydrogen transfer, especially aqueous Solution of glucose, and oxygen as starting materials either over Reaction centers and secondary donors or via reaction centers and secondary acceptors decouple electrical energy. According to the invention, two porous electrodes are used as electrodes NEN and proton conductive solids are provided, in which Volume of the first solid, the reaction centers and the se customer acceptors and in the volume of the second solid the reaction centers and the secondary donors as solid ver bonds are present and the first and the second solid separated by a proton-conducting membrane.

Es ist von Vorteil, die Poren des Festkörpers so auszubilden, dass sie kapillarisch für flüssige Edukte wirken. Es lässt sich so auf einfache Weise und ohne den Einsatz von Dichtungen oder die Notwendigkeit des Aufbaus hoher Drücke ein An- und Abtrans port von Edukten und Produkten sowie von Reaktionswärme errei chen. It is advantageous to design the pores of the solid in such a way that they act capillary for liquid educts. It can be so easily and without the use of seals or the need to build up high pressures on and off port of educts and products as well as heat of reaction chen.

Es ist von besonderem Vorteil, wenn die Elektroden zusätzlich auch zur Speicherung elektrischer Energie dienen. Es ist so ei ne Speicherung von Energie durch die sekundären Akzeptoren und sekundären Donoren möglich, da diese - ähnlich einer Batterie - zunächst einmal Elektronen aufnehmen bzw. abgeben können, ohne dass eine äußere Zufuhr von Edukten stattfinden muss.It is particularly advantageous if the electrodes are additional also serve to store electrical energy. It's so egg ne storage of energy by the secondary acceptors and secondary donors possible because these - similar to a battery - can initially take up or release electrons without that an external supply of starting materials must take place.

In einer vorteilhaften Ausführung dienen als sekundärer Akzep tor Metall-Oxid Verbindungen, insbesondere alkalisches Fe(VI)- Oxid. Es ist von Vorteil, als Reaktionszentren für den sekundä ren Akzeptor organische Verbindungen, insbesondere Chinone oder Flavine, einzusetzen. Vorteilhaft ist auch, als Reaktionszent ren für den sekundären Akzeptor anorganische Cer-Verbindungen zu verwenden. Es ist vorteilhaft, als sekundären Donor metall- organische Verbindungen, organische Verbindungen oder Metalle, insbesondere Wismut oder Blei, einzusetzen. Durch den Einsatz dieser Materialien kann die Auskopplung der Energie effizient durchgeführt werden.In an advantageous embodiment serve as a secondary accept Tor metal-oxide compounds, especially alkaline Fe (VI) - Oxide. It is advantageous as a reaction center for the secondary ren acceptor organic compounds, especially quinones or Flavine. It is also advantageous as a reaction center ren for the secondary acceptor inorganic cerium compounds to use. It is advantageous to use metal as a secondary donor organic compounds, organic compounds or metals, especially bismuth or lead. Because of the engagement These materials can extract energy efficiently be performed.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung können die se kundären Donoren und/oder die sekundären Akzeptoren nach ihrem Einsatz chemisch über die Reaktionszentren und/oder durch Ein speisung elektrischer Energie regeneriert werden. Es ist da durch möglich, den chemoelektrischen Wandler, der auch als Speicher dienen kann, wieder elektrisch aufzuladen.In an advantageous embodiment of the invention, the se secondary donors and / or secondary acceptors according to their Use chemically via the reaction centers and / or by one electrical energy supply can be regenerated. It is there through possible the chemoelectric converter, which is also called Storage can serve to recharge electrically.

Es ist vorteilhaft, dass die Reaktionszentren und/oder die se kundären Donoren und/oder die sekundären Akzeptoren in eine ge lartige Matrix einzubinden. Die Einbindung unterschiedlicher Materialien und Substanzen kann so flexibel erfolgen.It is advantageous that the reaction centers and / or these secondary donors and / or secondary acceptors in a ge to incorporate oil-like matrix. The integration of different Materials and substances can be done flexibly.

Vorteilhaft ist weiterhin, die als Elektroden und Speicher die nenden Festkörper des chemoelektrischen Wandlers quaderförmig auszubilden. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist mindes tens einer der Festkörper über einen elektrisch leitfähigen Kontakt kontaktiert. Dabei ist vorteilhaft, den elektrisch leitfähigen Kontakt als metallisches Gitter auszubilden, das mit Vorteil den Festkörper an genau einer seiner Seitenflächen kontaktiert. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird auf das metallische Gitter Nickel, Kohlenstoff und/oder eine andere organische Verbindung aufgebracht. Es ist von Vorteil, den elektrisch leitfähigen Kontakt in einen Fest körper zu integrieren. Es kann so eine einfach herzustellende Struktur der als Elektroden und Speicher dienenden Festkörper erreicht werden, die so einfach in einer technisch vorteilhaf ten Form, beispielsweise nebeneinander, angeordnet werden kön nen. Weiterhin ist eine zuverlässige Kontaktierung möglich, die eine effiziente Ableitung der elektrischen Energie aus den E lektroden ermöglicht.It is also advantageous to use the electrodes and memory solids of the chemoelectric converter cuboid train. In an advantageous development, at least least one of the solids via an electrically conductive Contact contacted. It is advantageous to use the electric to form conductive contact as a metallic grid, the with advantage the solid on exactly one of its side surfaces contacted. In a further advantageous embodiment of the Invention is based on the metallic grid nickel, carbon and / or another organic compound applied. It is of advantage, the electrically conductive contact in a feast integrate body. It can be an easy to manufacture Structure of the solid bodies serving as electrodes and storage can be achieved so easily in a technically advantageous way ten form, for example side by side, can be arranged NEN. Furthermore, reliable contacting is possible an efficient derivation of the electrical energy from the E electrodes.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist eine Sprühvorrichtung vorgesehen, mit der Edukte und/oder Wasser auf den Festkörper aufgesprüht werden können. Dabei ist vorteil haft, als Edukt eine wässrige Lösung von Hydrazin N₂H₄, Metha nol CH₃OH oder Glucose C₆H₁₂O₆, insbesondere als Wasserstoff überträger, zu verwenden. Es ist hierdurch ein effizienter Antransport von Wasserstoffüberträgern gegeben.In an advantageous development of the invention, a spray device is provided with which educts and / or water can be sprayed onto the solid body. It is advantageous to use, as starting material, an aqueous solution of hydrazine N ₂ H ₄ , methanol CH ₃ OH or glucose C ₆ H ₁₂ O ₆ , in particular as a hydrogen transfer agent. This ensures efficient transport of hydrogen carriers.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein chemoelektrisches Wandler system mit den Merkmalen des Patentanspruchs 18 gelöst.The task continues through a chemoelectric converter System with the features of claim 18 solved.

Demgemäss kann ein chemoelektrisches Wandlersystem aus einem flüssigen Wasserstoffüberträger, insbesondere wässriger Lösung von Glucose, und Sauerstoff als Edukten über Reaktionszentren und sekundäre Donoren und/oder Reaktionszentren und sekundäre Akzeptoren elektrische Energie auskoppeln. Dabei ist erfin dungsgemäß mindestens einer der vorstehend beschriebenen chemo elektrischen Wandler vorgesehen, wobei dessen als poröse, E lektronen und Protonen leitende Festkörper ausgebildete Elekt roden über eine protonenleitende Schicht miteinander in Kontakt stehen und die protonenleitende Membran zwischen der protonen leitenden Schicht und den Festkörpern angeordnet ist.Accordingly, a chemoelectric conversion system can be made from one liquid hydrogen transfer, especially aqueous solution of glucose, and oxygen as starting materials via reaction centers and secondary donors and / or reaction centers and secondary Disconnect acceptors from electrical energy. It is invented According to at least one of the chemo described above electrical converter provided, the porous, E solid electrons and protons clear through a proton-conducting layer stand and the proton-conducting membrane between the protons conductive layer and the solid body is arranged.

Es ist von Vorteil, die Elektroden auf ihrer der protonenlei tenden Schicht abgewendeten Seite über elektrisch leitfähige Kontakte zu kontaktieren. In einer Vorzugsvariante ist die pro tonenleitende Schicht flächig ausgebildet, wobei die mindestens zwei Elektroden, die auch als Speicher dienen können, mit der gleichen Seite der Fläche der protonenleitenden Schicht in Kon takt stehen. Es ist dabei vorteilhaft, die Elektroden auf der protonenleitenden Schicht so nebeneinander anzuordnen, dass sie sich nicht berühren. Die protonenleitende Membran kann dabei mit Vorteil auch zusätzlich zwischen den Elektroden angeordnet werden. Die Elektroden sind vorzugsweise so auf der protonen leitenden Schicht angeordnet, dass immer jeweils zwei Elektro den unterschiedlicher Dotierung nebeneinander liegen. Es lässt sich so ein skalierbares System aus positiven und negativen E lektroden herstellen, wobei der Transport der Protonen über die protonenleitende Schicht stattfindet.It is advantageous to put the electrodes on their proton lead layer facing away from electrically conductive Contacts to contact. In a preferred variant, the pro tone-conducting layer formed flat, the at least two electrodes, which can also serve as memory, with the same side of the surface of the proton-conducting layer in Kon stand in time. It is advantageous to place the electrodes on the arrange the proton-conducting layer next to each other so that it do not touch The proton-conducting membrane can also advantageously arranged between the electrodes become. The electrodes are preferably on the proton conductive layer arranged that always two electrical the different doping are next to each other. It leaves a scalable system of positive and negative E Produce electrodes, the transport of the protons over the proton-conducting layer takes place.

Vorteilhaft ist, eine Sprühvorrichtung vorzusehen, mit der E dukte und/oder Wasser auf die als poröse Festkörper ausgebilde te Elektroden aufgesprüht werden kann. Mit Vorteil ist die Sprühvorrichtung beweglich, insbesondere auch drehbeweglich an geordnet. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Sprühvorrichtung als feste Matrix ausgebildet, die an den gewünschten Stellen Edukte auf die Elektroden sprühen kann. Ü ber die Sprühvorrichtung kann ein konstanter Antransport von Edukten und damit eine konstante Energieauskopplung gewährleis tet werden. Wasser kann dabei als Phasenübergangsmittel zum Ab transport entstehender Reaktionswärme dienen.It is advantageous to provide a spray device with which E products and / or water formed on the porous solid te electrodes can be sprayed on. It is an advantage Spray device movable, in particular also rotatable orderly. In a further advantageous embodiment the spray device is designed as a solid matrix, which to the desired places can spray educts on the electrodes. Ü A constant transport of Educts and thus constant energy decoupling guaranteed be tested. Water can be used as a phase transition agent for the Ab serve to generate heat of reaction.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die protonenleitende Schicht zusätzlich entweder Reaktionszentren und sekundäre Akzeptoren oder Reaktionszentren und sekundäre Donoren auf, die zur Zwischenspeicherung elektrischer Energie dienen. Es ist vorteilhaft, die protonenleitende Schicht an ih rer den Elektroden abgewandten Seite über elektrisch leifähige Kontakte zu kontaktieren. Die protonenleitende Schicht kann so als Energiespeicher im Prinzip einer Batterie betrieben werden, die durch die chemoelektrische Wandler und/oder durch Einspei sen von Energie von außen regeneriert werden kann.In an advantageous development of the invention, the proton-conducting layer additionally either reaction centers and secondary acceptors or reaction centers and secondary Donors used to store electrical energy serve. It is advantageous to attach the proton-conducting layer to it rer side facing away from the electrodes via electrically conductive Contacts to contact. The proton-conducting layer can do so can be operated as an energy storage in principle a battery, by the chemoelectric converter and / or by injection energy can be regenerated from the outside.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die protonenleitenden Schicht und die mit dieser in Kontakt stehen den Elektroden auf einer ebenen oder in einer Ebene gekrümmten Platine angeordnet. Auf der Platine sind vorteilhafter Weise zusätzlich Mittel zur Kontrolle der elektrochemischen Wandlung und/oder Mittel zur Auskopplung der elektrischen Leistung und/oder Mittel zur Einspeisung elektrischer Energie vorgese hen. Dabei ist in einer Vorzugsvariante ein Gegentakt- Flusswandler zur Auskopplung elektrischer Leistung, insbesonde re zur Transformation einer Niederspannung, auf der Platine mit angeordnet. Es ist von Vorteil, die Platine aus mehreren Lagen auszubilden, wobei die Mittel zur Kontrolle der elektrochemi schen Wandlung und/oder Mittel zur Auskopplung der elektrischen Leistung und/oder Mittel zur Einspeisung elektrischer Energie, insbesondere auch ein Gegentakt-Flusswandler, zumindest teil weise zwischen den Lagen der Platine angeordnet sind. In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung sind auf beiden Seiten der Platine protonenleitenden Schichten und Elektroden ange bracht, so dass sich die zusätzlichen Mittel zur Kontrolle der elektrochemischen Wandlung und/oder Mittel zur Auskopplung der elektrischen Leistung und/oder Mittel zur Einspeisung elektri scher Energie dazwischen befinden. Es lassen sich auf diese Weise Module fertigen, die sowohl einen Wandlerbereich aufwei sen, als auch die zur Steuerung dieses Wandlerbereichs notwen digen Mittel, insbesondere eine Steuerelektronik und Mittel zur Auskopplung elektrischer Leistung. Durch die beidseitige Bestü ckung der Platine mit Elektroden wird eine platzsparendes "Sandwich"-Modul geschaffen.In an advantageous development of the invention, the proton-conducting layer and which are in contact with it the electrodes on a flat or curved plane Circuit board arranged. On the board are advantageous additional means for controlling the electrochemical conversion and / or means for decoupling the electrical power and / or means for feeding electrical energy hen. In a preferred variant, a push-pull Flow converter for decoupling electrical power, in particular re to transform a low voltage, on the board with arranged. It is advantageous to have the board in several layers train, the means for controlling the electrochemical rule and / or means for decoupling the electrical Power and / or means for feeding electrical energy, especially a push-pull flux converter, at least in part are arranged between the layers of the board. In a preferred further development of the invention are on both sides the circuit board proton-conducting layers and electrodes brings, so that the additional resources to control the electrochemical conversion and / or means for decoupling the electrical power and / or means for feeding electri shear energy in between. It can be based on this Wise modules that have both a converter area sen, as well as those necessary to control this converter area nigen means, in particular control electronics and means for Decoupling electrical power. Due to the double-sided equipment Covering the board with electrodes will save space "Sandwich" module created.

Vorteilhaft sind mehrere Platinen kreisförmig und/oder spiral förmig angeordnet sind. Von Vorteil ist weiterhin, wenn mehrere Platinen mit einer einzigen Sprühvorrichtung mit Edukten und/oder Wasser besprüht werden können. Das chemoelektrische Wandlersystem lässt sich so modular durch die Verwendung mehre rer Platinen skalieren, wobei sich alle benötigten Mittel zur Steuerung und Ein- und Auskopplung von Energie bereits auf den Platinen befinden. Die Module können in unterschiedlichen An ordnungen miteinander verbunden werden. Dabei ist von Vorteil, die chemoelektrischen Wandler, insbesondere die Platinen, über mehrere elektrische Ableitungen miteinander zu verbinden. Auf diese Weise kann ein skaliertes System hergestellt werden, das für hohe Leistungen geeignet ist.Several circuit boards are circular and / or spiral are arranged in a shape. It is also advantageous if several Boards with a single spray device with educts and / or water can be sprayed. The chemoelectric Converter system can be modular by using several rer boards scale, whereby all necessary means for Control and coupling and decoupling of energy already on the Circuit boards. The modules can be of different types orders are linked together. It is an advantage the chemoelectric converters, especially the boards, over to connect several electrical leads together. On in this way a scaled system can be made that is suitable for high performance.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Ultraschallquelle vorgesehen, mit der zumindest Teile des che moelektrischen Wandlersystems in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt werden können. Es ist weiterhin von Vor teil, einen Behälter vorzusehen, mit dem zumindest ein Teil des chemoelektrischen Wandlersystems, insbesondere die porösen Festkörper und/oder Platinen mit chemoelektrischen Wandlern, gegenüber der Umgebung druckdicht abschließbar ist. Dabei ist vorteilhaft, wenn in dem Behälter eine sich im Fliessgleichge wicht befindliche Atmosphäre aus Sauerstoff, Stickstoff, Was serdampf und CO₂ aufrecht erhalten werden kann. Der Druck in dem Behälter ist dabei vorteilhaft periodisch und/oder zu fest gelegten Zeiten veränderbar, wobei der Behälter mit Vorteil kühlbar ist. Durch diese vorteilhaften Ausgestaltungen lässt sich der Durchsatz an Edukten, Produkten und Wasser durch den porösen Festkörper erhöhen, wodurch die Auskoppelleistung ge steigert werden kann.In an advantageous embodiment of the invention, an ultrasound source is provided, with which at least parts of the chemical-electrical transducer system can be set in high-frequency mechanical vibrations. It is also of part before to provide a container with which at least part of the chemoelectric transducer system, in particular the porous solids and / or circuit boards with chemoelectric transducers, can be closed in a pressure-tight manner with respect to the environment. It is advantageous if an atmosphere of oxygen, nitrogen, water vapor and CO ₂ can be maintained in the container in the flow equilibrium. The pressure in the container can advantageously be changed periodically and / or at fixed times, the container advantageously being coolable. Through these advantageous embodiments, the throughput of educts, products and water through the porous solid body can be increased, whereby the decoupling performance can be increased.

Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren mit den Merkma len des Patentanspruchs 42 gelöst.The task continues through a procedure with the characteristics len of claim 42 solved.

Demgemäss kann mit einem Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie mit chemoelektrischen Wandlern, mit denen aus einem flüssigen Wasserstoffüberträger, insbesondere wässriger Lösung von Glucose, und Sauerstoff als Edukten über Reaktionszentren und sekundäre Donoren und/oder Reaktionszentren und sekundäre Akzeptoren elektrische Energie ausgekoppelt werden. Dabei wer den die Edukte erfindungsgemäß auf mindestens eine Elektrode aufgebracht, die als poröser, Elektronen und Protonen leitender Festkörper ausgebildet ist und in dessen Volumen die Reaktions zentren und die sekundären Akzeptoren oder die Reaktionszentren und die sekundären Donoren als feste Verbindungen vorliegen.Accordingly, a method for generating electrical Energy with chemoelectric converters, with those from one liquid hydrogen transfer, especially aqueous solution of glucose, and oxygen as starting materials via reaction centers and secondary donors and / or reaction centers and secondary Acceptors electrical energy are decoupled. Here who the educts according to the invention on at least one electrode applied that as porous, electrons and protons conductive Solid is formed and in the volume of the reaction centers and the secondary acceptors or the reaction centers and the secondary donors are solid compounds.

In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden die E dukte kapillarisch in den porösen Festkörper transportiert. Der Transport der Edukte wird so ohne zusätzliche technische Hilfs mittel vorgenommen.In an advantageous embodiment of the invention, the E products transported capillary into the porous solid. The The educts are transported without additional technical aids medium made.

Weiterhin wird mit Vorteil ein weiter oben beschriebenes chemo elektrisches Wandlersystem in einem der folgenden vier Be triebszustände betrieben:
Furthermore, a chemo-electrical converter system described above is advantageously operated in one of the following four operating states:

a) Operation at standard power in a state in flow equilibrium weight at which the release of electrical energy over se secondary donors D and secondary acceptors A of the feed of the educts and thus their chemical regeneration pro is portional,
b) Operation with a greatly increased compared to the standard power, short-term delivery of electrical power as permissible Overload at the (compared to the requirements of the Operating state a) Existing secondary Donors D and secondary acceptors A without immediate chemical regeneration are consumed
c) Operation with greatly increased short-term recording elect energy from an external source for direct electrical regeneration of spent secondary dono and secondary acceptors, synonymous with the electrical charging of the internal memory, in particular also parallel to chemical regeneration,
d) Operation at low load with the secondary Do used noren and secondary acceptors of chemoelectric Transducer systems are electrically regenerated internally where at the used secondary donors and secondary Acceptance of some electrodes by the secondary dono and secondary acceptors of others, in the same equilibrium importance according to the operating state a) operated electrodes be regenerated.

Es ist weiterhin vorteilhaft, ein obenbeschriebenes chemoelekt risches Wandlersystems so zu betreiben, dass die von dem chemo elektrischen Wandlersystem erzeugte Niederspannung mit einem Gegentakt-Flusswandler auf technisch übliche Spannungen, insbe sondere 110 V, 220 V oder 380 V, herauf transformiert wird. Dabei wird die Spannung vorzugsweise in zwei- oder mehrphasige Wech selströme einstellbarer Frequenz umgewandelt. Es lassen sich so aus der von den chemoelektrischen Wandlern gelieferten Niedrig spannung technisch verwertbare Spannungen und Ströme erzielen.It is also advantageous to use a chemoelect as described above to operate the converter system so that the chemo electrical converter system generated low voltage with a Push-pull flux converter to technically usual voltages, esp special 110 V, 220 V or 380 V is transformed up. there the voltage is preferably in two or multi-phase alternation adjustable currents converted frequency. It can be so from the low supplied by the chemoelectric converters voltage technically usable voltages and currents.

Die vorliegende Erfindung geht von dem Gedanken aus, die bishe rige Kopplung von mikroskopischen Prozessen mit makroskopischer Technik soweit als möglich aufzuheben. Es versteht sich, dass heutige moderne Technologien (Nanotechnologie) nur ansatzweise bis in den Bereich von nm vordringen, ihr Wirkungsbereich dürf te oberhalb von 100 nm beginnen. Die vorliegende Erfindung baut auf dieser Technologie, beispielsweise auf mikroporösen, kapil laraktiven Strukturen, auf Mikrotropfen und ihren Fördersyste men, auf Kondensation und Verdampfung an Mikrorauhigkeiten, auf dochtartigen Leiterbahnen für Flüssigkeiten auf. Sie integriert die zur chemoelektrischen Wandlung, Speicherung und Auskopplung der elektrischen Energie erforderlichen Komponenten, Redox- Systeme und Leiter für Protonen, und sie verzichtet soweit mög lich auf makroskopische hydrodynamische und hydraulische Struk turen.The present invention is based on the idea that hitherto coupling of microscopic processes with macroscopic Save technology as much as possible. It goes without saying that Today's modern technologies (nanotechnology) only partially penetrate into the range of nm, their scope may start above 100 nm. The present invention builds on this technology, for example on microporous, kapil laractive structures, on microdrops and their conveyor system on condensation and evaporation due to micro roughness wick-like conductor tracks for liquids. You integrated those for chemoelectric conversion, storage and decoupling components required for electrical energy, redox Systems and conductors for protons, and they do without as much as possible macroscopic hydrodynamic and hydraulic structure tures.

Die vorliegende Erfindung verlässt also Verfahren und Anordnun gen zur chemoelektrischen Wandlung wie im Stand der Technik be schrieben, in denen Reaktionszentren sowie Donoren und Akzepto ren im wässrigen Elektrolyten gelöst sind, wobei Wasser im Ü berschuß vorhanden ist. Die Erfindung basiert auf dem Einsatz von Reaktionszentren RZD1, RZD2, RZA1 und RZA2 sowie von sekun dären Donoren D und Akzeptoren A wie in Fig. 2 dargestellt, a ber sie beschreibt im Unterschied zur genannten Patentschrift Verfahren und Anordnungen,
The present invention thus leaves methods and arrangements for chemoelectric conversion as described in the prior art, in which reaction centers and donors and acceptors are dissolved in the aqueous electrolyte, water being present in excess. The invention is based on the use of reaction centers RZD1, RZD2, RZA1 and RZA2 as well as secondary donors D and acceptors A as shown in FIG. 2, but, in contrast to the patent specification mentioned, they describe methods and arrangements,

- those with chemoelectrically active, non-fluid three dimensional structures work,
- in which reaction centers, donors and acceptors are not - are fluid connections,
- and in which water occurs only to the extent that it is Educt and / or needed as a means of heat transfer and how it is found as a product.

Durch die Erfindung werden neue Freiheitsgrade für die chemo elektrische Wandlung gewonnen. Erst jetzt, da Dichtungen, hyd rodynamische und auch stabilisierende Strukturen und Einrich tungen mit ihren Drücken und Kräften entfallen, erscheint ein modularer Aufbau des Wandlersystems wie in der Mikroelektronik mit seinen großen Vorteilen bei Fertigung, Betrieb und auch Störfällen möglich. Im Falle eines modularen chemoelektrischen Wandlersystems lässt sich im Prinzip jegliche vom Kunden gefor derte Ausgangsleistung einfach durch Addition von Modulen, die auf eine gemeinsame Sammelschiene gesteckt und somit elektrisch parallel geschaltet werden, erreichen.The invention provides new degrees of freedom for chemo electrical conversion won. Only now that seals, hyd Rodynamic and also stabilizing structures and equipment with their pressures and forces no longer appears, a appears Modular construction of the converter system as in microelectronics with its great advantages in manufacturing, operation and also Accidents possible. In the case of a modular chemoelectric In principle, any converter system can be used by the customer output power simply by adding modules that plugged onto a common busbar and thus electrically be connected in parallel.

Gemäß der Erfindung werden nur solche für Redox-Reaktionen fä hige Stoffe oder Verbindungen als (sekundäre) Donoren D und Ak zeptoren A verwendet, die
According to the invention, only those capable of redox reactions or compounds are used as (secondary) donors D and acceptors A, which

- As solid substances in microporous structures or in ge l-like matrices are introduced, and the
- After their use, both chemically via the reaction center Ren RZD2 and RZA2, but also directly regenerated electrically can be.

Als Donor kann im einfachsten Fall vorteilhaft ein Metall wie Wismut oder Blei verwendet werden, da sich beispielsweise ihre Oxide durch Glucose über Reaktionszentren RZD1 und RZD2 redu zieren lassen, aber auch organische und metall-organische Ver bindungen kommen in Betracht. In the simplest case, a metal such as Bismuth or lead can be used because, for example, their Oxides through glucose via reaction centers RZD1 and RZD2 redu adorn, but also organic and metal-organic Ver bindings come into consideration.

Als sekundärer Akzeptor A können beispielsweise Verbindungen auf der Basis von Metall-Oxiden eingesetzt werden, so läßt sich alkalisches Fe(III)-Oxid über H₂O₂ zu FeO₄ ^2-, einem Fe(VI)-Oxid, als sehr effektiven Akzeptor oxidieren.For example, compounds based on metal oxides can be used as secondary acceptor A, so alkaline Fe (III) oxide can be used as H ₂ O ₂ to form FeO ₄ ^2- , an Fe (VI) oxide, as a very effective acceptor oxidize.

Als Reaktionszentrum RZA1 wurden bereits früher organische Ver bindungen wie Chinone genannt, hier kommen beispielsweise neben Flavinen und anderen organischen Verbindungen auch anorganische Cer-Verbindungen, die molekularen Sauerstoff als Komplex binden und zu H₂O₂ reduzieren, in Frage.Organic compounds such as quinones have already been mentioned as the RZA1 reaction center; here, for example, in addition to flavins and other organic compounds, inorganic cerium compounds which bind molecular oxygen as a complex and reduce it to H ₂ O _{2 are also} suitable.

Unter der zweiten Voraussetzung ist es prinzipiell möglich, e lektrische Energie aus einer externen Quelle - etwa Bremsener gie bei einem Fahrzeugantrieb (die im allgemeinen rund 15% der Antriebsenergie ausmacht) - in das Wandlersystem einzuspeisen und damit zu einem großen Teil rückzugewinnen.Under the second condition, it is possible in principle e electrical energy from an external source - such as brakes gie in a vehicle drive (which generally around 15% of the Drive energy) - feed into the converter system and thereby recover a large part.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren der Zeich nungen weiter erläutert. Es zeigen:The invention is described below with reference to the figures of the drawing further explained. Show it:

Fig. 1 Schematische Darstellung eines chemoelektrischen Wandlers nach dem Stand der Technik, Fig. 1 Schematic representation of a chemo-electric converter according to the prior art,

Fig. 2 schematische Darstellung eines Verfahrens zur Erzeu gung elektrischer Energie aus nachwachsender Biomasse gemäß dem Stand der Technik, Fig. 2 shows a schematic representation of a method for the generation of electrical energy from renewable biomass supply according to the prior art,

Fig. 3 schematische Explosionsdarstellung eines erfindungs gemäßen chemoelektrischen Wandlersystems, Fig. 3 is a schematic exploded view of a modern fiction, chemo-electric transducer system,

Fig. 4 schematische Schnittdarstellung durch einen porösen Festkörper eines erfindungsgemäßen chemoelektrischen Wandlers, Fig. 4 is a schematic sectional view of a porous solid body of a chemo-electric converter according to the invention,

Fig. 5 schematische Explosionsdarstellung eines erfindungs gemäßen chemoelektrischen Wandlersystems in einer zweiten Ausführungsform, Fig. 5 shows a schematic exploded view of a modern fiction, chemo-electric transducer system in a second embodiment,

Fig. 6 schematische Explosionsdarstellung eines erfindungs gemäßen chemoelektrischen Wandlersystems in einer dritten Ausführungsform, und Fig. 6 is a schematic exploded view of a chemoelectric converter system according to the invention in a third embodiment, and

Fig. 7 schematisches Schaltbild eines Gegentakt- Flusswandlers. Fig. 7 schematic circuit diagram of a push-pull flux converter.

Fig. 3 zeigt eine nicht maßstabsgerechte, schematisierte Explo sionszeichnung der Erfindung, bezogen auf den chemoelektrischen Teil eines chemoelektrischen Wandlersystems. Fig. 3 shows a not to scale, schematic exploded view of the invention, based on the chemoelectric part of a chemoelectric conversion system.

Die einzelnen Elektroden des chemoelektrischen Wandlersystems sind als streifenförmige, poröse und kapillarisch für Edukte wirkende Festkörper 7, 8 ausgeführt. Die Elektroden wirken auch als Speicher für elektrische Energie. Die Festkörper 7, 8 sind einerseits durch die Einbindung von als feste Verbindungen vor liegende Reaktionszentren und sekundären Donoren in die poröse Struktur als negative Elektroden-Speicherstruktur 7 und ande rerseits durch die Einbindung von Reaktionszentren und sekundä ren Akzeptoren in die poröse Struktur als positive Elektroden- Speicherstruktur 8 ausgebildet. Auf einer ebenen Schicht 5 aus protonenleitendem Material liegt eine ebenfalls protonenleiten de Membran 6 als Trennschicht zu einer Anordnung aus streifen förmigen, elektronisch über eine Trennfuge voneinander getrenn ten negativen und positiven Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8, die über Schutz-, Stütz- und Stromsammel-Gitter 9 abwechselnd mit negativen und positiven elektronenleitenden Stromleitungen 10 eines zweisträngigen Leistungsbusses 11 verbunden, also ins gesamt parallel geschaltet sind. Die protonenleitende Membran 6 kann in einer hier nicht gezeigten Ausführungsform zusätzlich auch in der Trennfuge zwischen den beiden Elektroden- Speicherstrukturen 7, 8 angeordnet sein oder die Trennfuge Ma terial der protonenleitenden Membran (6) enthalten. Die Trenn fuge kann auch mit einem Isolator ausgefüllt werden. Die proto nenleitende Schicht 5 und die Membran 6 sind allen Elektroden- Speicherstrukturen 7, 8 gemeinsam zugeordnet.The individual electrodes of the chemoelectric converter system are designed as strip-shaped, porous, and solid bodies 7 , 8 that act for capillaries. The electrodes also act as storage for electrical energy. The solids 7 , 8 are, on the one hand, by integrating reaction centers and secondary donors as solid connections into the porous structure as a negative electrode storage structure 7 and, on the other hand, by integrating reaction centers and secondary acceptors in the porous structure as positive electrodes. Memory structure 8 formed. On a flat layer 5 made of proton-conducting material is also a proton-conducting membrane 6 as a separating layer to form an arrangement of strip-shaped, electronically separated by a separating joint th negative and positive electrode storage structures 7 , 8 , the protection, support and current collector Grid 9 alternately connected to negative and positive electron-conducting power lines 10 of a two-strand power bus 11 , that is to say connected in parallel overall. In an embodiment not shown here, the proton-conducting membrane 6 can additionally be arranged in the joint between the two electrode storage structures 7 , 8 or contain the joint Ma material of the proton-conducting membrane ( 6 ). The joint can also be filled with an isolator. The proto nenleitende layer 5 and the membrane 6 are all electrodes memory structures 7 , 8 assigned together.

Die Ausbildung der Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 als Streifen, wie hier gezeigt, ist zweckmäßig aber nicht zwingend, im Prinzip können beliebige geometrische Formen und Anordnun gen, etwa als Kreise oder in Form eines Schachbrettes, verwen det werden.The formation of the electrode storage structures 7 , 8 as strips, as shown here, is expedient but not mandatory, in principle any geometric shapes and arrangements, such as circles or in the form of a chessboard, can be used.

Die Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 sind durch poröse, ka pillaraktive, elektronisch und protonisch leitende Festkörper ausgebildet, in den das Schutz-, Stütz- und Stromsammel-Gitter 9, vorteilhaft mit präparierter Oberfläche, integriert oder aufgesetzt wird. Der jeweilige Festkörper 7, 8 enthält entweder Reaktionszentren RZD1 und RZD2 oder RZA1 und RZA2 gemäß Fig. 2 und der dortigen Beschreibung des Standes der Technik, ein schließlich des Redox-Systems der sekundären Donoren D oder se kundären Akzeptoren A, nun allerdings nicht in gelöster, flui der Form, sondern als feste Verbindungen.The electrode storage structures 7 , 8 are formed by porous, ka pillaractive, electronically and protonically conductive solid bodies into which the protective, supporting and current collecting grid 9 , advantageously with a prepared surface, is integrated or placed. The respective solid 7 , 8 contains either reaction centers RZD1 and RZD2 or RZA1 and RZA2 according to FIG. 2 and the description of the state of the art there, including the redox system of the secondary donors D or se customary acceptors A, but not now in solution , flui of form, but as fixed connections.

Die inneren Grenzflächen zum Aufbau der potentialbestimmenden Doppelschichten sind, ähnlich wie bei Aktivkohle, sehr groß. Da die poröse Festkörperstruktur, etwa durch Zumischen von Graphit oder Ruß, auch elektronenleitend ist, weil eine elektronenlei tende Matrix ausgebildet wird, können die in die poröse Fest körperstruktur integrierten sekundären Donoren D Elektronen ü ber das Schutz-, Stütz- und Stromsammel-Gitter 9 an den Leis tungsbus 11 abgeben und die sekundären Akzeptoren A Elektronen über den Leistungsbus 11 erhalten.Similar to activated carbon, the inner interfaces to build up the potential-determining double layers are very large. Since the porous solid structure, for example by admixing graphite or soot, is also electron-conductive, because an electron-conducting matrix is formed, the secondary donors D electrons integrated in the porous solid structure can pass through the protection, support and current collecting grid 9 Actions at the Leis tungsbus 11 and receive the secondary electron acceptors A via the power bus. 11

Zwischen den Elektroden 7, 8 untereinander und mit der proto nenleitenden Schicht 5 findet ein Wärmetransfer statt, bei dem die entstehenden thermischen Energien untereinander ausge tauscht werden können. Die Struktur transferiert so intern Wär me auf der Temperatur der Struktur (Anergie). Bei der chemo elektrischen Oxidation der 24H aus Glucose wird Anergie freige setzt, etwa in gleicher Höhe wie die Abspaltung von jeweils 24H aus Glucose erfordert. Damit findet ein steter Wärmefluss zwi schen den Elektroden statt.Between the electrodes 7 , 8 with each other and with the proto nenleitende layer 5 , a heat transfer takes place in which the resulting thermal energies can be exchanged with each other. The structure internally transfers heat at the temperature of the structure (anergy). In the chemo-electrical oxidation of the 24H from glucose, anergy is released, approximately at the same level as the elimination of 24H from glucose. This means that there is a constant flow of heat between the electrodes.

Fig. 4 ist eine schematische, nicht maßstabsgerechte Schnitt darstellung einer der porösen, kapillaraktiven Festkörper 7, 8, die die Elektroden-Speicherstrukturen ausbilden. Sie zeigt die aus den Partikeln 22 gebildete elektronenleitenden Matrix, die Partikeln 23 der korrespondierenden, versetzt dazu angeordneten protonenleitenden Matrix. Weiterhin sind die Komplexe 24, zu denen im Falle einer negativen Elektroden-Speicherstruktur 7 die Reaktionszentren RZD1, RZD2 und Donoren D und im Falle ei ner positiven Elektroden-Speicherstruktur 8 die Reaktionszent ren RZA1, RZA2 und Akzeptoren A zusammengefasst sind, zu sehen. Die Komplexe 24 liegen dabei als feste Verbindungen im porösen Festkörper vor. Die Komplexe 24 können dabei auch in einer ge lartigen Matrix vorliegen. Fig. 4 is a schematic, not to scale, sectional view of one of the porous, capillary-active solids 7 , 8 , which form the electrode storage structures. It shows the electron-conducting matrix formed from the particles 22 , the particles 23 of the corresponding proton-conducting matrix arranged offset therefrom. Furthermore, the complexes 24 , to which the reaction centers RZD1, RZD2 and donors D in the case of a negative electrode storage structure 7 and the reaction centers RZA1, RZA2 and acceptors A are combined in the case of a positive electrode storage structure 8 . The complexes 24 are present as solid connections in the porous solid. The complexes 24 can also be present in a gel-like matrix.

Die zum Aufbau der Doppelschichten erforderlichen Grenzflächen 21 entstehen zwischen den Partikeln 22 der elektronenleitenden Matrix und den Komplexen 24. Die Zwischenräume zwischen den verschiedenen Partikeln 22, 23 und den Koplexen 24 bilden das Kapillarsystem aus. The interfaces 21 required to build up the double layers arise between the particles 22 of the electron-conducting matrix and the complexes 24 . The spaces between the different particles 22 , 23 and the coplexes 24 form the capillary system.

Versteht man die protonenleitende Schicht 5 als gemeinsame "protonische Masse", so wandern die entsprechenden Protonen durch diese Schicht von der negativer Elektroden- Speicherstruktur 7 zu den beiden benachbarten positiven Elekt roden-Speicherstrukturen 8. Ihr Weg ist um so kürzer je schma ler die Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 ausgelegt sind. Die gemeinsame protonenleitende Schicht 5 ermöglicht es im Unter schied zu üblichen Brennstoffzellen, die positiven und negati ven chemoelektrischen Wandler 7, 8 gemeinsam von einer Seite (und nicht wie bisher von zwei Seiten) aus mit Edukten zu ver sorgen.If the proton-conducting layer 5 is understood as a common “protonic mass”, the corresponding protons migrate through this layer from the negative electrode storage structure 7 to the two adjacent positive electrode storage structures 8 . The narrower the electrode storage structures 7 , 8 are, the shorter their path is. The common proton-conducting layer 5 makes it possible, in contrast to conventional fuel cells, to supply the positive and negative chemoelectric converters 7 , 8 together from one side (and not as previously from two sides) with starting materials.

Um die verbrauchten Donoren und Akzeptoren über die Reaktions zentren chemisch zu regenerieren, muss im Sauerstoff O₂ in die positiven Elektroden-Speicherstrukturen 8 eindiffundieren, wäh rend gelöste Glucose oder ein anderer flüssiger Wasserstoff überträger den negativen Elektroden-Speicherstrukturen 7 von oben zuzuführen ist. In der hier dargestellten Ausführungsform wird der flüssige Wasserstoffüberträger über eine Sprühvorrich tung in Form eines Druckersystems mit einem Druckerkopf 13, Dü sen und Fördersystemen, ähnlich wie er in Abmessungen und Funk tion von Tintenstrahldruckern bekannt ist, auf die negativen Elektroden-Speicherstrukturen 7 gesprüht. Der Sauerstoff aus der umgebenden Atmosphäre hat Zutritt zu der positiven Elektro den-Speicherstruktur 8.In order to chemically regenerate the used donors and acceptors via the reaction centers, O ₂ must diffuse into the positive electrode storage structures 8 in oxygen, while dissolved glucose or another liquid hydrogen transfer agent must be fed to the negative electrode storage structures 7 from above. In the embodiment shown here, the liquid hydrogen transfer device is sprayed onto the negative electrode storage structures 7 via a spray device in the form of a printer system with a printer head 13 , nozzles and conveyor systems, similar to the dimensions and functions of inkjet printers. The oxygen from the surrounding atmosphere has access to the positive electrode storage structure 8 .

Anstelle des zweiachsig über die Gesamtheit der Elektroden- Speicherstrukturen 7, 8 zu führenden Druckerkopfes 13 kann eine hier nicht gezeigte einachsig zu bewegende Druckerkopf-Leiste oder aber eine fest installierte Druckerkopf-Matrix als Sprüh vorrichtung verwendet werden. Instead of the biaxial over the entirety of the electrode memory structures 7 , 8 to be led printer head 13 , a printer head bar not shown here to be moved or a permanently installed printer head matrix can be used as a spray device.

In einer hier nicht gezeigten Variante der Erfindung hat jeder Druckerkopf 13 zumindest ein zweites Düsen- und Fördersystem, mit dem er Wasser als Reaktionspartner und Mittel zum Wärme transport auf die Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 sprühen kann. Dieses zweite Düsen- und Fördersystem ist so program miert, dass wässrige Lösungen von Glucose oder Hydrazin und das zusätzliche Wasser soweit erforderlich auf die entsprechende Elektroden-Speicherstruktur 7, 8 oder Teile von diesen unter Auslassung der Trennfugen zwischen den Festkörpern 7, 8 sprüht.In a variant of the invention, not shown here, each printer head 13 has at least one second nozzle and conveying system with which it can spray water as a reaction partner and a means of transporting heat onto the electrode storage structures 7 , 8 . This second nozzle and conveying system is programmed in such a way that aqueous solutions of glucose or hydrazine and the additional water, if necessary, spray onto the corresponding electrode storage structure 7 , 8 or parts thereof, omitting the joints between the solids 7 , 8 .

Die Mikrotropfen 12 werden von den kapillaraktiven Elektroden- Speicherstrukturen 7, 8 aufgenommen und innerhalb dieser durch die wirkenden Kapillarkräfte verteilt. Die Reservoire, von de nen aus der Druckerkopf 13 über flexible Zuleitungen versorgt wird, sind ebenso wie seine Mechanik und sein Steuerbus in der Zeichnung nicht gezeigt.The microdroplets 12 are picked up by the capillary-active electrode storage structures 7 , 8 and distributed within them by the capillary forces acting. The reservoirs from which the printer head 13 is supplied via flexible supply lines, like its mechanics and its control bus, are not shown in the drawing.

Die Abfuhr der Reaktionsprodukte CO₂ oder N₂ geschieht durch die Kanäle des Kapillarsystems ebenso wie die Abfuhr des H₂O einschließlich der zur Lösung der Glucose oder zur Verdünnung des Hydrazins verwendeten (zusätzlichen) H₂O-Anteile in gas förmiger Phase: Dieses Wasser, das sich zunächst in flüssiger Form innerhalb der porösen, kapillaraktiven Elektroden- Speicherstrukturen 7, 8 befindet, wird durch die Summe der Ver luste der chemoelektrischen Wandlung in Form von Wärme auf der Temperatur der Elektroden-Speicherstruktur 7, 8 verdampft, vor zugsweise an quasi kristallinen Bereichen oder Mikrorauhigkei ten, die als Keim zur Verdampfung wirken. Ein fast isothermer Abtransport der Verlustwärme aus den mikroporösen Elektroden- Speicherstruktur 7, 8 in die sie umgebende Atmosphäre ist mög lich, wobei anschließend die Verlustwärme der umgebenden Atmo sphäre durch Kondensation des Wasserdampfes an entsprechend ge kühlten Flächen wieder entzogen wird. The removal of the reaction products CO ₂ or N ₂ takes place through the channels of the capillary system as well as the removal of the H ₂ O including the (additional) H ₂ O components used in the gaseous phase to dissolve the glucose or to dilute the hydrazine: this water , which is initially in liquid form within the porous, capillary-active electrode storage structures 7 , 8 , is evaporated by the sum of the losses of the chemoelectric conversion in the form of heat at the temperature of the electrode storage structure 7 , 8 , preferably before crystalline areas or microroughness which act as a seed for evaporation. An almost isothermal removal of the heat loss from the microporous electrode storage structure 7 , 8 into the surrounding atmosphere is possible, after which the heat loss from the surrounding atmosphere is removed again by condensation of the water vapor on appropriately cooled surfaces.

Um den Durchsatz an Edukten und Produkten durch die porösen, kapillaraktiven Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 zu beschleu nigen, um den Auf- und Abbau der Doppelschichten zu beschleuni gen, werden die Elektroden-Speicherstruktur 7, 8 durch einen hier nicht dargestellten Ultraschall-Sender in hochfrequente mechanische Schwingungen versetzt.In order to accelerate the throughput of educts and products through the porous, capillary-active electrode storage structures 7 , 8 in order to accelerate the assembly and disassembly of the double layers, the electrode storage structure 7 , 8 are provided by an ultrasound transmitter, not shown here set in high-frequency mechanical vibrations.

Voll kommt das Konzept des Druckerkopfes 13 zum Einsatz, wenn ein flüssiger Sauerstoffüberträger wie beispielsweise H₂O₂ mit Wasser verdünnt über ein drittes Düsen- und Fördersystem im Druckerkopf 13 aufgesprüht wird. Die Sauerstoff-Diffusion ent fällt, Stromdichte und auch Spannung steigen drastisch. Soll das Gesamtsystem nach wie vor luftatmend sein, ist es erforder lich, die Reduktion von O₂ über das RZA1 in eine Art von Lunge auszulagern, die Funktionen von RZA1 und RZA2 also räumlich und zeitlich zu entkoppeln. Hohe Leistungsdichte wird mit erhöhtem Aufwand erreicht. Die Elektroden-Speicherstruktur 8 ändert sich, wenn überhaupt, nur unwesentlich.The concept of the printer head 13 is fully used when a liquid oxygen carrier such as H ₂ O ₂ diluted with water is sprayed on via a third nozzle and delivery system in the printer head 13 . Oxygen diffusion is eliminated, current density and voltage increase dramatically. If the overall system is still to be air-breathing, it is necessary to outsource the reduction of O ₂ via the RZA1 to a type of lung, i.e. to decouple the functions of RZA1 and RZA2 spatially and temporally. High power density is achieved with increased effort. The electrode storage structure 8 changes only insignificantly, if at all.

Die elektrische Regenerierung der verbrauchten Donoren D und Akzeptoren A kann als Alternative zur bisher beschriebenen che mischen Regenerierung bei den hier beschriebenen Varianten der Erfindung direkt über extern zugeführte elektrische Energie er folgen. Die elektrische Energie wird dabei über den Leistungs bus 11 mit seinen Stromleitungen 10, über die Schutz-, Stütz- und Stromsammel-Gitter 9 in die elektronisch leitfähige Matrix der Elektroden-Speicherstrukturen 7, 8 eingekoppelt. Die elekt rische Regenerierung der Redox-Systeme bedeutet aus elektri scher Sicht Aufladung des internen Speichers. Auch hierbei muss intern ein gleich großer protonischer Strom fließen.The electrical regeneration of the used donors D and acceptors A, as an alternative to the previously described chemical regeneration in the variants of the invention described here, can be followed directly by externally supplied electrical energy. The electrical energy is coupled via the power bus 11 with its power lines 10 , via the protective, support and current collecting grids 9 into the electronically conductive matrix of the electrode storage structures 7 , 8 . From an electrical point of view, the electrical regeneration of the redox systems means charging the internal memory. Here, too, an equally large protonic current must flow internally.

Das chemoelektrische Wandlersystem gemäß der vorliegenden Er findung hat die Eigenschaft, seinen Speicher nicht nur extern über elektrische Energie sondern auch intern durch Zufuhr che mischer Energie aufladen zu können. Das Wandlersystem kennt da her vier Betriebszustände:
The chemoelectric converter system according to the present invention has the property of being able to charge its memory not only externally via electrical energy but also internally by supplying chemical energy. The converter system therefore knows four operating states:

1. The state in flow equilibrium, in which the delivery of electrical energy via secondary donors D and secondary acceptors A is the supply of O 2 or H 2 O 2 and the liquid hydrogen transfer agent, such as glucose, along with additional water and is therefore proportional to their chemical regeneration, in which the converter system can achieve its maximum output depending on the load,
2. the short-term output of electrical power as a permissible overload, which is greatly increased in comparison to the standard power in operating state 1, via (in comparison to the requirements of operating state 1 ) excess secondary donors D and secondary acceptors A without immediate chemical regeneration,
3. the greatly increased short-term absorption of electrical energy from an external source for the direct electrical regeneration of used secondary donors and secondary acceptors, which is equivalent to the electrical charging of the internal storage, possibly parallel to the chemical regeneration,
and as a combination of operating states 3 and 1
4. the internal electrical regeneration of used seconds där donors and secondary acceptors at low load of the chemoelectric conversion system, the consumption secondary donors and secondary acceptors of some Electrode storage structures through the secondary donors and secondary acceptors of others, in steady state after 1 operated electrode storage structures rain be cured.

Der große technische Vorteil der interner Regenerierung der als Speicher eingebauten Redox-Systeme der sekundären Donoren D und der sekundären Akzeptoren A liegt darin, dass die Aufladung des Speichers nicht mehr allein abhängig von elektrischer Energie aus externen Quellen ist, sondern bei Niedriglast oder der Last Null erfolgen kann.The great technical advantage of internal regeneration as Memory built-in redox systems of secondary donors D and of the secondary acceptors A is that the charge of the Storage no longer depends solely on electrical energy is from external sources, but at low load or the load Can be zero.

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante der Erfindung, bezogen auf den chemoelektrischen Teil des Wandlersystems, mit direkter Luftatmung, erweiterter Sauerstoff-Diffusion und mit stark ver größertem Speicher. Die luftatmende, positive Elektroden- Speicherstruktur 8 der Fig. 3 ist zurückgeführt auf eine - nunmehr im Volumen und damit an Oberfläche entsprechend vergrö ßerte - ausschließlich luftatmende Elektrodenstruktur 14. Die ehemals zugehörige Speicherstruktur mit ihren sekundären Akzep toren A ist verlagert in die gemeinsame protonenleitende Schicht 5 nach Fig. 3, so dass eine neue Protonenleitungs- Elektroden-Speicherstruktur 15 entstanden ist. Entsprechend vergrößert und mit eigenem Schutz-, Stütz- und Stromsammel- Gitter 9 ausgerüstet ist diese dritte Struktur über Stromlei tungen auf den nunmehr dreisträngigen Leistungsbus 16 geschal tet. Das ganze chemoelektrische Wandlersystem ist modular auf gebaut. Fig. 5 shows a further variant of the invention, based on the chemoelectric part of the transducer system, with direct air breathing, expanded oxygen diffusion and with a greatly enlarged memory. The air-breathing, positive electrode storage structure 8 of FIG. 3 is traced back to an exclusively air-breathing electrode structure 14 , which is now larger in volume and thus increased in size on the surface. The previously associated storage structure with its secondary acceptors A is shifted into the common proton-conducting layer 5 according to FIG. 3, so that a new proton line electrode storage structure 15 has been created. Enlarged accordingly and equipped with its own protection, support and current collecting grid 9 , this third structure is switched via power lines to the now three-strand power bus 16 . The entire chemoelectric converter system is modular.

Im Betriebszustand 1 (Fließgleichgewicht) wird die elektrische Energie von Elektrodenstrukturen 7 und 14 abgegeben, während in den Betriebszuständen 2 und 3 die Elektrodenstrukturen 7 und 15 über den Leistungsbus 16 aktiviert werden. Bei der internen Aufladung jeweils eines Teiles der im Wandlersystem integrier ten Speicherstrukturen im Betriebszustand 4 arbeiten die rege nerierenden Elektroden-Speicherstrukturen über die Elektroden strukturen 7 und 14, während zu regenerierende andere Elektro den-Speicherstrukturen über deren Elektroden-Speicherstrukturen 7 und 15 an den Leistungsbus 16 geschaltet sind, so dass intern elektrische Energie transferiert wird.In operating state 1 (steady state), the electrical energy is released by electrode structures 7 and 14 , while in operating states 2 and 3 the electrode structures 7 and 15 are activated via the power bus 16 . In the internal charging of each part of the integrated memory structures in the converter system in operating state 4 , the regenerating electrode memory structures operate via the electrode structures 7 and 14 , while other electrode regenerative structures to be regenerated via their electrode memory structures 7 and 15 to the power bus 16 are switched so that electrical energy is transferred internally.

Es können mehrere Module gleichzeitig betrieben werden, die je nach Anforderungen parallel oder seriell über eine elektrische Sammelschiene miteinander gekoppelt werden. In dem Fall, dass ein Modul im Betriebszustand 4 elektrische Energie abgibt, um die Redox-Systeme eines zweiten Moduls zu regenerieren, setzt das den Transfer elektrischer Energie über eine allen Modulen gemeinsame Sammelschiene voraus, und zwar auf dem Niveau der sich am Leistungsbus (16) jedes Moduls einstellenden chemo elektrischen Potentialdifferenz.Several modules can be operated simultaneously, which can be coupled in parallel or in series via an electrical busbar, depending on the requirements. In the event that a module emits electrical energy in operating state 4 in order to regenerate the redox systems of a second module, this requires the transfer of electrical energy via a busbar common to all modules, at the level of the power bus ( 16 ) each module adjusting chemo-electrical potential difference.

Einer der großen Vorteile des chemoelektrischen Wandlersystems gemäß der Erfindung liegt aber darin, wie im folgenden Beispiel gezeigt werden wird, dass jedes chemoelektrische Modul elektri sche Energie bereits als zwei-, drei- oder mehrphasige Ströme einstellbarer Frequenz mit technisch üblichen Spannung an eine gemeinsame Sammelschiene abgeben kann. Eine modulübergreifende interne Regenerierung der Redox-Systeme erfordert die Verwen dung zweier Sammelschienen, einer Gleichstromschiene mit gerin ger Spannung und hohen Strömen und einer Wechsel- oder Dreh stromschiene mit Spannungen von beispielsweise 380 V erfordern, was einen erheblichen technischen Aufwand bedeutet. Der Vorzug ist einem nicht modulübergreifenden Betriebszustand 4 zu geben, für den eine Niederspannungs-Gleichstrom-Schiene entbehrlich ist. One of the great advantages of the chemoelectric converter system according to the invention, however, is, as will be shown in the following example, that each chemoelectric module emits electrical energy as a two-, three- or multi-phase current of adjustable frequency with a technically customary voltage to a common busbar can. A cross-module internal regeneration of the redox systems requires the use of two busbars, a DC busbar with low voltage and high currents and an AC or three-phase busbar with voltages of, for example, 380 V, which means a considerable technical outlay. The preference is given to a non-cross-module operating state 4 , for which a low-voltage direct current rail is unnecessary.

Fig. 6 zeigt ein Beispiel für einen vollständiges, intern rege nerierbares Modul eines chemoelektrischen Wandlersystems, be stehend aus dem chemoelektrischen Teil, hier in Form der Vari ante nach Fig. 5, zusammen mit seiner Peripherie, aufgebaut als mehrlagige Platine und aus seinem Druckersystem. Fig. 6 shows an example of a complete, internally regenerable module of a chemoelectric conversion system, consisting of the chemoelectric part, here in the form of the variant of Fig. 5, together with its periphery, constructed as a multilayer board and from its printer system.

Die Explosionszeichnung lässt die unterschiedlichen Schichten und Lagen des Moduls erkennen. Die oberen Schichten dienen der chemoelektrischen Wandlung, besprüht hier von einem einzelnen Druckerkopf (13), wie vereinfachend exemplarisch dargestellt. Die unteren Schichten enthalten die Peripherie, bestehend aus einer Leistungselektronik (18) sowie aus einem mikroelektroni schen Kontrollsystem (19) nebst Daten- und Energie-Bus (20). Die mehrlagige Platine (17) bildet in konstruktiver Hinsicht das Stützgerüst des Moduls.The exploded view shows the different layers and layers of the module. The upper layers are used for chemoelectric conversion, here sprayed by a single printer head ( 13 ), as shown in a simplified example. The lower layers contain the periphery, consisting of power electronics ( 18 ) and a microelectronic control system ( 19 ) along with data and energy bus ( 20 ). The multilayer board ( 17 ) forms the support frame of the module in terms of design.

Die Platine setzt sich wie hier exemplarisch dargestellt aus nicht-leitenden Fremdlagen (17.1 bis 17.4) zusammen, wobei sich in den drei Zwischenschichten die einzelnen Stränge des Leis tungsbusses (16) befinden. Diese sind, voneinander isoliert und eng aufeinanderliegend, in Form elektronenleitender Platten (16.1 bis 16.3) mit sehr geringem Innenwiderstand über die Ab leitungen (10) jeweils mit den chemoelektrisch aktiven Struktu ren verbunden. Auch der Bus (20) erreicht über Zwischenlagen die Sensorik.As shown here by way of example, the circuit board is composed of non-conductive foreign layers ( 17.1 to 17.4 ), the individual strands of the power bus ( 16 ) being located in the three intermediate layers. These are insulated from one another and lie close together, in the form of electron-conducting plates ( 16.1 to 16.3 ) with very low internal resistance via the leads ( 10 ) each connected to the chemoelectrically active structures. The bus ( 20 ) also reaches the sensors via intermediate layers.

Nicht gezeigt ist der Anschluss des Moduls an eine allen Modu len des Wandlersystems gemeinsame Sammelschiene für die elekt rische Leistung und an einen gemeinsamen Datenbus.The connection of the module to all modules is not shown len of the converter system common busbar for the elect performance and to a common data bus.

Das mikroelektronische Kontrollsystem mit (19) mit seinem Bus (20) zum Datentransfer und zur Versorgung von Aktoren und Sen soren mit Energie hat die Aufgabe, den Zustand der einzelnen Komponenten des Moduls hinsichtlich der ihnen ablaufenden Reak tionen und Prozesse zu erfassen, und das Druckersystem in sei nen verschiedenen Ausführungsformen als Aktor in Abhängigkeit von der chemoelektrischen Wandlung und ihren Betriebszuständen zu steuern.The microelectronic control system with ( 19 ) with its bus ( 20 ) for data transfer and for supplying actuators and sensors with energy has the task of detecting the state of the individual components of the module with regard to the reactions and processes that are occurring, and the printer system to be controlled in its various embodiments as an actuator as a function of the chemoelectric conversion and its operating states.

Da je nach Belastung des chemoelektrischen Wandlers unter schiedliche Verlustwärme im Modul anfällt, muss neben der Do sierung des (der) Edukt(e) die Zufuhr von Wasser als Transport mittel angepasst werden. Die hohe Verdampfungswärme des H₂O er fordert aber nur eine geringe Zufuhr zusätzlichen Wassers über den Sprühkopf (13) und daher eine sehr sorgfältige Kontrolle der Feuchtigkeit und der Temperatur innerhalb der Strukturen und der umgebenden Atmosphäre, weil jeglicher Überschuss an Wasser in den chemoelektrischen Strukturen die chemoelektrische Wandlung in negativer Weise beeinträchtigt. Diese Kontrolle, erweitert durch Messungen der Stromdichte, ermöglichen insbe sondere in den Strukturen verteilte, hier nicht gezeigte Mikro sensoren. Zusammen mit gleichfalls integrierten Bezugselektro den lässt sich zusätzlich die Potentialdifferenz zwischen je weiliger Elektrode und Protonenleiter erfassen (die Messung der Spannung zwischen den Elektroden lässt nur indirekt Aufschluss über die Situation der einzelnen Elektrode zu). Das mikroelekt ronische Kontrollsystems (19) jeden Moduls ist über Steckverb inder und über einen hier nicht gezeigten Bus mit einem hier nicht gezeigten übergeordneten Rechner, dem die Kontrolle des gesamten chemoelektrischen Wandlersystems obliegt, verbunden.Since different heat losses are generated in the module depending on the load on the chemoelectric converter, the supply of water as a means of transport must be adjusted in addition to the metering of the educt (s). The high heat of vaporization of the H ₂ O, however, requires only a small supply of additional water via the spray head ( 13 ) and therefore a very careful control of the moisture and the temperature within the structures and the surrounding atmosphere, because any excess water in the chemoelectric structures negatively affects the chemoelectric conversion. This control, expanded by measurements of the current density, enables micro sensors, not shown here, which are distributed in particular in the structures. Together with also integrated reference electrodes, the potential difference between the respective electrode and proton conductor can also be recorded (the measurement of the voltage between the electrodes only provides indirect information about the situation of the individual electrode). The microelectronic control system ( 19 ) of each module is connected via a plug-in connector and a bus, not shown here, to a higher-level computer, not shown here, which is responsible for the control of the entire chemoelectric converter system.

Die Funktion der Leistungselektronik (18) ist auf die vier an geführten Betriebszustände abgestimmt. Die Leistungselektronik besteht im Prinzip aus einem bekannten Gegentakt-Flußwandler, dessen Schema in Fig. 7 dargestellt ist, also aus Halbleiter schaltern wie Transistoren, aus einem Transformator mit jeweils zwei Wicklungen auf jeder Seite und aus einer Kapazität sowie aus Dioden auf der Ausgangsseite. Diese Anordnung wird mit Fre quenzen ab etwa 50 kHz betrieben, wodurch der Transformator in seinen Abmessungen soweit reduziert ist, dass er sich in den Modul einbringen lässt. Gemäß der Erfindung wird der Transfor mator unmittelbar an die Platten (16.1 bis 16.3) des Leistungs busses (16) beispielsweise über Durchkontaktierungen ange schlossen und partiell integriert, nicht nur, um Platz zu spa ren, vor allem, um die Streuinduktivitäten herabzusetzen. Als Kapazität des Gegentakt-Flußwandlers auf der Niederspannungs- Seite wird gemäß der Erfindung ausschließlich die Doppel schichtkapazität der chemoelektrischen Strukturen verwendet.The function of the power electronics ( 18 ) is matched to the four operating states listed. The power electronics consists in principle of a known push-pull flux converter, the diagram of which is shown in Fig. 7, i.e. from semiconductor switches such as transistors, from a transformer with two windings on each side and from a capacitor and from diodes on the output side. This arrangement is operated with frequencies from around 50 kHz, which reduces the dimensions of the transformer to such an extent that it can be inserted into the module. According to the invention, the transformer is directly connected to the plates ( 16.1 to 16.3 ) of the power bus ( 16 ), for example via vias, and is partially integrated, not only in order to save space, especially to reduce the leakage inductances. As the capacity of the push-pull flux converter on the low voltage side, according to the invention, only the double layer capacity of the chemoelectric structures is used.

In den Betriebszuständen 1 und 2 wird der von den Sammelplatten kommende, über die Halbleiterschalter in hochfrequente Impulse zerlegte und über den Transformator auf technisch übliche Span nungen gebrachte Strom wird gemäß der Erfindung anschließend in zwei- oder mehrphasige Wechselströme einstellbarer Frequenz von etwa 400 Hz bis herab zu wenigen Hz umgesetzt, um beispielswei se Drehstrom-Motoren für Fahrzeugantriebe über das chemoelekt rische Wandlersystem zu betreiben oder aber mit 50 Hz, 60 Hz oder 400 Hz ein festes Netz zu versorgen. Jedes Modul des Wand lersystems hat entsprechende Steckverbindungen zum Anschluss an hier nicht gezeigte Sammelschienen.In operating states 1 and 2 , the current coming from the collecting plates, broken down into high-frequency pulses via the semiconductor switches and brought to the technically usual voltages via the transformer is then according to the invention in two or multi-phase alternating currents adjustable frequency from about 400 Hz down implemented to a few Hz, for example to operate three-phase motors for vehicle drives via the chemoelectrical converter system or to supply a fixed network with 50 Hz, 60 Hz or 400 Hz. Each module of the converter system has corresponding plug connections for connection to busbars, not shown here.

Gemäß der Erfindung wird der Gegentakt-Flußwandler, um entspre chende Schaltungen und Bauteile erweitert und dadurch modifi ziert, im Betriebszustand 3 in umgekehrter Richtung verwendet, und zwar zur Einspeisung von Bremsenergie in Form frequenzvari abler Drehströme beim Einsatz des modularen chemoelektrischen Wandlersystems beispielsweise in Fahrzeugen.According to the invention, the push-pull flux converter is expanded by appropriate circuits and components and thereby modified, used in operating state 3 in the reverse direction, namely for feeding braking energy in the form of variable-frequency three-phase currents when using the modular chemoelectric converter system, for example in vehicles.

Im Betriebszustand 4 erfolgt die Aufladung der Speicher des chemoelektrischen Wandlersystems durch interne Regeneration der Redox-Systeme, vorteilhaft in jedem Modul der Variante nach Fig. 6 unabhängig von den anderen Modulen, wobei der Gegentakt- Flußwandler des Moduls sperrt. Die Steuerung der Regeneration innerhalb des Moduls geschieht in diesem Fall über die Steue rung des Druckerkopfes, indem dieser nur einen Teil der chemo elektrischen Strukturen versorgt und die nicht versorgten Strukturen akkumulativ aufgeladen werden.In operating state 4 , the storage of the chemoelectric converter system is charged by internal regeneration of the redox systems, advantageously in each module of the variant according to FIG. 6 independently of the other modules, the push-pull flux converter blocking the module. In this case, the regeneration is controlled within the module via the control of the printer head, in that it supplies only part of the chemo-electrical structures and the structures that are not supplied are charged accumulatively.

Um zu einem Wandlersystem mit höherer Normleistung zu gelangen werden, wie bereits angedeutet, je nach Anforderung an das Sys tem mehrere der im vorhergehenden beschriebenen Module über Steckverbindungen parallel sowohl auf eine gemeinsame zwei-, drei- oder mehrphasige Sammelschiene als auch auf einen gemein samen Datenbus zwecks Kontrolle durch das übergeordnete intel ligente Zentrum des chemoelektrischen Wandlersystems geschal tet. Es ist dabei - abhängig von der Anzahl der parallelen Mo dule - nicht erforderlich, dass jede Platine ihr eigenes Dru ckersystem nebst Reservoir hat; es sind Anordnungen vorstell bar, in denen ein Druckersystem zwischen mehreren ebenen Plati nen als Modulen wechselt oder in dem Zwischenraum zwischen spi ralförmig angeordneten, leicht gekrümmten Platinen zirkuliert. In letzterem Fall kann die Fläche je unabhängiger Platine als Modul bei gleicher Höhe in der Länge zu vergrößert werden, um bei gleicher Peripherie die spezifische Leistung je Platine zu erhöhen.To get to a converter system with higher standard output are, as already indicated, depending on the requirements of the sys tem several of the modules described above Plug connections in parallel both on a common two-, three-phase or multi-phase busbar as well as one in common common data bus for control by the higher-level intel ligated center of the chemoelectric conversion system tet. It is - depending on the number of parallel Mo. dule - not required that each board have its own Dru system and reservoir; there are arrangements bar, in which a printer system between several flat plati changes as modules or in the space between spi Circularly arranged, slightly curved boards circulated. In the latter case, the area can be used as an independent board Module to be enlarged in length at the same height with the same periphery, the specific power per board increase.

Die Gesamtheit der Module ist von einem hier nicht dargestell ten Behälter umschlossen, so dass sich im Inneren die bereits erwähnte, eigene kontrollierte Atmosphäre aufbauen kann. Sauer stoff, Stickstoff, Wasserdampf und CO₂ befinden sich in einem Fließgleichgewicht. Um insbesondere die Zufuhr und Diffusion von Sauerstoff in die mikroporösen Strukturen und von CO₂ aus den Strukturen zu forcieren ist eine periodische oder zeitweise Änderung des Druckes der inneren Atmosphäre (wie bei der Lun genatmung) zweckmäßig. Der Mittelwert des Druckes der internen Atmosphäre unterscheidet sich dabei gemäß der Erfindung nur ge ringfügig vom Druck der umgebenden Atmosphäre.The entirety of the modules is enclosed by a container, not shown here, so that the already mentioned, controlled atmosphere can build up inside. Oxygen, nitrogen, water vapor and CO ₂ are in a steady state. In order to force in particular the supply and diffusion of oxygen into the microporous structures and of CO ₂ from the structures, it is advisable to change the pressure of the inner atmosphere periodically or temporarily (as in breathing with lungs). The mean value of the pressure of the internal atmosphere differs only slightly according to the invention from the pressure of the surrounding atmosphere.

Der Behälter enthält die für den Betrieb des modularen chemo elektrischen Wandlersystems erforderlichen Durchführungen zum Transfer von Flüssigkeiten und Gasen, von elektrischer Energie und Daten sowie von außen gekühlte Flächen zur Wärmeübertragung nach außen durch innenseitige Kondensation.The container contains the necessary for the operation of the modular chemo electrical transducer system required bushings for Transfer of liquids and gases, of electrical energy and data as well as externally cooled surfaces for heat transfer to the outside through internal condensation.

Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend aufge führten Ausführungsbeispiele. Wesentlich für die Erfindung ist allein, dass ein chemoelektrischer Wandler, der aus einem flüs sigen Wasserstoffüberträger, insbesondere wässriger Lösung von Glucose, und Sauerstoff als Edukten entweder über Reaktions zentren und sekundäre Donoren oder über Reaktionszentren und sekundäre Akzeptoren elektrische Energie auskoppeln kann, wobei mindestens ein poröser, Elektronen und Protonen leitender Fest körper vorgesehen ist, in dessen Volumen entweder die Reakti onszentren und die sekundären Akzeptoren oder die Reaktions zentren und die sekundären Donoren als feste Verbindungen vor liegen.The invention is not limited to the above performed examples. It is essential for the invention alone that a chemoelectric converter that flows out of a sigen hydrogen transfer, in particular aqueous solution of Glucose, and oxygen as starting materials either via reaction centers and secondary donors or via reaction centers and secondary acceptors can extract electrical energy, whereby at least one porous solid that conducts electrons and protons body is provided, in the volume of which either the reacti centers and the secondary acceptors or the reaction centers and the secondary donors as solid connections lie.

Claims

1.Chemoelectric converter with electrodes, which can couple electrical energy from a liquid hydrogen carrier and oxygen as educts via reaction centers and secondary donors and via reaction centers and secondary acceptors, characterized in that two porous, electron and proton-conducting solid bodies ( 7 , 8 ) are provided, the reaction centers (RZA1, RZA2) and the secondary acceptors (A) in the volume of the first solid ( 7 ) and the reaction centers (RZD1, RZD2) and the secondary donors in the volume of the second solid ( 8 ) (D) as solid compounds ( 24 ) and the first and second solids ( 7 , 8 ) are separated by a proton-conducting membrane ( 6 ).

2. Chemoelectric converter according to claim 1, characterized in that the pores of at least one solid ( 7 , 8 ) act capillary for liquid educts.

3. Chemoelectric converter according to claim 1 or 2, characterized characterized that the electrodes are also electrical Can save energy.

4. Chemoelectric converter according to one of the preceding An sayings, characterized in that as a secondary Ak zeptor (A) metal oxide compounds, especially alkali Fe (VI) oxide.

5. Chemoelectric converter according to one of the preceding An sayings, characterized in that as a reaction center (RZA2) for the secondary acceptor (A) organic verb tions, especially quinones or flavins.

6. Chemoelectric converter according to one of claims 1 to 4, characterized in that as a reaction center (RZA2) for the secondary acceptor (A) inorganic cerium Serve connections.

7. Chemoelectric converter according to one of the preceding An sayings, characterized in that as a secondary donor (D) metal-organic compounds, organic compounds gene or metals, especially bismuth or lead, serve.

8. Chemoelectric converter according to one of the preceding An sayings, characterized in that the secondary dono ren (D) and / or the secondary acceptors (A) after their Use chemically via the reaction centers (RZA2, RZD2) and / or by feeding in electrical energy can be cured.

9. Chemoelectric converter according to one of the preceding An sayings, characterized in that the reaction centers (RZD1, RZD2, RZA1, RZA2) and / or the secondary donors (D) and / or the secondary acceptors (A) in a gelar matrix.

10. Chemoelectric converter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the solid bodies ( 7 , 8 ) is cuboid.

11. Chemoelectric converter according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the solid bodies ( 7 , 8 ) is contacted via at least one electrically conductive contact ( 9 ).

12. Chemoelectric converter according to claim 11, characterized in that the at least one electrically conductive contact is designed as a metallic grid ( 9 ).

13. Chemoelectric converter according to claim 12, characterized in that the metallic grid ( 9 ) contacts a solid body ( 7 , 8 ) on exactly one of its side surfaces.

14. Chemoelectric converter according to claim 12 or 13, characterized in that nickel, carbon and / or an organic compound is applied to the metallic grid ( 9 ).

15. Chemoelectric converter according to one of claims 11 to 14, characterized in that the at least one electrically conductive contact ( 9 ) is integrated in the solid body ( 7 , 8 ).

16. Chemoelectric converter according to one of the preceding claims, characterized in that a Sprühvorrich device ( 13 ) is provided with the educts and / or water can be sprayed onto at least one of the solids ( 7 , 8 ).

17. Chemoelectric converter according to one of the preceding claims, characterized in that an aqueous solution of hydrazine N ₂ H ₄ , methanol CH ₃ OH or glucose C ₆ H ₁₂ O ₆ is used as the starting material.

18. Chemoelectric converter system which can couple electrical energy from a liquid hydrogen transfer agent and oxygen as starting materials via reaction centers and secondary donors and via reaction centers and secondary acceptors, characterized in that at least one chemoelectric converter is provided according to one of the preceding claims, wherein whose porous, electron and proton-conducting solid ( 7 , 8 ) electrodes are in contact with each other via a proton-conducting layer ( 5 , 15 ) and the pro-ton-conducting membrane ( 6 ) between the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) and the solid ( 7 , 8 ) is arranged.

19. Chemoelectric converter system according to claim 18, characterized in that the electrodes ( 7 , 8 ) on their side facing away from the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) are contacted via electrically conductive contacts ( 9 ).

20. Chemoelectric converter system according to claim 18 or 19, characterized in that the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) is flat and the at least two electrodes ( 7 , 8 ) with the same side of the surface of the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) in Are in contact.

21. Chemoelectric converter system according to claim 20, characterized in that the at least two electrodes ( 7 , 8 ) are arranged side by side on the proton-conducting layer ( 5 , 15 ), the electrodes ( 7 , 8 ) not touching directly.

22. Chemoelectric converter system according to claim 21, characterized in that the proton-conducting membrane ( 6 ) is additionally arranged between the electrodes ( 7 , 8 ).

23. Chemoelectric converter according to one of claims 18 to 22, characterized in that the electrodes ( 7 , 8 ) of the chemoelectric converter are applied to the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) such that always two electrodes ( 7 , 8 ) different Doping are arranged next to each other.

24. Chemoelectric converter system according to one of claims 18 to 23, characterized in that a Sprühvorrich device ( 13 ) is provided with the educts and / or water can be sprayed onto the electrodes formed as a porous solid ( 7 , 8 ) electrodes.

25. Chemoelectric converter system according to claim 24, characterized in that the spray device ( 13 ) is movable, in particular rotatable.

26. Chemoelectric converter system according to claim 24, characterized in that the spray device ( 13 ) is designed as a solid matrix.

27. Chemoelectric converter system according to one of claims 18 to 26, characterized in that the proton-conducting layer ( 15 ) additionally has either reaction centers (RZA2) and secondary acceptors (A) or reaction centers (RZD2) and secondary donors (D) which as fixed connections ( 24 ) are present.

28. Chemoelectric converter system according to claim 27, characterized in that the proton-conducting layer ( 15 ) on its side facing away from the electrodes ( 7 , 8 ) is contacted via electrically conductive contacts ( 9 ).

29. Chemoelectric converter system according to one of claims 18 to 28, characterized in that the proton-conducting layer ( 5 , 15 ) and the electrodes in contact therewith ( 7 , 8 ) are arranged on a flat or curved circuit board ( 17 ) ,

30. Chemoelectric converter system according to claim 29, characterized in that additional means for controlling the electrochemical conversion ( 19 ) and / or means for decoupling the electrical power ( 18 ) and / or means for feeding electrical energy are provided on the circuit board ( 17 ) ,

31. Chemoelectric converter according to claim 29 or 30, characterized in that a push-pull flux converter for decoupling electrical energy, in particular for forming a low voltage, is arranged on the circuit board ( 18 ).

32. Chemoelectric converter system according to one of claims 29 to 31, characterized in that the circuit board ( 17 ) consists of several layers ( 17.1 to 17.4 ) and the additional means ( 18 , 19 ) at least partially between the layers ( 17.1 to 17.4 ) Circuit board ( 17 ) are arranged.

33. Chemoelectric converter system according to one of claims 29 to 32, characterized in that electrodes ( 7 , 8 ) are arranged on both sides of the circuit board ( 17 ), and the additional means ( 18 , 19 ) are located in between.

34. Chemoelectric converter system according to one of claims 29 to 33, characterized in that a plurality of circuit boards ( 17 ) are arranged in a circle and / or in a spiral.

35. Chemoelectric converter system according to one of claims 29 to 34, characterized in that several circuit boards ( 17 ) can be sprayed with starting materials and / or water with a single spray device ( 13 ).

36. Chemoelectric transducer system according to one of claims 18 to 35, characterized in that an ultrasound source is provided with which at least parts of the chemo-electric transducer system ( 7 , 8 , 15 ) can be set in high-frequency mechanical vibrations.

37. Chemoelectric converter system according to one of claims 18 to 36, characterized in that a container is provided with which at least a part of the chemoelectric converter system, in particular the porous solids ( 7 , 8 , 15 ) and / or circuit boards ( 17 ) with chemoelectric transducers, can be closed in a pressure-tight manner with respect to the environment.

38. Chemoelectric converter system according to claim 37, characterized in that an atmosphere in the flow of oxygen, nitrogen, water vapor and CO ₂ can be maintained in the container.

39. Chemoelectric converter system according to claim 37 or 38, characterized in that the pressure in the container periodically and / or changeable at fixed times is.

40. Chemoelectric converter system according to one of the claims 37 to 39, characterized in that the container is cool is cash.

41. Chemoelectric converter system according to one of claims 29 to 40, characterized in that at least two circuit boards ( 17 ) with chemoelectric converters are connected to one another via at least one electrical lead, in particular via three electrical leads.

42. A process for generating electrical energy with chemo-electrical converters which have electrodes and with which electrical energy is coupled out from a liquid hydrogen carrier and oxygen as starting materials via reaction centers and secondary donors and via reaction centers and secondary acceptors, characterized in that the starting materials be applied to at least one electrode which is designed as a porous, electron and proton-conducting solid ( 7 , 8 ), in the volume of which the reaction centers (RZA1, RZA2) and the secondary acceptors (A) or the reaction centers (RZD1, RZD2) and these secondary donors (D) are present as solid connections.

43. The method according to claim 42, characterized in that the starting materials are sprayed onto the solids ( 7 , 8 , 14 ) using a spray device ( 13 ), in particular a movable spray head.

44. The method according to claim 42 or 43, characterized in that the starting materials are transported capillary in the porous solid ( 7 , 8 , 14 ).

45. Method for operating a chemoelectric converter system according to one of claims 18 to 41, characterized in that the chemoelectric converter system is operated in one of the following four operating states:

a) Operation at standard power in a state in flow equilibrium in which the output of electrical energy via secondary donors D and secondary acceptors A is proportional to the supply of the starting materials and thus their chemical regeneration,
b) Operation with a greatly increased, short-term output of electrical power as a permissible overload compared to the standard power, in which (compared to the requirements of the operating state a) excess donors D and secondary acceptors A are used without immediate chemical regeneration,
c) operation with a greatly increased short-term absorption of electrical energy from an external source for the direct electrical regeneration of used secondary donors and secondary acceptors, equivalent to the electrical charging of the internal storage parallel to the chemical regeneration,
d) Operation at low load in the spent secondary donors and secondary acceptors of the chemoelectric converter system are internally regenerated electrically, the used secondary donors and secondary acceptors of some electrodes being operated by the secondary donors and secondary acceptors of other electrodes, which are in flow balance according to the operating state a) be regenerated.

46. Method for operating a chemoelectric converter system Tems according to one of claims 18 to 41, characterized records that from the chemoelectric conversion system generated low voltage with a push-pull flow converter to technically common voltages, in particular 110 V, 220 V or 380 V is transformed up.

47. The method according to claim 46, characterized in that the voltage into two or multi-phase alternating currents adjustable frequency is converted.