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Claims (42)
1. Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer elektrochemischen Einheit, die in eine elektrolytische Losung eingetaucht ist, wobei die Energiespeichervorrichtung im Wesentlichen gasdicht ist und die elektrochemische Einheit Folgendes umfasst mindestens zwei elektrisch aufladbare Platten, von denen jede in Kontakt mit einem Stromabnehmerelement steht, eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, und ein leitfähiges Medium, das sandwichartig zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, wobei das leitfähige Medium eine porôse leitfähige Matrix umfasst, die mit mindestens einer leitfahigen Hydrogelzusammensetzung und mindestens einem gas- physisorbierenden Material beladen ist, die elektrolytische Lôsung ist eine gesättigte elektrolytische Lôsung eines oder mehrerer Metallsalze .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die porôse leitfähige Matrix eine faserige Matrix ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die faserige Matrix gewebte oder nicht gewebte Fasern umfasst.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei die faserige Matrix ausgewählt ist aus Kohlenstofffilz, Graphitfilz und Polyacrylnitrilgraphitfilz und Kombinationen davon.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die porôse leitfähige Matrix Polyacrylnitrilgraphitfilz umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der Anspriiche 1 bis 5, wobei die leitfähige Hydrogelzusammensetzung ein oder mehrere superabsorbierende Polymermaterialien umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der Anspriiche 1 oder 6, wobei die leitfähige Hydrogelzusammensetzung ein oder mehrere ionische superabsorbierende Polymermaterialien umfasst.
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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das superabsorbierende Polymermaterial aus einem oder mehreren von Natriumpolyacrylat, Kaliumpolyacrylat, Natriumalginat, Kaliumalginat, Polyacrylamiden, Polystyrolsulfonat, Polyvinylalkoholen und einer beliebigen Kombination davon ausgewählt ist.
9. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das eine oder die mehreren superabsorbierenden Polymermaterialien eine Mischung aus Natriumpolyacrylat und Kaliumpolyacrylat umfassen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Mischung mindestens etwa 15 Gew.-% Natriumpolyacrylat enthält.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Mischung höchstens etwa 85
Gew.-% Kaliumpolyacrylat enthält.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die Mischung zwischen etwa 15 Gew.-% und etwa 50 Gew.-% Natriumpolyacrylat und zwischen etwa 50 Gew.- % und 85 Gew.-% Kaliumpolyacrylat enthält.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 12, wobei die leitfähige Hydrogelzusammensetzung bis zu etwa 85 Gew.-% Wasser enthält.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das mindestens eine gas- physisorbierende Material ausgewählt ist aus anorganischen Verbindungen auf Kohlenstoffbasis, Zeolithen, Metalloxiden und Kombinationen davon.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei das mindestens eine gasphysiobierende Material ein anorganisches Additiv auf Kohlenstoffbasis ist, das aus graphitischem Kohlenstoffnitrid, Blähgraphit, expandiertem Blähgraphit, Graphen, Kohlenstoffnanoröhren und Kombinationen davon ausgewählt ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, wobei das mindestens eine gas- physisorbierende ein wasserstoffphysisorbierendes Material ist.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei die elektrolytische Lösung eine übersättigte elektrolytische Lösung des einen oder der mehreren Metallsalze ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, wobei das eine oder die mehreren Metallsalze ausgewählt sind aus Metallhalogeniden, Metallsulfaten, Metallphosphaten, Metallnitraten, Metallhydroxiden, Metallcarbonaten und Metalloxidhydraten.
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19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei das eine oder die mehreren Metallsalze ausgewählt sind aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Aluminiumchlorid, Calciumchlorid, Magnesiumchlorid, Titanchlorid, Lithiumchlorid, Zinkchlorid, Nickel(II)-chlorid, Eisen(II)-chlorid, Fisen(III)-chlorid, Natriumaluminat, Kaliumaluminat und jeder Mischung und/oder jedem Hydrat davon.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, wobei die elektrolytische Losung ein tief eutektisches Losungsmittel umfasst.
21. Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei das tief eutektische Lösungsmittel mindestens eine erste Komponente umfasst, bei der es sich um ein oder mehrere quaternäre Ammoniumsalze handelt, und mindestens eine zweite Komponente, die aus einem oder mehreren Metallhalogenid(en), Metallchloridhalogenid(en) und einem Wasserstoffbindungsdonator ausgewählt ist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, wobei das tief eutektische Lösungsmittel mindestens ein quaternäres Ammoniumsalz und mindestens einen Wasserstoffbindungsdonator umfasst.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei das mindestens eine quaternäre Ammoniumsalz ausgewählt ist aus Cholinchlorid, Tetramethylammoniumchlorid (TMAC!I), Tetrapropylammoniumbromid (TPMBr), N-Ethyl-2-hydroxy-N,N- dimethylethanaminiumchlorid, 2-(Chlorcarbonyloxy)-N,N,N- trimethylethanaminiumchlorid, N-Benzyl-2-hydroxy-N,N- dimethylethanaminoumchlorid, Tetrabutylammoniumchlorid, Tetrabutylammoniumtrifluormethansulfonat und jede Mischung davon.
24. Vorrichtung nach Anspruch 22 oder 23, wobei der mindestens eine Wasserstoffbrückenbindungsdonor ausgewählt ist aus Harnstoff, Polyethylenglykol, Glycerin, Polypropylenglykol, Acetamid, 1-Methylharnstoff, 1,3-Dimethylharnstoff, 1,1-Dimethylharnstoff, Thioharnstoff, Benzamid, Oxalsäure, Glycerin, Benzoesäure, Malonsäure, Adipinsäure, Zitronensäure, Bernsteinsäure, Succinonitril und jeder Mischung davon.
25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 24, wobei die elektrisch aufladbaren Platten jeweils aus mindestens einem leitfähigen Material bestehen, das aus Aluminium und Aluminiumlegierungen, Magnesium und Magnesiumlegierungen, Zink und Zinklegierungen, rostfreiem Stahl, Nickel und Nickellegierungen, Silber und
Tautz & Schuhmacher IP CDS1103P11LU 21. Juli 2022 LU502543 4 Silberlegierungen, Gold und Goldlegierungen, Kupfer und Kupferlegierungen, Graphit und dotiertem Graphit, Graphen und dotiertem Graphen, Kohlenstofffaser und Kohlenstofffaserverbundstoff ausgewählt ist.
26. Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die elektrisch aufladbaren Platten aus Kohlefaser oder Kohlefaserverbundwerkstoff hergestellt sind.
27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, wobei die elektrisch geladenen Platten zum Schutz vor Korrosion behandelt sind.
28. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 27, wobei jede der elektrisch aufladbaren Platten eine bipolare Platte ist.
29. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, wobei die Vorrichtung eine Vielzahl der elektrochemischen Einheiten umfasst.
30. Vorrichtung nach Anspruch 29, wobei die elektrisch aufladbaren Platten eine Vielzahl von ersten elektrisch aufladbaren Platten und eine Vielzahl von zweiten elektrisch aufladbaren Platten umfassen, die abwechselnd in der Vorrichtung angeordnet sind, wobei die ersten Platten und die zweiten Platten mit entgegengesetzten elektrischen Ladungen aufladbar sind.
31. Vorrichtung nach Anspruch 30, wobei sich benachbarte elektrochemische Einheiten eine gemeinsame elektrisch aufladbare Platte teilen.
32. Vorrichtung nach Anspruch 31, wobei die elektrisch aufladbaren Platten bipolare Platten sind und jede elektrochemische Einheit zwischen einer ersten aufladbaren Fläche einer bipolaren Platte und einer zweiten aufladbaren Fläche einer benachbarten bipolaren Platte definiert ist, wobei die ersten und zweiten aufladbaren Flächen entgegengesetzt aufladbar sind.
33. Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer elektrochemischen Einheit, die in eine gesättigte elektrolytische Lösung eines oder mehrerer wasserlöslicher Metallhalogenidsalze eingetaucht ist, wobei die Energiespeichervorrichtung im Wesentlichen gasdicht ist und die elektrochemische Einheit Folgendes umfasst mindestens zwei elektrisch aufladbare Platten, von denen jede in Kontakt mit einem Stromabnehmerelement steht, eine poröse, nicht leitende Membran, die zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, und
Tautz & Schuhmacher IP CDS1103P11LU 21. Juli 2022 LU502543 ein leitendes Medium, das sandwichartig zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, wobei das leitende Medium eine faserige leitende Matrix umfasst, die mit mindestens einem superabsorbierenden leitenden Hydrogel und mindestens einem anorganischen wasserstoffabsorbierenden Additiv auf Kohlenstoffbasis beladen ist.
34. Energiespeichervorrichtung mit mindestens einer elektrochemischen Einheit, die in eine gesättigte elektrolytische Lösung eines oder mehrerer wasserlôslicher Metallchloridsalze eingetaucht ist, wobei die Energiespeichervorrichtung im Wesentlichen gasdicht ist und die elektrochemische Finheit umfasst mindestens zwei elektrisch aufladbare Platten, von denen jede in Kontakt mit einem Stromabnehmerelement steht, eine porôse, nicht leitende Membran, die zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, und ein leitfähiges Medium, das sandwichartig zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, wobei das leitfähige Medium eine faserige leitfähige Matrix umfasst, die aus Kohlenstofffilz, Graphitfilz und Polyacrylnitrilgraphitfilz ausgewählt ist, wobei die faserige leitfähige Matrix mit (i) mindestens einem superabsorbierenden leitfähigen Hydrogel, das eine Mischung aus Natriumpolyacrylat und Kaliumpolyacrylat umfasst, und (ii) mindestens einem anorganischen wasserstoffabsorbierenden Additiv auf Kohlenstoffbasis, ausgewählt aus graphitischem Kohlenstoffnitrid, Blähgraphit und expandiertem Blähgraphit, beladen ist.
35. Eine Energiespeicheranordnung, die zwei oder mehr Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 34 umfasst.
36. Verfahren zum Speichern von Energie in einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, umfassend: entgegengesetztes elektrisches Aufladen der mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten, um Energie in die Vorrichtung einzuführen und das eine oder die mehreren Metallsalze und Wasser in der gesättigten Elektrolytlosung zu elektrolysieren, um elektrische Ladungsträger zu erhalten, und die es den elektrischen Ladungsträgern ermoglicht, sich während der elektrischen Aufladung zu elektrisch neutralen Gasmolekülen zu verbinden, die in dem
Tautz & Schuhmacher IP CDS1103P11LU 21. Juli 2022 LU502543 6 leitenden Medium eingeschlossen sind, wodurch die Energie in der Vorrichtung gespeichert wird, wobei die Vorrichtung im Wesentlichen gasdicht ist, um die Gasmoleküle in der Vorrichtung zu halten.
37. Verfahren nach Anspruch 36, wobei die Gasmoleküle in dem leitfähigen Hydrogel eingeschlossen und an das mindestens eine gas-physisorbierende Material physisorbiert werden.
38. Verfahren zur Gewinnung von Energie aus der Speichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 34, umfassend: Laden der Vorrichtung gemäB dem Verfahren nach Anspruch 36 oder 37; und Umkehrung der Polarität in den mindestens zwei entgegengesetzt geladenen elektrisch aufladbaren Platten, um die Desorption der Gasmoleküle aus dem leitenden Medium zu ermôglichen, und die es den Gasmolekülen ermôglichen, miteinander zu reagieren, wodurch Energie in Form von Elektronen freigesetzt wird, Die Elektronen werden von der Lösung über ein leitfähiges Medium zu den Stromabnehmern übertragen.
39. Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, wobei das eine oder die mehreren Salze ausgewählt sind aus Natriumchlorid, Kaliumchlorid, Aluminiumchlorid, Calctumchlorid, Magnesiumchlorid, Titanchlorid, Lithiumchlorid, Zinkchlorid, Nickel(II)-chlorid, Fisen(II)-chlorid, Fisen(IIT)-chlorid und jeder Mischung und/oder jedem Hydrat davon.
40. Verfahren nach Anspruch 39, wobei die Gasmoleküle Wasserstoff (H> ) und Chlor (CL ) sind.
41. Vorrichtung zur Verwendung bei der Erzeugung von Energie aus Wasserstoffgas und Chlorgas, wobei die Vorrichtung mindestens eine elektrochemische Einheit umfasst, die in eine elektrolytische Lôsung eingetaucht ist, und die elektrochemische Einheit umfasst: einen ersten Finlass zur Finleitung von Wasserstoffgas in die Vorrichtung und einen zweiten Einlass zur Einleitung von Chlorgas in die Vorrichtung, mindestens zwei elektrisch aufladbare Platten, von denen jede in Kontakt mit einem Stromabnehmerelement steht,
Tautz & Schuhmacher IP CDS1103P11LU 21. Juli 2022 LU502543 7 eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, und ein leitfähiges Medium, das sandwichartig zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, wobei das leitfähige Medium eine porôse leitfähige Matrix umfasst, die mit mindestens einer leitfähigen Hydrogelzusammensetzung und mindestens einem gasphysikalisch absorbierenden Material beladen ist, das so konfiguriert ist, dass es mindestens eines der Gase Wasserstoff und Chlor absorbiert, die elektrolytische Lôsung ist eine gesättigte elektrolytische Lôsung eines oder mehrerer Metallhalogenidsalze, die Vorrichtung ist so abgedichtet, dass gasfôrmige Stoffe nicht aus der Vorrichtung austreten kônnen.
42. Vorrichtung zur Verwendung bei der Erzeugung von Energie aus Gasmolekülen, wobei die Vorrichtung mindestens eine elektrochemische Finheit umfasst, die in eine elektrolytische Lôsung eingetaucht ist, und die elektrochemische Einheit umfasst: einen ersten Finlass zum Einleiten eines ersten Gases in die Vorrichtung und einen zweiten Einlass zum Einleiten eines zweiten Gases in die Vorrichtung, mindestens zwei elektrisch aufladbare Platten, von denen jede in Kontakt mit einem Stromabnehmerelement steht, eine Polymerelektrolytmembran, die zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, und ein leitfähiges Medium, das sandwichartig zwischen den mindestens zwei elektrisch aufladbaren Platten angeordnet ist, wobei das leitfähige Medium eine porôse leitfähige Matrix umfasst, die mit mindestens einer leitfähigen Hydrogelzusammensetzung und mindestens einem gas-physisorbierenden Material beladen ist, das so konfiguriert ist, dass es mindestens eines der ersten und zweiten Gase absorbiert, die elektrolytische Lösung ist eine gesättigte elektrolytische Lösung eines oder mehrerer Metallsalze, die Vorrichtung ist so abgedichtet, dass gasfôrmige Stoffe nicht aus der Vorrichtung austreten kônnen.
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