WO2009010051A2

WO2009010051A2 - Redox-batterie

Info

Publication number: WO2009010051A2
Application number: PCT/DE2008/001174
Authority: WO
Inventors: Klaus Rennebeck
Original assignee: Klaus Rennebeck
Priority date: 2007-07-16
Filing date: 2008-07-16
Publication date: 2009-01-22
Also published as: WO2009010051A3; CA2693856A1; AU2008278097B2; AU2008278097A1; JP2010533934A; EP2174378A2; CN101939872A; US20100216006A1; KR20100044848A; DE102007034700A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Redox-Batterie mit einer protonendurchlässigen Membran, einem ersten Elektrolyten (5) und einem zweiten Elektrolyten (6), einer ersten Elektrode (7) und einer zweiten Elektrode (8), wobei die Membran als ein Hohlprofil (4) ausgebildet ist, die Elektrolyten (5, 6) zumindest im Betriebszustand in flüssiger Form vorliegen, der erste Elektrolyt (5) und die erste Elektrode (7) im Inneren des Hohlprofils (4) angeordnet ist, der zweite Elektrolyt (6) außen um das Hohlprofil (4) herum und die zweite Elektrode (8) außen am oder in der Nähe des Hohlprofils (4) angeordnet ist, eine Mehrzahl von Elektroden (7 bzw. 8) parallelgeschaltet ist, und die Innenräume der Hohlprofile (4) miteinander in Fluidverbindung stehen.

Description

Redox-Batterie

Die Erfindung betrifft eine Redox-Batterie mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs- 1.

Bei der sogenannten Redox-Reaktion überträgt ein Reaktionspartner Elektronen auf den anderen Reaktionspartner. Hierbei findet somit eine Elektronenabgabe (Oxidation) durch den einen Reaktionspartner sowie eine Elektxonenaufnahme (Reduktion) durch den anderen Reaktionspartner statt. Der Elektronenfluss kann als Energie genutzt werden. Derartige Redox-Reaktionen werden beispielsweise bei Batterien und Aklcumulatoren verwendet.

Ein Beispiel einer Redox-Batterie ist aus der WO 03/019714 Al bekannt. Hierbei ist eine durch eine ionenleitende Membran zweigeteilte Zelle mit zwei unterschiedlichen Elektrolyten vorgesehen, wobei die Elektrolyten jeweils in Kreisläufen mit je einem Behälter über Pumpen umgewälzt werden. In jeder der Zellenhälften ist eine Elektrode vorgesehen, über welche die Elektronen abgegriffen bzw. wieder eingeleitet werden, wähi'end der Protonenaustausch über die Membran erfolgt. Als „positiver" Elektrolyt ist ein Elektrolyt vorgesehen, welcher ein Polyhalid/Halid Redox-Paar enthält, während als „negativer" Elektrolyt ein Elektrolyt vorgesehen ist, wlecher ein YQH)N(TL) Redox-Paar enthält.

Eine herkömmliche Redox-Batterie läßt noch Wünsche offen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Redox-Batterie der eingangs genannten Art zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Redox-Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Erfindungsgemäß ist eine Redox-Batterie mit einer protonendurchlässigen Membran, einem ersten Elektrolyten und einem zweiten Elektrolyten, einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode vorgesehen, wobei die. Membran als ein Hohlprofil ausgebildet ist, die Elektrolyten zumindest im Betriebszustand in flüssiger Form vorliegen, der erste Elektrolyt und die erste Elektrode im Inneren des Hohlprofils angeordnet ist, der zweite Elektrolyt außen um das Hohlprofil herum und die zweite Elektrode außen am oder in der Nähe des Hohlprofils angeordnet ist, eine Mehrzahl von Elektroden parallelgeschaltet ist, und die Innenräume der Hohlprofile miteinander in Fluidverbindung stehen.

Vorzugsweise weist das Hohlprofil einen hydraulisch gleichwertigen Innendurchmesser von 6 μm bis 10 mm, besonders bevorzugt von 50 um bis 8 mm, insbesondere bevorzugt von 500 μm bis 5 mm, auf. Die Wandstärke des Hohlprofils beträgt vorzugsweise 0,1 μm bis 1,5 mm, besonders bevorzugt 0,1 μm bis 1 mm, insbesondere bevorzugt 0,1 μm bis 0,5 mm, wobei die Schwankung der Wandstärke bevorzugt unter +/- 6% liegt.

Die Betriebstemperatur der Batterie liegt vorzugsweise unter 100°C, jedoch sind auch Batterien mit höheren Betriebstemperaturen möglich. Hierbei kann es jedoch bei bestimmten Anwendungen, bspw. bei einer Verwendung für einen Laptop, zu Temperaturproblemen kommen, so dass eine möglichst niedrige Betriebstemperatur bevorzugt wird.

Bei den Elektrolyten handelt es sich vorzugsweise um einen Elektrolyten, der Vanadiumsalz, insbesondere in Verbindung mit Zitronensäure und/oder Oxalsäure, enthält.

In Bezug auf weitere mögliche Zusammensetzungen der Elektrolyten sei auf die EP 1 143 546 Al verwiesen, deren Offenbarungsgehalt in Bezug auf die Elektrolyte ausdrücklich einbezogen wird. Besonders geeignet sind wässrige Lösungen mit Vanadiumsalz, insbesondere bevorzugt in Verbindung mit Zitronensäure und/oder Oxalsäure. Ferner kommen Harnstoff, Polyvinylalkohol in Frage, auch in Verbindung mit Vanadiumsalz, Zitronensäure und/oder Oxalsäure. Beim Elektrolyten kann es sich auch um einen Elektrolyten handeln, der als Schmelze bei normalen Betriebstemperaturen der Batterie vorliegt. Insbesondere bevorzugt erstarrt diese Schmelze, wenn die Batterie außer Betrieb ist.

■ Die Membran, welche die Hohlprofile bildet enthält vorzugsweise Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyester, Polymer, PTFE und/oder PEEK. Als Material für die Membranen sind insbesondere geeignet Polyester, Polymer, fluoriertem Polymer, sulfonierten Polymer, insbesondere sulfoniertem Tetrafluorethylen-Polymer, PTFE, PEEK, wobei die Aufzählung nicht abschließend ist.

Insbesondere geeignet sind Membranen, die unter den Namen Nafion (R), Gore Select (R), 3M (R), Celanese (R), Satorius (R) käuflich erwerbbar sind.

Die Membranen können auch aus stabilisiertem Zirkoniumdioxid und/oder Titanoxid und/oder Silizium, insbesondere in Form von Kieselgur, in Gestalt von gesinterten Profilen, Hohlprofilen oder Folien, oder in Gestalt von sogenannten Grünlingen vorliegen, wobei der Nanopartikelanteil im Verhältnis zum Gesamtfeststoffanteil bei bis zu 80% liegt. Als Bindemittel ist hierbei bevorzugt ein Polymer, insbesondere ein sogenanntes Biopolymer, vorgesehen, welcher als Protonenleiter dient.

Insbesondere können die Membranen auch durch textile Flächengebüde, insbesondere in Vliesform, aus Mikrofasern oder -hohlfasern gebildet sein, wobei die Fasern bevorzugt aus den vorstehend genannten Materialien Zirkoniumdioxid und/oder Titanoxid und/oder Siliziumdioxid gefertigt sind.

Ganz besonders bevorzugt besteht die Membran aus Zitronensäure in Verbindung mit Nanopartikeln, insbesondere Silizium, Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Magnesium, wobei die in Kontakt mit den Elektrolyten stehenden Flächen den Lotuseffekt aufweisen.

Als Elektroden sind vorzugsweise Kohlefasern und/oder Metallfasern vorgesehen. Diese können sich parallel zur Mittellängsachse der als Hohlprofϊl ausgebildeten Membran erstrecken, wobei sie getrennt von der Oberfläche des Hohlprofils oder entlang an der Oberfläche des Hohlprofils innen bzw. außen verlaufend angeordnet sein können.

Insbesondere bevorzugt sind die Elektroden offenzellig ausgebildet, d.h. die Oberflächenstruktur derselben ist vergrößert.

Die Hohlprofile können in einem Rahmen in Form eines Kreisrings angeordnet sein, wobei die Hohlprofilenden so eingebunden sind, dass ein stabiler, selbsttragender Ring, gebildet ist, an dessen äußerer Umfangsfläche die offenen Hohlfaserenden freiliegen oder zumindest kontaktierbar sind. Der Rahmen kann, im Querschnitt gesehen, einen ebenen Kreisring darstellen. Aus diesem Rahmen werden die Elektroden herausgeleitet, wobei die mit der Innenfläche des Hohlprofils verbundenen oder im Innenraum der Hohlprofile angeordneten Elektroden einzeln herausgeleitet werden. Die einzelnen Elektroden können - ggf. auch integriert in den Rahmen - zusammengefasst werden. Die außenseitig der Hohlprofile angeordneten Elektroden werden bevorzugt ebenfalls zusammengefasst und herausgeleitet.

Alternativ dazu kann der Rahmen auch die Gestalt eines Vielecks, insbesondere eines Rechtecks, aufweisen, wobei die Hohlprofilenden so eingebunden sind, dass ein stabiler, selbsttragender, vieleckiger, insbesondere rechteckiger, Rahmen gebildet ist, an dessen äußerer Umfangsfläche die offenen Hohlprofilenden freiliegen. Die einzelnen Hohlprofile können in diesem Fall entweder parallel zueinander oder über Kreuz angeordnet sein, wobei die Länge der Hohlprofile vorzugsweise etwa der Länge bzw. Breite des Rahmens entspricht.

Die Hohlprofile weisen vorzugsweise eine Länge von etwa 5 mm bis 1000 mm, insbesondere bevorzugt 30 mm bis 300 mm, auf.

Für die Dicke des Rahmens haben sich Werte zwischen etwa 1 mm und 35 mm als besonders geeignet erwiesen, damit die Funktion des Rahmens als Formstabilisator erfüllt wird. Die Höhe des Rahmens beträgt vorzugsweise etwa 0,5 mm bis 15 mm. Diese Höhe ist ausreichend, um mehrere Hohlprofillagen übereinander aufzunehmen. Ein derartiger Rahmen ist für einen Stapel aus mehreren Teilbatterien geeignet, wobei die einzelnen Teilbatterien zur Erhöhung der Spannung in Reihe und/oder zur Erhöhung der Stromstärke parallel geschaltet sein können.

Der Rahmen kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform derart ausgebildet sein, dass er um eine Achse biegbar ist, die parallel zur Längsachse der Hohlprofüe verläuft.

Der Rahmen kann - im Falle eines starren, im gestreckten Zustand rechteckförmig ausgebildeten Rahmens, wie auch eines entsprechenden, plastisch oder elastisch verformbaren Rahmens - in Blickrichtung auf die Öffnung der Hohlprofile eine beliebige Gestalt aufweisen, beispielsweise eine C-förmige Gestalt.

Besonders bevorzugt sind mindestens zwei Rahmen mit Hohlprofilen zur Erhöhung der Spannung der Batterie in Reihe geschaltet.

Das Hohlprofil kann vorzugsweise gesponnen, extrudiert oder aus einer Folie gewickelt sein. Alternativ kann ein Hohlprofil aus zwei oder mehr offenen gesponnen oder extrudierten Profilen zusammengesetzt sein. Beliebige andere Herstellungsarten sind möglich.

Insbesondere im Falle einer Herstellung aus Folien kann zur Verstärkung derselben und/oder zur Anbringung oder Ausgestaltung der Elektroden die Oberfläche ein- oder beidseitig bedruckt oder auf andere Weise zumindest bereichsweise beschichtet sein, wobei die Beschichtung besonders bevorzugt offenzellig ausgebildet ist. Die Beschichtung kann ggf. auch einen Katalysator beinhalten. Zudem schützt eine Beschichtung die Folie.

Vorzugsweise sind mindestens zwei Behälter für die Speicherung des ersten und des zweiten Elektrolyten vorgesehen, wobei die Behälter besonders bevorzugt auswechselbar ausgebildet sind. Die Behälter sind bevorzugt in Elektrolytkreisläufe integriert, in welchen der entsprechende Elektrolyt durch eine Pumpe gefördert wird, so dass ein ausreichender Austausch im inneren Bereich der Batterie möglich ist. Anstelle durch Pumpen kann die Förderung eines oder beider Elektrolyten auch rein durch die Schwerkraft erfolgen. Hierbei reichen bereits kleine Höhenunterschiede der Flüssigkeitsspiegel aus, um für einen ausreichenden Elektrolytaustausch, insbesondere im Inneren der Hohlprofile, zu sorgen.

Eine erfindungsgemäße Redox-Batterie kann vorzugsweise als Antrieb für ein Elektrofahrzeug, Flugzeug oder Schiff verwendet werden, jedoch sind auch andere Anwendungen, wie bspw. für Laptops, möglich.

Besonders bevorzugt sind die Mittellängsachsen der als Hohlprofile ausgebildeten Membranen in Bezug auf die normale Ausrichtung der Batterie vertikal verlaufend angeordnet.

Im Folgenden ist die Erfindung anhand mehrerer Ausführungsbeispiele und Varianten, teilweise unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung, näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine schematisch dargestellte Anordnung von Menbran- Hohlprofilen in einem Rahmen,

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht des Rahmens mit Hohlprofilen von Fig. 1,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Batterie von der Seite, Fig. 4 einer Vanadium-Redox-Batteiie zur Verdeutlichung der Funktionsweise, und

Fig. 5a, 5b, 5c verschiedene beispielhafte Querschnitte von Membran- Hohlprofilen.

Eine Redox-Batterie 1 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durch mehrere zwecks Spannungserhöhung in Reihe geschaltete Teilbatterien 2 gebildet. Jede Teilbatterie 2 weist einen Rahmen 3, eine obere und eine untere Rahmenabdeckung (nicht dargestellt), in diesem Rahmen 3 im Bereich ihrer Enden gehaltene Hohlprofile 4 sowie zwei Elektrolyte 5 und 6 auf. Hierbei befindet sich der erste Elektrolyt 5 innerhalb der Hohlprofile 4 und der zweite Elektrolyt 6 außerhalb der Hohlprofile 4 innerhalb des entsprechenden Rahmens 3.

Die Membranen, welche die Hohlprofile 4 bilden, bestehen vorliegend aus Nation (R). Das Hohlprofil 4 ist im Wesentlichen hohlzylrnderförmig, wobei der freie Innendurchmesser vorliegend 1 mm beträgt. Die Wandstärke beträgt ca. 10 um, wobei die Schwankung der Wandstärke (über die Länge und den Umfang gesehen) unter +/- 6% liegen. Ein im Wesentlichen endloses Hohlprofil wird mittels Extrudierens auf an sich bekannte Weise hergestellt, und die einzelnen Hohlprofile 4 werden abgelängt. In den Hohlraum jedes Hohlprofils 4 wird eine erste Elektrode 7 eingeführt. Anschließend werden die Hohlprofile 4 sowie metallische Fasern (nicht dargestellt), welche die zweiten Elektroden 8 bilden, in ein den Rahmen 3 bildendes Material eingegossen, wobei es sich vorliegend um einen isolierenden. Kunststoff handelt. Anschließend werden die zweiten Elektroden 8 sowie die Außenflächen 4a der Hohlprofile 4 elektrisch leitend mit der Innenfläche 3i des Rahmens 3 verbunden, und entsprechend werden die ersten Elektroden 7 sowie die Innenflächen 4i der Hohlprofile 4 elektrisch leitend mit der Außenfläche 3a des Rahmens 3 verbunden, wobei die Innenfläche 3i und die Außenfläche 3a des Rahmens 3 gegeneinander elekrisch isoliert ist. Die Verschattung der einzelnen Teilbatterien 2 in Reihe zwecks Erhöhung der Batteriespannung erfolgt auf an sich bekannte Weise. Die Teilbatterien 2 werden in ein Gehäuse (nicht dargestellt) eingesetzt.

Bei den Elektrolyten handelt es sich vorliegend jeweils um eine wässrige Lösung aus Vanadiumsalz mit Zitronensäure und Oxalsäure. Hierbei liegt das Vanadium in ionisierter Form vor, im Falle des ersten Elektrolyten 5 in der Form V⁵W⁴⁺ und im Falle des zweiten Elektrolyten 6 Form V²W³⁺.

Nach erfolgtem Zusammenbau der Teilbatterie 2 erfolgt das Befüllen der Hohlprofile 4 über eine Zuleitung 9 und das Abführen der im Inneren enthaltenen Luft über eine Ableitung 10, bis die gesamte Luft aus dem System entfernt ist. Die Zuleitung 9 und die Ableitung 10 sind mit einem ersten Behälter 11 verbunden, wobei ein Umwälzen des ersten Elektrolyten 5 über eine erste Pumpe 12 erfolgt. Ferner erfolgt ein Befüllen des Innenraums des Rahmens 3 mit dem zweiten Elektrolyten 6, welcher das Volumen im Rahmen im Wesentlichen vollständig auffüllt. Über eine Zuleitung 13 und eine Ableitung 14 ist der Innenraum des Rahmens 3 mit einem zweiten Behälter 15 verbunden, welcher den zweiten Elektrolyten 6 speichert. Das Umwälzen des zweiten Elektrolyten 6 erfolgt über eine zweite Pumpe 16.

Anhand einer Teilbatterie 2 ist in Fig. 4 der prinzipielle Aufbau in Bezug auf die Stromerzeugung dargestellt, wobei die das Hohlprofil 4 bildende Membran als gewellte Wand dargestellt ist. Die von der Redox-Batterie 1 erzeugte Gleichspannung kann über einen Spannungswandler AC/DC in eine Wechselspannung umgewandelt werden, wenn erforderlich. Der Entladevorgang „Discharge" ist durch einen gestrichelten Pfeil angedeutet, die Belastung durch „Load". Im umgekehrten Fall erzeugt ein Generator „Generator" zum L aden „Charge" eine Wechselspannung, welche im Spannungswandler AC/DC in eine Gleichspannung umgewandelt wird, die zum Laden der Batterie 1 dient.

Der erste Behälter 11, welcher als ersten, positiven Elektrolyten 5 vorliegend Vanadium in der Form V⁵W⁴⁺ enthält, ist Teil einer Art Kreislauf, umgewälzt durch die erste Pumpe 12, welche vorliegend dem Hohlprofilinnenraum den ersten Elektrolyten 5 zuführt. Entsprechend ist der zweite Behälter 15, welcher als zweiten, negativen Elektrolyten 6 vorliegend Vanadium in der Form V²⁴TV³⁺ enthält, Teil einer Art Kreislauf, umgewälzt durch die zweite Pumpe 16, welche vorliegend dem die Hohlprofile 4 umgebenden Bereich den zweiten Elektrolyten 6 zuführt.

Zum Laden der Batterie 1 wird bei der entsprechenden Redox-Reaktion auf der in Fig. 4 links dargestellten Seite, welche den Hohlprofilinnenräumen entspricht, V⁴⁺ zu V⁵⁺ oxidiert, um ein Elektron e" freizusetzen. Dieses Elektron e" wird wieder der anderen, in Fig. 4 rechts dargestellten Seite, welche der Umgebung der Hohlprofile 4 entspricht, nachdem es über einen äußeren (Lade-)Stromkreislauf geflossen ist, zugeführt. Dieses Elektron e" reduziert V³⁺ zu V²⁺. Während der Lade-Redox-Reaktion entstehen auf der in Fig. 4 rechts dargestellten Seite, die der äußeren Umgebung der Hohlprofile 4 entspricht, überschüssige Protonen H⁺. Sie gelangen durch die Membran (Hohlprofil 4), welche für diese Protonen H⁺, jedoch nicht für Elektronen e; durchlässig ist, in den Hohlprofilinnenraum, um hier die elektrische Neutralität zu wahren. Die Redox- Reaktion läuft genau umgekehrt ab, wenn die Batterie 1 in Betrieb ist, d.h. ein Verbraucher „Load" am äußeren Stromkreislauf angeschlossen ist.

Gemäß einer nicht in der Zeichnung dargestellten Variante des ersten Ausführungsbeispiels ist der Rahmen nicht ringförmig sondern als rechteckförmiges Hohlprofil ausgebildet, d.h. sämtliche Hohlprofile, welche vom Rahmen gehalten werden, haben die gleiche Länge.

Fig. 5a, 5b und 5c zeigen beispielhaft verschiedene Querschnitte von Hohlprofilen 4. So sind insbesondere im Wesentlichen hohlzylinderförmige Hohlprofile (Fig. 5a), elliptische Hohlprofile (Fig. 5b) und abgerundet rechteckföfmige Hohlprofile (Fig. 5c) möglich, jedoch sind beispielsweise auch beliebige andere, polygone Hohlprofile möglich. Ferner müssen die Hohlprofile nicht notwendigerweise „in einem Stück" hergestellt sein, so sind insbesondere auch aus zwei C-förmigen Profilen zusammengesetzte Hohlprofile möglich. Ein derartiges, zusammengesetztes Hohlprofil hat Vorteile in Bezug auf die Einbringung der innen angeordneten Elektrode, da dieselbe in das innere C-Profil eingelegt werden kann, bevor das Profil vom zweiten C- Profil, welches das erste C-Profil mit seinen längsseitigen Enden etwas umgreift, verschlossen wird. Als Durchmesser bei nicht-kreisförmigen Querschnitten wird im Folgenden, auch wenn nicht explizit erwähnt, immer vom hydraulisch gleichwertigen Durchmesser ausgegangen.

Für ein einfacheres Anschließen der einzelnen Hohlprofile können die Hohlprofile auch etwas kürzer als die entsprechende Abmessung des Rahmens ausgebildet sein, wobei in der Außenfläche des Rahmens kreisförmige Vertiefungen um das Ende der Hohlprofile vorgesehen sind, welche dem Anschluss äußerer Leitungen sowie der Stromdurchführung von den Elektroden dienen.

Gemäß einer Anwendung kann eine derartige Redox-Batterie mit einer Spannung von ca. 42 V für ein Elektroauto verwendet werden, wobei Elektromotoren in Gestalt von Radnabenelektromotoren direkt in die Räder integriert sind. Auf Grund der Anordnung der Hohlprofile in einer Flüssigkeit sind die Belastungen durch Beschleunigung, Bremsen und insbesondere Straßenunebenheiten auf die Hohlprofile relativ gering. Die als Tanks dienenden Behälter können - wenn der entsprechende alte Elektrolyt abgesaugt wird, zum „Tanken" einfach ausgetauscht werden. Ferner kann bei derartigen Elektroautos die Bremsenergie durch Richtungsumkehr des Stromflusses auf einfache, an sich bekannte Weise zum Beladen der Batterie verwendet werden, so dass der Energieverbrauch optimiert werden kann. Hierbei ist die Speicherfähigkeit der Batterie so hoch, dass auf das Mitführen von brennstoffumsetzenden Apparaten zur Stromerzeugung, wie bspw. einer Brennstoffzelle, verzichtet werden kann.

Entsprechende Anwendungen sind natürlich auch für beliebige andere Bewegungsmittel, wie insbesondere zum Antrieb von Schienenfahrzeugen, Schiffen oder Flugzeugen möglich.

Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel, welches in Bezug auf seien Aufbau im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht, ist als Membran, welche die Hohlprofile bildet, eine PEEK-Folie vorgesehen, wie sie bspw. als PEM-Folie bei Brennstoffzellen verwendet wird, welche zu Röhrchen gewickelt ist. Hierbei sind direkt auf der PEEK-Folie beidseitig dünne Streifen aus Metall aufgebracht, bspw. aufgedruckt, welche als Elektroden dienen. Die Folienstärke beträgt vorliegend 0,5 mm mit maximalen Abmessungsschwankungen von +/- 3%, der hydraulisch gleichwertige Innendurchmesser der Hohlprofile, welche nur annähernd eine hohlzylindrische Form haben, beträgt vorliegend 5 mm. Das Wickeln der Hohlprofüe erfolgt wendeiförmig, so dass die Hohlprofile „endlos" herstellbar und auf die gewünschte Länge ablängbar sind. Die längsseitigen Kanten der Folie sind hierbei mit einem Lösungsmittel verklebt. Die PEEK-Folie ist derart ausgelegt, dass sie keine eingelagerten Bestandteile der Folie durch Wasser herauslösbar sind. Ferner ist sie protonenleitend und trennt die Anode von der Kathode.

Die Enden der Hohlprofile sind in einem rechteckförmigen Rahmen gehalten, wobei die Anschlüsse für die Elektrolytdurchströmung der Hohlprofilinnenräume mit dem ersten Elektrolyten denen des ersten Ausführungsbeispiels entsprechen. Im Inneren des Rahmens ist außen um die Hohlprofile herum der zweite Elektrolyt angeordnet. Der Rahmen hat vorliegend eine Länge von 300 mm, eine Breite von 200 mm und eine Höhe von 20 mm. Vorliegend sind zehn Rahmen zu einer Redox-Batterie zusammengesetzt, wobei die einzelnen Teilbatterien in Reihe geschaltet sind. Als Elektrolyte dienen vorliegend wässrige Lösungen eines Vanadiumsalzes in schwefeliger Säure, wobei die Konzentration der Sulfationen im Bereich von 3 mol/1 bis 4 mol/1 liegt.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das nicht in der Zeichnung dargestellt ist, sind die Hohlprofile U-förmig gebogen angeordnet, wobei die offenen Enden in einem Rahmen gefasst sind, an welchem entsprechende Anschlüsse zum Ein- und Ausleiten des Elektrolyten vorgesehen sein. Die Hohlprofile sind hierbei derart angeordnet, dass vorliegend die Öffnungen zum Einleiten auf einem Kreisring außerhalb der Öffnungen zum Ausleiten, die ebenfalls in einem Kreisring angeordnet sind, angeordnet. Über kreisringförmige Spalte zwischen der Außenseite des Rahmens und einem Gegenelement erfolgt eine gemeinsame Zuleitung sämtlicher Teilströme zu den Hohlprofilen wie auch eine gemeinsame Ableitung derselben. Im Schenkelbereich und im U-förmigen Bereich sind die Hohlprofile frei im zweiten Elektrolyten angeordnet, d.h. sie werden großflächig von demselben umströmt. Der Rahmen ist in einem rohrförmigen Gehäuse angeordnet und mittels eines Deckels geschlossen, wobei die Zuleitung des zweiten Elektrolyten über diesen Deckel erfolgt. Die Ableitung des zweiten Elektrolyten erfolgt vorüegend durch eine zentrale Öffnung im Rahmen. Bezugszeichenliste

Redox-Batterie Teilbatterie Rahmen Hohlprofil erster Elektrolyt zweiter Elektrolyt erste Elektrode zweite Elektrode

9 Zuleitung

10 Ableitung

11 erster Behälter

12 erste Pumpe

13 Zuleitung

14 Ableitung

15 zweiter Behälter

16 zweite Pumpe

Claims

Patentansprüche

1. Redox-Batterie mit einer protonendurchlässigen Membran, einem ersten Elektrolyten (5) und einem zweiten Elektrolyten (6), einer ersten Elektrode (7) und einer zweiten Elektrode (8), wobei die Membran als ein Hohlprofil (4) ausgebildet ist, die Elektrolyten (5, 6) zumindest im Betriebszustand in flüssiger Form vorliegen, der erste Elektrolyt (5) und die erste Elektrode (7) im Inneren des Hohlprofils (4) angeordnet ist, der zweite Elektrolyt (6) außen um das Hohlprofil (4) herum und die zweite Elektrode (8) außen am oder in der Nahe des Hohlprofils (4) angeordnet ist, eine Mehrzahl von Elektroden (7 bzw. 8) parallelgeschaltet ist, und die Innenräume der Hohlprofϊle (4) miteinander in Fluidverbindung stehen.

2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (4) einen hydraulisch gleichwertigen Innendurchmesser von 6 um bis 10 mm, insbesondere von 500 um bis 5 mm, aufweist.

3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandstärke des Hohlprofils (4) 0,1 um bis 1,5 mm, insbesondere 0,1 um bis 0,5 mm, beträgt, wobei die Schwankung der Wandstärke unter +/- 6% liegt.

4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebstemperatur der Batterie (1) unter 100⁰C liegt.

5. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Elektrolyt (5, 6) Vanadiumsalz, insbesondere in Verbindung mit Zitronensäure und/oder Oxalsäure, enthalten.

6. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran Gelatine, Polyvinylalkohol, Polyester, Polymer, PTFE und/oder PEEK enthält.

7. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus Zitronensäure in Verbindung mit Nanopartikeln, insbesondere Silizium, Siliziumoxid, Magnesiumoxid, Magnesium, besteht, wobei die in Kontakt mit den Elektrolyten (5, 6) stehenden Flächen den Lotuseffekt aufweisen.

8. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran aus einem sulfönierten Polymer, insbesondere sulfoniertem Tetrafluorethylen-Polymer, besteht.

9. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektroden (7, 8) und/oder zur elektrischen Kontaktierung Kohlefasern und/oder Metallfasern vorgesehen sind.

10. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (7, 8) offenzellig sind.

11. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (4) zumindest bereichsweise mit einer offenzelligen Beschichtung versehen ist.

12. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl von als Hohlprofile (4) ausgebildeten Membranen an ihren Enden in einem Rahmen (3) angeordnet und von demselben gehalten ist.

13. Batterie nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Rahmen (3) mit Hohlprofilen (4) zur Erhöhung der Spannung der Batterie (1) in Reihe geschaltet sind.

14. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hohlprofil (4) gesponnen, extrudiert oder aus einer Folie gewickelt ist, oder dass das Hohlprofil aus zwei oder mehr offenen Profilen zusammengesetzt ist.

15. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Behälter (11, 15) für die Speicherung des ersten und des zweiten Elektrolyten (5, 6) vorgesehen sind.

16. Batterie nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Behälter (11, 15) auswechselbar sind.

17. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen der als Hohlprofüe (4) ausgebildeten Membranen im normalen Betrieb der Batterie (1) vertikal verlaufend angeordnet sind.

18. Antrieb für ein Elektrofahrzeug, Flugzeug oder Schiff, gekennzeichnet durch eine Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.

19. Antrieb nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittellängsachsen der als Hohlprofile (4) ausgebildeten Membranen vertikal verlaufend angeordnet sind.