Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie (RFB) zur Speicherung elektrischer Energie, enthaltend wenigstens eine Redox-Flow-Zelle (RFC) als Reaktionszelle mit Kammern als polaritätsspezifische Halbzellen für Katholyt und Anolyt, die durch mindestens eine Membran getrennt sind und mit jeweils einem Elektrolytreservoir in Verbindung stehen, wobei eine erste und eine zweite der polaritätsspezifischen Halbzellen jeweils mit einem Elektrolyt aus mindestens einer redoxaktiven Komponente, die mindestens teilweise in Substanz oder gelöst in einem Lösungsmittel und darin gelösten Leitsalzen vorliegt, durchflössen und die Elektrolyte in separaten Elektrolytkreisläufen jeweils mit einer Pumpeinrichtung umwälzbar sind, wobei die Membran als Grenzfläche zur Verhinderung von Vermischung oder elektrochemischen Reaktionen der redoxaktiven Komponenten miteinander und zum Ladungsträger- austausch zwischen den Halbzellen vorgesehen ist.

Zum großtechnischen Speichern von Energie sind im Stand der Technik alkalihaltige Sekundärbatterien bekannt, von denen insbesondere tubulär aufgebaute Vertreter erwähnt werden sollen, weil sie die besten Voraussetzungen für eine technologisch einfache Vergrößerung der elektrochemisch wirksamen Oberflächen mitbringen. So ist in der WO 201 1 /161072 A1 eine Vorrichtung beschrieben, die Alkalimetall (A) und Schwefel (S) in zwei getrennten, übereinander angeordneten rohrförmigen Behältern BA und BS, die mittels eines Festelektrolyten, der nur Kationen durchläset, verbunden sind, als aktive Materialien verwendet. Die aktiven Materialien können als flüssige Stoffe in externen Behältern aufbewahrt und bei Bedarf den Zellen zugeführt werden. Die beiden Elektrodenräume der Zellen sind durch einen Feststoffelektrolyten (in Form eines konzentrischen ionenleitenden keramischen Elektrolytrohres) aus Aluminiumoxid getrennt.

Eine weitere Natrium-Schwefel-Sekundärbatterie ist in der US 2013/0288153 A1 offenbart. Hier ist eine ionenleitende keramische Membran aus langen TiO2 - Nanoröhrchen vorgesehen, die in der Lage ist, selektiv Natriumionen zwischen den Anoden- und Kathodenlösungen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen (< 75 °C) zu transportieren. Eine weitere alkalihaltige Sekundärbatterie ist in der WO 2015/035427 A1 als Natrium- Halogen-Batterie beschrieben, wobei rohrförmige Zellen durch eine ionenleitende keramische Membran getrennt sind. Dabei wird an der negativen Elektrode aus flüssigem(n) Natrium(verbindungen) Energie durch Oxidation erzeugt und beim Aufladen metallisches Natrium gebildet und an der positiven Elektrode mindestens eine Reduktionsreaktion unter Beteiligung eines flüssigen Halogens ausgeführt, wobei die Natriumionen jeweils die Elektrolytmembran durchqueren. Die beiden Redoxpartner können der Zelle als Flüssigkeiten aus externen Vorratsbehältern zugeführt werden.

Nachteilig bei diesen vorbekannten Alkali-Sekundärbatterien ist, dass in jedem Fall eine ionenleitende Membran genutzt und bei erhöhten Temperaturen (häufig mit Temperaturen über 290 °C, da das meist verwendete Natrium flüssig bleiben muss) betrieben wird. Geringere Temperaturen führen zu Leistungseinbrüchen wegen des stark erhöhten inneren Widerstands.

In der WO 2015/007382 A1 sind Mikrohohlfasern aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen oder Kompositionen aus Kohlenstoff-Nanoröhrchen beschrieben, für die unter anderem die Verwendung in chemischen Energiewandlern erwähnt und dafür ein tubulärer Membran-Elektroden-Aufbau zur Beseitigung der bekannten unzureichenden Leistungsund Energiedichten von Redox-Flow-Batterien oder Brennstoffzellen vorgeschlagen wird. Der tubuläre Aufbau weist drei wesentliche Lagen auf: eine positive Elektrode und eine negative Elektrode mit einer Membran, die dazwischen um eine Elektrode geschlossen angeordnet ist. Damit sind bei weniger als 2 mm Durchmesser des Membran- Elektroden-Aufbaus höhere Leistungsdichten, geringere Herstellungskosten sowie geringere parasitäre Verluste erreichbar. Ergänzend hierzu sei die WO 2015/074764 A1 erwähnt, die diesbezüglich eine Vanadium-Sauerstoff-RFB mit Hohlfasermembranen offenbart. Dabei weist jedoch die negative Halbzelle neben der in der positiven Halbzelle befindlichen und mit einer ionenleitenden Membran ummantelten Sauerstoffelektrode zwei Elektroden auf, eine aus festem Kohlenstoff und eine halbfeste Elektrode, wobei ein das in Säure gelöste Vanadium enthaltender Elektrolyt und darin dispergierte Kohlenstoffpartikel die halbfeste Elektrode bilden, wobei der kohlepartikelhaltige Elektrolyt innerhalb der Zelle mit Sauerstoffgas in geregelt feuchter Atmosphäre oder in Wasser oder Wasserdampf zirkuliert. Bei all diesen Sekundärbatterien ist die für eine modulare Stapelbarkeit erforderliche effiziente Strömungsverteilung und homogene Stromdichteverteilung nicht optimal gegeben. Insbesondere erhöht sich bei diesen Anordnungen bei Hochskalierung der Größe einer einzelnen RFC der auftretende Druckabfall bei Durchströmung der RFC.

Des Weiteren ist neben den rechteckigen RFB-Zellengeometrien auch eine runde Anordnung aus DE 10 2007 034 700 A1 bekannt geworden, bei der mehrere Hohlprofile parallel in einen kreisförmigen Rahmen eingespannt sind, wobei die Hohlprofile die Membran der RFB darstellen. Dabei sind der erste Elektrolyt und die erste Elektrode im Inneren eines Hohlprofils vorhanden, und der zweite Elektrolyt ist außen um das Hohlprofil herum, wobei er senkrecht zu den Hohlprofilen durch die Zelle gepumpt wird, die zweite Elektrode an oder nahe dem Hohlprofil angeordnet. Mit dieser Konfiguration kann zwar die Leistungsdichte erhöht werden, aber die Probleme der hohen erforderlichen Pumpleistung bleiben bestehen und werden durch die unterschiedlichen Strömungswiderstände infolge der unterschiedlichen Längen der Hohlprofile noch vergrößert. Ebenso erhöht sich bei Stapelung der kreisförmigen Rahmen übereinander der Druckabfall in der um die Hohlprofile gebildeten Halbzelle durch die erhöhte Länge. Ein weiterer kreisförmiger Ansatz für die Zellengeometrie wird von Zheng et al. in: Journal of Power Sources 277 (2015) S. 104-109 vorgeschlagen, um bei ebenflächigen RFCs anstelle der üblichen transversal-parallelen Durchströmung die Elektroden von außen radial zu einem Zentrum hin zu durchfluten. Damit kann zwar ohne Erhöhung der Pumpleistung der Stofftransport (Massentransport) verbessert werden, aber eine flexible Konfektionierung von RFBs durch Skalieren der zirkulär geformten Elektroden und Membranen stößt wegen der dadurch vergrößerten Druckabfälle und dem dadurch vergrößerten elektrischen Innenwiderstand schnell an ihre Grenzen. Eine homogene Ein- und Ausleitung der halbzellenweise abwechselnd benötigten Elektrolyte, Katholyt und Anolyt, und die Abdichtung der Halbzellen an den peripheren Außenflächen der Elektrodenkreisscheiben erscheint zudem schwer beherrschbar.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue Möglichkeit zur Gestaltung von tubulären Redox-Flow-Zellen zur Speicherung elektrischer Energie zu finden, die es gestattet, eine einfache Skalierung von Redox-Flow-Zellen und einen raumsparenden Aufbau von Redox-Flow-Batterien mit hoher Leistungsdichte, Energieeffizienz, Stabilität, Kompaktheit und Flexibilität zu realisieren. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei einer Redox-Flow-Batterie zur Speicherung elektrischer Energie, enthaltend wenigstens eine Redox-Flow-Zelle als Reaktionszelle mit Kammern als polaritätsspezifische Halbzellen für je einen Elektrolyt, Katholyt oder Anolyt, die durch mindestens eine Membran getrennt sind und mit jeweils einem Elektrolytreservoir in Verbindung stehen, wobei eine erste und eine zweite der polaritätsspezifischen Halbzellen jeweils mit einem Elektrolyt aus mindestens einer redoxaktiven Komponente, die mindestens teilweise in Substanz oder gelöst in einem Lösungsmittel und darin gelösten Leitsalzen vorliegt, durchflössen und die Elektrolyte jeweils mit einer Pumpeinrichtung umwälzbar sind, wobei die Membran als Grenzfläche zur Verhinderung von Vermischung oder elektrochemischen Reaktionen der redoxaktiven Komponenten miteinander und zum Ladungsträgeraustausch zwischen den Halbzellen vorgesehen ist, dadurch gelöst, dass wenigstens die erste polaritätsspezifische Halbzelle aus einer Vielzahl von durch einen inneren und einen äußeren konzentrischen Haltering radial gehalterten Hohlfasermembranen gebildet ist, die innen jeweils mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Elektrode ausgestattet sind und den inneren und äußeren Haltering durchstoßende Enden aufweisen, die mit einem ersten Elektrolytreservoir verbunden sind, sodass die Hohlfasermembranen über das erste Elektrolytreservoir mit einem ersten Elektrolyt durchströmt sind, dass eine mindestens die Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle umgebende Kammer, die zwischen den konzentrischen Halteringen ausgebildet ist, mit einer flüssigkeitsdurchlässigen Struktur und einer elektrolytischen Flüssigkeit mit wenigstens einem in Lösung befindlichen Leitsalz gefüllt ist, und dass die zweite polaritätsspezifische Halbzelle von einem zweiten Elektrolyt durchflössen und mit dem zweiten Elektrolytreservoir verbunden ist, wobei der zweite Elektrolyt über die flüssigkeitsdurchlässige Struktur und mindestens separiert durch die Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle in Wechselwirkung mit der ersten Halbzelle steht.

In einer ersten vorteilhaften Gestaltung ist die die Hohlfasermembranen der ersten polaritätsspezifischen Halbzelle umgebende Kammer als zweite polaritätsspezifische Halbzelle ausgebildet, wobei die flüssigkeitsdurchlässige Struktur elektrisch leitend als zweite Elektrode ausgebildet und über einen zweiten Stromabnehmer mit einem Stromanschluss, der andererseits über erste Stromabnehmer mit den ersten Elektroden der ersten Halbzelle in elektrischem Kontakt steht, verbunden ist, sowie vom zweiten Elektrolyt durchflössen und mit dem zweiten Elektrolytreservoir gekoppelt ist.

In einer zweiten bevorzugten Gestaltung ist eine weitere Anzahl von durch zwei weitere konzentrische Halteringe radial gehalterten Hohlfasermembranen, die zu den Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle konzentrisch und gleich strukturiert mit innen liegender flüssigkeitsdurchlässiger Elektrode innerhalb der die Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle umgebenden flüssigkeitsdurchlässigen Struktur eingebettet sind, als die zweite Halbzelle ausgebildet, wobei die flüssigkeitsdurchlässige Struktur mittels der darin enthaltenen Leitsalzlösung aus mindestens einem in Lösung befindlichen Leitsalz zur Erzeugung einer elektrischen Verbindung zwischen den ersten Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle und den zweiten Hohlfasermembranen der zweiten Halbzelle ausgebildet ist.

Dabei sind die Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle und Hohlfasermembranen der zweiten Halbzelle jeweils abwechselnd innerhalb einer Ebene radial angeordnet, wobei der erste innere Haltering und der erste äußere Haltering der ersten Halbzelle nur von den zweiten Hohlfasermembranen durchstoßen sind und der zweite innere Haltering mit größerem Durchmesser als der erste innere Haltering sowie der zweite äußere Haltering mit einem kleineren Durchmesser als der erste äußere Haltering von den zweiten Hohlfasermembranen innerhalb einer Ebene abwechselnd mit den ersten Hohlfasermembranen durchstoßen sind und zwischen den ersten und zweiten inneren Halteringen und den ersten und zweiten äußeren Halteringen vorhandene Ringspalte als innere bzw. äußere Elektrolytein-Aauslässe für den zweiten Elektrolyten der zweiten Halbzelle und zur Durchströmung der ersten Hohlfasermembranen mit dem ersten Elektrolyten ein innerer ElektrolyteinV-auslass innerhalb des ersten inneren Halteringes und ein äußerer ElektrolyteinV-auslass außerhalb des ersten äußeren Halteringes vorgesehen sind.

Bei den Hohlfasermembranen können diese als ionenselektive Membranen ausgebildet sind und als Grenzflächen nach dem Prinzip eines lonentypausschlusses wirken. Alternativ können die Hohlfasermembranen als Größenausschlussmembranen ausgebildet sein und als Grenzflächen nach dem Prinzip eines Molekülgrößenausschlusses wirken. Vorteilhaft sind die Elektroden im Inneren jeder Hohlfasermembran durch ein elektrisch leitendes, flüssigkeitsdurchlässiges Füllmaterial ausgebildet, in das ein draht- oder stabförmiger elektrisch leitender Stromabnehmer eingebracht ist.

Der zweite Stromabnehmer der zweiten Halbzelle ist in einer zweckmäßigen Ausführung außen an jeder der Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle als Beschichtung aufgetragen, die mit einem äußeren Ende an ein elektrisch leitendes Gerüst oder Gehäuse kontaktiert ist.

Es erweist sich als vorteilhaft, wenn in den ersten und gegebenenfalls zweiten Hohlfasermembranen die Elektroden jeweils innen als poröse, elektrisch leitende Beschichtungen aufgetragen und die Enden der Hohlfasermembranen auf Stromabnehmer in Form von elektrisch leitenden Röhrchen oder Klemmhülsen aufgesteckt sind.

In einer zweckmäßig modifizierten Variante sind im Inneren der Hohlfasermembranen jeweils die elektrisch leitenden Stromabnehmer mit einer vergrößerte Oberfläche zugleich als Elektroden ausgebildet und - soweit sie zur gleichen Halbzelle gehören - zusammengefasst nach außen geführt.

Dabei können die Stromabnehmer vorzugsweise geradlinig ausgerichtet und mit aufgerauter oder poröser Oberfläche ausgebildet oder schraubenförmig geformt oder aufgewickelt sein. Eine besonders vorteilhafte Gestaltung für eine RFB ergibt sich, indem mindestens die ersten Hohlfasermembranen und die zu deren radialer Halterung vorhandenen konzentrischen inneren und äußeren Halteringe sowie die zwischen den konzentrischen Halteringen befindliche flüssigkeitsdurchlässige Struktur zusammen jeweils scheibenförmige RFC-Module in Form flacher Zylinder bilden, die in beliebiger Anzahl zu variablen RFC-Modul-Stapeln stapelbar sind, um eine frei skalierbare RFC zu bilden.

Dabei sind die scheibenförmigen Redox-Flow-Zellen-Module bevorzugt in einem rohrförmigen Modulgehäuse gestapelt, wobei in dem so entstandenen RFC-Modul- Stapel die ersten und zweiten Halbzellen untereinander polaritätsspezifisch elektrisch parallel gekoppelt und hydrodynamisch ebenfalls parallel verknüpft sind und eine modulare RFC bilden. Dabei kann das rohrförmige Modulgehäuse mindestens aus einem elektrisch isolierenden Gehäuseaußenrohr bestehen, das im oberen und unteren Bereich je eine obere und eine untere Gehäusekappe zum Verschließen des Modulgehäuses aufweist. Vorzugsweise besteht das Modulgehäuse der RFC aus zwei konzentrischen elektrisch isolierenden Gehäuserohren, einem Gehäuseinnenrohr und dem Gehäuseaußenrohr, das im oberen und im unteren Bereich die obere Gehäusekappe und die untere Gehäusekappe zum Verschließen des Modulgehäuses aufweist. Dabei ist wenigstens teilweise im oberen und im unteren Bereich mindestens des Gehäuseaußenrohres ein Gewinde vorhanden, in das zum Verschließen des Modulgehäuses die obere und die untere Gehäusekappe mit dazu passenden Gewinden einschraubbar sind.

Die Gehäusekappen des rohrförmigen Modulgehäuses der RFC weisen vorteilhaft flächig ausgebildete, elektrisch leitende Stromanschlussklemmen als flächige Anschlusskontakte an je einer Stirnfläche der Gehäusekappen auf, wobei die Stromanschlussklemme der oberen Gehäusekappe mit dem ersten Stromabnehmer der ersten Halbzelle in elektrischem Kontakt steht und die Stromanschlussklemme der unteren Gehäusekappe mit dem Stromabnehmer der zweiten Halbzelle in elektrischem Kontakt steht und beide Stromanschlussklemmen jeweils gegenüber dem anderen Stromabnehmer der anderen Halbzelle durch Kontaktisolatoren elektrisch isoliert sind. die Elektrolytkreisläufe sind wenigstens in das Gehäuseaußenrohr des rohrförmigen Modulgehäuses ein Elektrolytein- und ein Elektrolytauslass für den ersten Elektrolyten der ersten Halbzelle und ein Elektrolytein- und ein Elektrolytauslass für den Elektrolyten er zweiten Halbzelle eingesetzt.

Dabei erweist es sich als zweckmäßig, dass die obere Gehäusekappe mindestens einen inneren Elektrolytein-Aauslass für den Elektrolyten der ersten Halbzelle und einen inneren Elektrolytein-Aauslass für den Elektrolyten der zweiten Halbzelle aufweist und in der unteren Gehäusekappe mindestens ein äußerer ElektrolyteinV-auslass für den Elektrolyten der ersten Halbzelle und ein äußerer ElektrolyteinV-auslass für den Elektrolyten der zweiten Halbzelle vorgesehen ist. Für eine Skalierung der Leistungsfähigkeit einer RFB ist die RFC vorteilhaft mit stirnseitig angebrachten, flächigen Anschlusskontakten von dem elektrisch isolierenden rohrformigen Modulgehäuse konzentrisch umgeben und darin fixiert, wobei sowohl auf einer Außen- als auch auf einer Innenseite eines der Gehäuserohre zumindest abschnittsweise je ein Gewinde so ausgebildet ist, dass mehrere rohrförmige RFCs miteinander zu einem RFC-Stapel verschraubbar sind. In einer weiteren vorteilhaften Ausführung können mehrere RFC mit parallel zueinander ausgerichteten Symmetrieachsen als einzelne oder als bereits kollinear gestapelte RFC in ein- oder mehrlagiger Anordnung in der RFB vereinigt sein, wobei die RFC mittels Kontaktbrücken oder stirnseitiger flächiger Anschlusskontakte mit gegensätzlich gepolten, ersten und zweiten Stromanschlussklemmen in einer elektrischen Reihenschaltung verbunden und durch Verbindung der ersten und der zweiten Halbzellen untereinander in jeweils gemeinsamen Elektrolytkreisläufen als hydrodynamische Parallelschaltung verknüpft sind.

Eine bevorzugte Gestaltung liegt darin, dass mindestens eine rohrförmige RFC zwei zueinander und zu den ersten und zweiten Halbzellen konzentrisch angeordnete Elektrolytreservoire aufweist. Dabei sind vorteilhaft mehrere der rohrformigen, zueinander in axialer Richtung benachbart gestapelten RFCs zu den zwei konzentrisch geformten Elektrolytreservoiren konzentrisch angeordnet, wobei die ersten und zweiten Halbzellen verschiedener RFC über jeweils einen mindestens eine Pumpe enthaltenden Elektrolytkreislauf mit einem der konzentrisch angeordneten Elektrolytreservoire hydrodynamisch parallel verknüpft und elektrisch in einer Reihenschaltung verbunden sind.

In einer vorteilhaften Gesamtkonfiguration sind mehrere der RFBs mit parallel zueinander ausgerichteten Symmetrieachsen der konzentrischen RFCs in ein- oder mehrlagiger Anordnung zusammengefügt, in einer hydrodynamischen Parallelschaltung mit mindestens teilweise gemeinsam genutzten Elektrolytreservoiren verbunden und mindestens teilweise in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verknüpft.

Die Erfindung basiert auf der Grundüberlegung, dass die Verwendung einer Vielzahl von tubulären Membranen (Hohlfasermembranen) - anstelle von einzelnen Flachmembranen, wie sie in allen zur Zeit kommerziell verfügbaren RFBs Verwendung finden - die elektrochemisch wichtige Membranoberfläche pro Zellenvolumen und damit die elektrische Leistungsfähigkeit einer solchen Batterie signifikant erhöhen kann. Dadurch wird gleichzeitig die Baugröße sowie das Zellengewicht signifikant verringert und das Skalierungspotential einer RFB erheblich verbessert. Der Aufbau bekannter Lösungsansätze für tubuläre RFC leidet jedoch stets daran, dass eine einzelne Zelle als starres, nicht erweiterbares Gebilde in komplizierten Verfahren gefertigt werden muss. Damit erlauben bekannte Bauformen von RFC mit tubulären Membranen keine flexible Skalierung einer Einzelzelle, sondern setzen bei der Skalierung stets eine Neuanfertigung aller Zellenbauteile voraus, wobei zugleich die produktionstechnischen Gegebenheiten an die neuen Erfordernisse teils mit erheblichem Aufwand angepasst werden müssen. Zudem gehen mit der Skalierung in den meisten Fällen ein erhöhter Dichtungsaufwand und vor allem ein erhöhter Druckabfall in wenigstens einer der Halbzellen bei Durchströmung mit einem Elektrolyten einher, der sich negativ auf die Energieeffizienz einer RFB auswirkt. Insbesondere wird bei der Verschaltung mehrerer RFC zu einer RFB mit großem Elektrolytreservoir das große Potenzial, das sich hinsichtlich Effizienz, Flexibilität, Stabilität, Kompaktheit und Skalierbarkeit bei RFC mit Hohlfasermembranen ergibt, bisher nicht genutzt. Beispielsweise lässt sich u. a. eine solche raumsparende RFC mit neuartigen Betriebsarten verknüpfen, die eine erhöhte Langlebigkeit durch Verringerung des unvermeidbaren Austausche („cross-over" oder „Kreuzkontamination") der redoxaktiven Substanzen zwischen den Halbzellen erreichen. Die Erfindung geht zur Lösung dieser Probleme deshalb den Weg einer Kombination von einer Vielzahl an radial angeordneten Hohlfasermembranen und einer Röhrenkonstruktion zu einer scheibenartigen Moduleinheit, die große Membranoberflächen zwischen den polaritätsspezifischen Halbzellen bereitstellt und durch einen damit verringerten elektrischen Innenwiderstand eine signifikant erhöhte Leistungs- dichte sowie eine beliebige und flexible Skalierbarkeit einer einzelnen RFC ermöglicht. Aus einer Vielzahl solcher Moduleinheiten kann dann durch Stapelung in einem rohrförmigen Gehäuse eine RFC gefertigt und durch die einfache Stapelbarkeit beliebig skaliert werden. Zugleich gestattet diese Röhrenkonstruktion eine einfache und zuverlässig separierte Zu- und Abfuhr der beiden Elektrolyten innerhalb und außerhalb der radial dazwischen befindlichen Hohlfasermembranen bei gleichzeitig verringertem Druckverlust im Vergleich zu herkömmlichen Zellen in Flachbauweise oder bekannten Zellen mit Hohlfasermembranen, ohne dabei die einfache Stapelbarkeit der Moduleinheiten zu beeinträchtigen. Die Lösung sieht dafür eine zwischen mindestens zwei konzentrischen Halteringen radial angeordnete Vielzahl von Hohlfasermembranen vor, die in eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur eingebettet sind, um daraus mittels einer Vielzahl von hydrodynamisch und elektrisch parallelgeschalteten Hohlfasermembranen mindestens eine der polaritätsspezifischen Halbzellen zusammenzusetzen. Anstelle der Beschich- tung oder zusätzlich dazu kann auch ein elektrisch leitendes flüssigkeitsdurchlässiges Füllmaterial (z. B. poröser Festkörper, Schüttgut, Fasergewebe, Vlies, Schaum, Gitter, Garn oder Ähnliches) als Elektrode in die Hohlfasermembran eingeführt sein. Die flüssigkeitsdurchlässige Struktur kann aber auch ausschließlich durch den zwischen Stromabnehmer und Membran liegenden Hohlraum gebildet sein und der Stromabnehmer zugleich die Funktion der Elektrode mit übernehmen. Auf diese Art und Weise können entweder nur eine der polaritätsspezifischen Halbzellen oder auch beide Halbzellen ausgeführt sein.

Im ersten Fall ist die erste Halbzelle, wie vorstehend beschrieben, aufgebaut und die zweite Halbzelle durch eine elektrisch leitende, flüssigkeitsdurchlässige Struktur (poröser Festkörper, Schüttgut, Fasergewebe, Vlies, Schaum, Gitter oder Ähnliches) gebildet, in der die Hohlfaser(n) der ersten Halbzelle in beschriebener radialer Anordnung eingebettet sind, wobei flüssigkeitsdurchlässige Struktur bzw. darin angeordnete Hohlfasermembranen jeweils als mit je einer Elektrode ausgestattete Elektrolytströmungsbahn für die jeweilige Halbzelle genutzt werden. Dabei sind die Hohlfasermembranen der ersten Halbzelle von einem ersten Elektrolyt radial durchströmt und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur zwischen dem äußeren und inneren Haltering in axialer oder bevorzugt ebenfalls radialer Richtung durchströmt. Bei radialer Strömung dient je ein Spalt zwischen flüssigkeitsdurchlässiger Struktur und innerem bzw. äußerem Haltering als Elektrolytein- bzw. Elektrolytauslass.

Als Stromabnehmer für die Elektroden im Innern der Hohlfasermembranen kann jeweils ein elektrisch leitender Draht (Stab) eingeführt oder aber das Hohlfaserende der mit einer porösen Elektrode beschichteten Hohlfasermembran auf ein elektrisch leitendes Röhrchen bzw. eine Klemmhülse aufgepfropft sein, wobei in jeder der Varianten alle Stromabnehmer einer Halbzelle elektrisch parallel miteinander verbunden sind. Als Stromabnehmer für die zweite Halbzelle kann mindestens ein elektrisch leitender stab-, streifen- oder plattenförmiger Festkörper in die flüssigkeitsdurchlässige Struktur eingeführt sein oder von oben bzw. unten ein flächiges, zum Beispiel Scheiben- oder ringförmiges Gebilde an die flüssigkeitsdurchlässige Struktur angepresst oder aufgelegt sein.

Im zweiten Fall, wenn beide Halbzellen aus Hohlfasermembranen mit innerlich angeordneten rauen oder porösen Elektroden und Stromabnehmern gebildet sind, werden die von unterschiedlichen Elektrolyten (entweder Katholyt oder Anolyt) durchströmten Hohlfasermembranen, getrennt nach Halbzellenzugehörigkeit zusammengefasst, radial zwischen mindestens je zwei konzentrischen Halteringen in einer flüssigkeitsdurchlässigen Struktur alternierend benachbart angeordnet eingebettet, wobei die sie umgebende flüssigkeitsdurchlässige Struktur mit einer elektrisch leitenden Salzlösung, einem ionenleitenden Festkörper, einem ionenleitenden Gel oder einer ionischen Flüssigkeit ausgefüllt, durchtränkt oder durchströmt ist. Die flüssigkeitsdurchlässige Struktur kann, wie im ersten Fall, als poröser Festkörper, Schüttung, Fasergewebe, Vlies, Schaum, Gitter oder Ähnliches ausgeführt sein oder allein durch die zwischen den Hohlfasermembranen der beiden Halbzellen liegenden Hohlräume gebildet werden. Dabei sind die Hohlfasermembranen vorzugsweise aus unterschiedlichen, die redoxaktiven Komponenten sperrenden Materialien gebildet, wie beispielsweise Kunststoffen in Form von Polymeren (z. B. Polyethersulfon) oder anderen organischen Verbindungen und Biopolymeren, wie z. B. Cellulose, regenerierter Cellulose (RC) und weiteren Derivaten, oder einer Keramik.

In der erfindungsgemäßen RFC können grundsätzlich alle denkbaren Membrantypen Verwendung finden. Unter der erfindungsgemäß als „Membran" bezeichneten Grenzfläche zwischen den beiden Elektrolyten oder einer zwischengelagerten Salzbrücke wird dabei ein flächiges Gebilde verstanden, das prinzipiell durch die zwei Mindestvoraussetzungen gekennzeichnet ist, dass es einerseits einen effizienten Ladungsausgleich durch den Übergang von Ladungsträgern zwischen den Halbzellen einer RFC gewährleistet und andererseits zugleich den Übergang der für die Energiespeicherung entscheidenden redoxaktiven Substanzen der beiden Elektrolyten in die jeweils andere Halbzelle ausschließt bzw. elektrochemische Reaktionen der redoxaktiven Substanzen der beiden Halbzellen miteinander durch die Grenzfläche hindurch idealerweise vollständig unterdrückt. Besonders bevorzugt sind nach diesen Maßgaben solche Membranen, die nach dem Prinzip des lonentypausschlusses oder nach dem Prinzip des Größenausschlusses wirken. Aber auch Flächengebilde aus anderen Materialien, welche die letztgenannten Eigenschaften nicht mitbringen, sind hier als die Halbzellen begrenzende Grenzfläche denkbar, solange sie die vorgenannten Mindestvoraussetzungen erfüllen. Obwohl die Formulierung„Membran" im Hinblick auf die vorgenannten Funktionen einschränkend wirkt, wird das Flächengebilde - der Einfachheit halber und da es zugleich die bevorzugte Variante ist - im Folgenden weiterhin als„Membran" bezeichnet.

Im Falle einer Membran, die nach dem Prinzip des Größenausschlusses wirkt, wird der Größenausschluss durch Verwendung redoxaktiver Makromoleküle (z. B. Oligomere und Polymere) und entsprechend gewählter poröser Membranen erreicht, deren Porengrößenverteilung so beschaffen ist, dass Moleküle ab einer bestimmten geometrischen Größe (d. h. ab einem bestimmten hydrodynamischen Volumen) bzw. Molmasse mit großer Wahrscheinlichkeit (> 90%) innerhalb eines definierten Zeitraums (z. B. 24 h) zurückgehalten werden. Dies wird meist gemessen an der Molmasse des Makromoleküls und einer oberen Schranke für die Porengröße der Membran, dem sogenannten Molecular Weight Cut-Off (MWCO). Dadurch werden beim Einsatz solcher Membranen in Redox-Flow-Zellen makromolekulare redoxaktive Substanzen mit einer größeren Molmasse als dem MWCO mit der angegebenen Wahrscheinlichkeit zurückgehalten, während die kleineren Ionen der Leitsalzlösung die Membran zum Ladungsausgleich passieren können. Hierzu werden Membranen mit MWCOs von mindestens 0,4 kDa, besonders bevorzugt zwischen 1 kDa und 10 kDa verwendet. Aber auch größere MWCOs sind prinzipiell denkbar. Dabei ist die erfindungsgemäße Wahl der Materialien für die redoxaktiven Makromoleküle und die Membranen grundsätzlich beliebig und nur dadurch eingeschränkt, dass die Materialien miteinander chemisch verträglich sein müssen und keine ungewollten chemischen Reaktionen miteinander eingehen, sodass keine Zersetzung, Auflösung oder eine anderweitig funktionsbeeinträchtigende Veränderung des Membranmaterials oder des Elektrolyten auftritt. Mit Membranen, die nach dem Prinzip des lonentypausschlusses wirken, sind solche Membranen gemeint, welche Ionen einer bestimmten Ladung selektiv hindurchlassen bzw. abhalten. Dieser lonentypausschluss wird dabei durch elektrisch isolierende, poröse Membranmaterialien erreicht, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass sie ionische Gruppen beinhalten und deswegen elektrisch geladene Ionen gleicher Ladung von der Passage abhalten, während Ionen entgegengesetzter Ladung die Membran passieren können, insoweit diese Ionen in ihrer Größe zugleich die geringe Porengröße der Membran nicht überschreiten. Man unterscheidet deswegen zwischen anionen- und kationenleitenden Membranen. Ein Hauptvertreter für kationenleitende Membranen sind beispielsweise Nafion®-Membranen.

Aber auch andere Membrantypen, die den vorgenannten Mindestvoraussetzungen genügen, sind denkbar. Ein weiteres Beispiel stellen hier solche Keramiken dar, welche allgemeinhin auch als Feststoffelektrolyt bezeichnet werden und deren Leitfähigkeit - unter Umständen bei erhöhter Temperatur - durch thermisch mobilisierte Ionen in der Festkörperstruktur der Keramik realisiert wird (z. B. Na ₂ O, MgO, NaAI-nO-i ₇ , usw.).

Somit können insbesondere auch all jene Membran- und Elektrolytmaterialien, deren Brauchbarkeit für herkömmliche RFCs in Flachbauweise aus dem Stand der Technik vorbekannt ist, von den zusätzlichen, materialunabhängigen Vorteilen einer erfindungsgemäßen tubulären RFC aus Moduleinheiten mit Hohlfasermembranen in radialer Anordnung profitieren.

Als ein Elektrolyt wird dabei erfindungsgemäß ein flüssiger oder verflüssigter lonenleiter verstanden, welcher mindestens eine redoxaktive Komponente wenigstens teilweise in Substanz oder gelöst und optional weitere Additive enthält. Grundsätzlich gilt jedoch, dass die zuvor beschriebenen Vorteile einer tubulären Moduleinheit mit Hohlfasermembranen in radialer Anordnung unabhängig von den konkret verwendeten Elektrolyten und Redox-Paaren gegeben sind, wodurch die konkret eingesetzte Redoxchemie prinzipiell unerheblich für die Kerngedanken der Erfindung ist.

Mit der Erfindung ist es möglich, eine neuartige tubuläre Redox-Flow-Zelle aus radial- tubulären Moduleinheiten (RFC-Modulen) zur Speicherung elektrischer Energie zu realisieren, mit denen flexibel skalierbare RFCs hoher Leistungsdichte und Energieeffizienz mit stabilen und zuverlässigen Elektrolytumlaufströmungen modular zusammensetzbar sind. Außerdem wird eine einfache Stapelbarkeit von beliebig vielen RFC-Modulen in einem Gehäuse mit Elektrolytanschlüssen für Ein- und Auslass, sowie nach außen geführten elektrischen Kontaktierungsmöglichkeiten für die polaritätsspezifischen Halbzellen zu einer kompakten Röhre als einfach skalierbare RFC ermöglicht, wobei eine Vielzahl solcher RFCs - mit einfachen Rohranschlüssen und einer gemeinsamen elektrischen Verschaltung versehen - flexibel zu einer RFB arrangierbar sind.

Die Verwendung einer Salzbrücke zwischen gleichartig aus Hohlfasermembranen zusammengesetzten Halbzellen stellt darüber hinaus eine neuartige Betriebsart für RFBs dar, die es insbesondere erlaubt, beide Halbzellen einer tubulären RFB noch effektiver (mit gleichem Druckgradienten und höherer Betriebssicherheit) zu betreiben.

Als eine erfindungsgemäße Salzbrücke wird ein lonenleiter verstanden, der einen effizienten Austausch von Ionen zwischen den Halbzellen erlaubt und bevorzugt als eine Flüssigkeit mit darin gelösten Salzen ausgebildet ist, aber auch ein ionenleitender Feststoff, ein ionenleitendes Gel oder eine ionische Flüssigkeit sein kann. Durch die sich ergebende doppelte Membran (jede Halbzelle bringt eine Hohlfasermembran mit) wird der unerwünschte, aber nie vollständig unterdrückbare Austausch der redoxaktiven Substanzen zwischen den beiden Halbzellen über die Membran hinweg („Cross-over" bzw. „Kreuzkontamination") verringert bzw. praktisch nahezu vollständig unterdrückt. Außerdem führt die Beschädigung einer Membran nicht mehr zu einer unwillkürlichen Vermischung der beiden Elektrolyten, solange nicht mindestens zwei Hohlfasermembranen unterschiedlicher Halbzellen gleichzeitig beschädigt sind. Dadurch führen eine oder mehrere defekte Hohlfasermembranen einer Halbzelle nicht sofort zum Versagen der Funktionsfähigkeit der gesamten Batterie, sondern im schlimmsten Fall nur zu einer Leistungsminderung.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 a: eine schematische Darstellung im Querschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen RFC-Moduls mit einer Vielzahl von radial zwischen zwei konzentrischen Halteringen angeordneten Hohlfasermembranen einer ersten Halbzelle, die in eine elektrisch leitende flüssigkeitsdurchlässige Struktur einer zweiten Halbzelle eingebettet sind;

Fig. 1 b: eine schematische Perspektivdarstellung der Ausführung des RFC-Moduls von Fig. 1 a mit Andeutung der Elektrolytströmungsverläufe beider Halbzellen; Fig. 1 c: eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen RFC-Moduls mit zwei gleichartigen Halbzellen in Form von radial zwischen je zwei konzentrischen Halteringen fixierten Hohlfasermembranen, die abwechselnd benachbart jeweils eine Halbzelle bilden und in eine gemeinsame flüssigkeitsdurchlässige Struktur eingebettet sind;

Fig. 2a: eine schematische Perspektivdarstellung eines Sektors des erfindungsgemäßen RFC-Moduls nach Fig. 1 b in einer Ausführungsvariante mit zwei konzentrischen Halteringen, die mit elektrisch leitenden Beschichtungen versehen sind, wobei die Beschichtungen sowohl eine elektrische Parallelschaltung der inneren

Stromabnehmer der ersten Halbzelle als auch von gestapelten RFC-Modulen untereinander sicherstellen;

Fig. 2b: eine schematische Perspektivdarstellung mit zwei Axialschnitten des zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen RFC-Moduls nach Fig. 1 c mit zwei zusätzlichen konzentrischen Halteringen für Hohlfasermembranen der zweiten Halbzelle, wobei ein innerer und ein äußerer Haltering elektrisch leitende Beschichtungen aufweisen, die entweder den elektrischen Kontakt zu den inneren Stromabnehmern der ersten Halbzelle bzw. der zweiten Halbzelle herstellen; Fig. 2c: eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausschnitts der Hohlfasermembrandurchführung durch einen Haltering als Gestaltungsvariante zu den vorherigen Fig. 2a bis Fig. 2b mit elektrisch leitender Beschichtung, die in Kontakt zu einem als elektrische Klemmhülse ausgeführten Stromabnehmer für eine poröse Elektrode steht; Fig. 3a: eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt eines ersten Ausführungsbeispiels eines rohrförmigen Modulgehäuses für eine RFC aus mehreren gestapelten RFC-Modulen, wobei das Modulgehäuse aus einem Gehäuseinnenrohr und einem Gehäuseaußenrohr mit Innengewinde und zwei darin verschraubbaren Gehäusekappen mit Außengewinde und eingearbeiteten Stromanschlussklemmen gefertigt ist; Fig. 3b: eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt eines zweiten Ausführungsbeispiels eines rohrförmigen Modulgehäuses für eine RFC aus mehreren gestapelten RFC-Modulen, wobei das Modulgehäuse aus einem Gehäuseinnenrohr mit Außengewinden und einem Gehäuseaußenrohr mit Innengewinden und zwei darin verschraubbaren Gehäusekappen mit Außen- und Innengewinden und eingearbeiteten Stromanschlussklemmen gefertigt ist;

Fig. 4a: ine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt einer ersten Ausführung eines Paares von Gehäusekappen zum Verschließen der Enden eines Modulgehäuses (ohne Stromanschlussklemmen); Fig. 4b: eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt einer zweiten Ausführung eines Paares von Gehäusekappen für das Modulgehäuse mit eingearbeiteten Stromanschlussklemmen und Kontaktisolator, um jede der Halbzellen für einen RFC-Modul-Stapel nach außen kontaktierbar zu machen;

Fig. 4c: eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt einer dritten Ausführung eines Paares von Gehäusekappen gemäß Fig. 4b und mit konzentrischer kreisförmiger Vertiefung in der Mitte für ein Gehäuseinnenrohr gemäß Fig. 3a und 3b zur Eingrenzung des Elektrolyt-Volumens innerhalb des Modulgehäuses dient;

Fig. 4d:eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt einer vierten Ausführung eines Paares von Gehäusekappen für die zwei Enden des

Modulgehäuses mit eingearbeiteten Stromanschlussklemmen gemäß Fig. 4b und mit konzentrischer kreisförmiger Öffnung in der Mitte, um ein Gehäuseinnenrohr gemäß Fig. 3a und 3b aufzunehmen, das der Eingrenzung des vom aus den Hohlfasermembranen strömenden Elektrolyten ausgefüllten Volumens innerhalb des Modulgehäuses dient;

Fig. 5a: eine schematische Perspektivdarstellung mit Axialschnitt eines Ausführungsbeispiels einer Redox-Flow-Zelle, die aus neun in einem rohrförmigen Modulgehäuse gestapelten erfindungsgemäßen RFC-Modulen gefertigt ist, wobei das Modulgehäuse durch ein Paar einschraubbarer Gehäusekappen gemäß Fig. 4d hermetisch abgeschlossen wird; Fig. 5b: eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels zur Realisierung einer mechanischen und elektrischen Kopplung von mindestens zwei aus jeweils mehreren erfindungsgemäßen RFC-Modulen aufgebauten RFC (beispielsweise gemäß Fig. 5a), die in je einem zusätzlichen Modulgehäuse fixiert sind, wobei durch eine Verschraubung die gegensätzlich gepolten, flächig ausgebildeten Stromanschlussklemmen beider RFCs aufeinander gepresst und die Zellen so elektrisch in Reihe geschaltet werden;

Fig. 5c: eine schematische Darstellung einer RFB-Ausführung im Querschnitt aus einem Stapel mehrerer erfindungsgemäßer RFC-Module, wobei die flüssigkeits- durchlässige Struktur für mehrere RFC-Module als ein Gebilde entweder axial oder radial von einem Elektrolyten durchströmt wird;

Fig. 5d:eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer RFB als Zellenstapel aus drei einfach gestapelten oder gestapelt verschraubten erfindungsgemäßen RFCs (beispielsweise gemäß Fig. 5a) mit hydrodynamisch paralleler Verknüpfung der einzelnen RFCs und elektrisch serieller Kopplung

Fig. 5e:eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer RFB aus benachbart aufgestellten RFCs gemäß Fig. 5a mit hydrodynamisch paralleler Verknüpfung der einzelnen RFCs und elektrisch serieller Kopplung flächige, gegensätzlich gepolten Stromanschlussklemmen benachbarter RFCs Fig. 6a:eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer RFB in Form einer Zellen-Elektrolytreservoir-Einheit aus zwei sich konzentrisch umgebenden Elektrolytreservoiren, die wiederum konzentrisch von einer RFC aus acht erfindungsgemäßen RFC-Modulen umgeben ist und deren Halbzellen in separaten Elektrolytkreisläufen mit je einem gemeinsamen zugehörigen Elektrolytreservoir verbunden sind;

Fig. 6b:eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer RFB in Form von zwei sich konzentrisch umgebenden Elektrolytreservoiren, die wiederum konzentrisch von wenigstens zwei gestapelten RFCs gemäß Fig. 5a, Fig. 5b bzw. Fig. 5c umgeben sind und deren unterschiedlich gepolte Halbzellen jeweils in separaten Elektrolytkreisläufen mit dem gemeinsamen zugehörigen

Elektrolytreservoir verbunden sind; Fig. 6c: eine schematische Perspektivdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer RFB in Form von wenigstens zwei gestapelten RFCs gemäß Fig. 5a, Fig. 5b bzw. Fig. 5c mit einer konzentrisch um ein erstes Elektrolytreservoir herum angelegten ersten Halbzelle und einem zweiten, ebenfalls konzentrischen zweiten Elektrolytreservoir,.

Eine erfindungsgemäße tubuläre Redox-Flow-Zelle (RFC) 1 zur Speicherung elektrischer Energie, wie sie schematisch komplett nur in Fig. 5c gezeigt ist, enthält in einem Grundaufbau mindestens ein erfindungsgemäßes RFC-Modul 1 1 , das - wie in Fig. 1 a dargestellt - eine Vielzahl von Hohlfasermembranen 21 , die zwischen wenigstens zwei konzentrischen Halteringen 3 in radialer Richtung bevorzugt gleichverteilt um die Symmetrieachse 35 angeordnet sind, aufweist, wobei die Hohlfasermembranen 21 hermetisch abgedichtet durch einen inneren Haltering 31 und einen äußeren Haltering 32 hindurchgeführt sind und im Innern des inneren Halterings 31 einen inneren Elektrolytein-Aauslass 25 und außerhalb des äußeren Halterings 32 einen äußeren Elektrolytein-Aauslass 26 besitzen. Die Hohlfasermembranen 21 sind im Innern mit einer ersten Elektrode 22 versehen, deren Aufbau nachfolgend (zu Fig. 1 b) noch ausführlich erläutert wird, und mit einem elektrisch leitenden Stromabnehmer 23 kontaktiert, der die Verbindung zu einem Stromanschluss 8 herstellt (nur in Fig. 2a, Fig. 2b und Fig. 5c gezeigt).

Die radial angeordneten Hohlfasermembranen 21 mit den Elektroden 22 und den zusammengeführten Stromabnehmern 23 stellen die erste Halbzelle 2 einer RFC 1 dar, die von einem ersten Elektrolyten 5 durchströmt wird und in einem ersten Elektrolytkreislauf 51 eingebunden ist, der über ein erstes Elektrolytreservoir 52 und mindestens eine Pumpe 53 verfügt (nur in Fig. 5c gezeigt). Im Zwischenraum zwischen den konzentrischen Halteringen 3 sind die Hohlfasermembranen 21 der ersten Halbzelle 2 in eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 eingebettet, die in diesem Beispiel die zweite Elektrode 42 der zweiten Halbzelle 4 darstellt und mit einem zweiten Elektrolyten 6 durchströmt wird. Dabei weist die flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 zum inneren Haltering 31 und zum äußeren Haltering 32 jeweils eine Lücke auf, die einen inneren Elektrolytein-Aauslass 45 bzw. einen äußeren ElektrolyteinV-auslass 46 zur Verfügung stellt. Diese Elektrolytein-Aauslässe 45 und 46 sind mit einem zweiten Elektrolytkreislauf 61 der zweiten Halbzelle 4 verbunden, in dem der zweite Elektrolyt 6 mittels wenigstens einer Pumpe 63 über ein zweites Elektrolytreservoir 62 umgewälzt wird.

Das in Fig. 1 a dargestellte RFC-Modul 1 1 stellt eine Basiseinheit für eine skalierbare RFC 1 (Redox-Flow-Zelle) dar, die in einem Gehäuse mit mehreren RFC-Modulen 1 1 , wenigstens je einem äußeren Elektrolytanschluss für die Anbindung der Elektrolytkreisläufe 51 , 61 und je einer nach außen geführten elektrischen Kontaktierungsmöglichkeit für die Verbindung der polaritätsspezifischen Halbzellen 2, 4 mit einem Stromanschluss 8, wie beispielsweise in Fig. 5c dargestellt, aufgebaut ist. Die Gesamtheit aus einer oder mehrerer solcher elektrisch und hydrodynamisch zusammengeschalteten RFCs 1 mit mindestens je einem gemeinsamen Elektrolytreservoir 52, 62, mindestens je einem gemeinsamen zugehörigen Elektrolytkreislauf 51 , 61 und mindestens je einer Pumpe 53, 63 sowie Stromabnehmern 23 und 43 bildet eine RFB 7, wie sie beispielhaft in Fig. 5d angegeben ist.

Die Funktion der RFB 7 ist prinzipiell in gleicher Weise wie in anderen RFBs des Standes der Technik realisiert, wobei in den erfindungsgemäßen RFC-Modulen 1 1 der Einsatz verschiedenster Hohlfasermembranen 21 , 41 möglich ist. Die Hohlfasermembranen 21 , 41 können aus unterschiedlichen porösen oder nichtporösen Materialien, wie beispielsweise aus Kunststoffen in Form von Polymeren und deren Derivaten, z. B. Polyethylen (PE), Polyurethan (PU), Polypropylen (PP), Polystyrol (PS), Polyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylalkohol (PVAL), Polyacrylnitril (PAN), Polysulfon (PSU), Polyethersulfon (PES), Polyester, z. B. Polyethylenterephthalat (PET), modifiziertes Polyethersulfon (mPES), Polyamide (PA), wie PA 6, PA 6.6 (Nylon), PA 6.10, PA 6.12, PA 1 1 , PA 12, Siliconpolyamide, Siliconcarbonat, Siliconsulfon, Siliconpropylen; Polyimide (PI), Polytetrafluorethylen (PTFE); aus Polypiperazinamid in Form von Dünnfilmmembranen oder aus Celluloseacetat-Stützschicht und Polyamidfilterüberzug; aus organischen Stoffen, wie Cellulose und Derivaten davon, z. B. regenerierte Cellulose (RC), Celluloseether, Celluloseester, z. B. Cellulosenitrat, Celluloseacetat (CA), Cellulosetriacetat (CTA), oder einer Keramik (z. B. AI ₂ O ₃ , ZrO ₂ , TiO ₂ , AI ₂ O ₃ + TiO ₂ , BaO + TiO ₂ , Zr ₃ (PO ₄ ) ₄ , SiO ₂ , Na ₂ O, MgO, NaAlnOi7, usw.) bestehen und bevorzugt auf dem Prinzip des Größenausschlusses oder dem Prinzip des lonentypausschlusses basieren. Letztere Art der Membranen bestehen zum Beispiel aus ionenleitenden Materialien, bevorzugt aus sulfonierten Polymeren und deren Derivaten, aber auch aus Polymeren mit anderen ionischen Substituenten, wie z. B. NH ₃ \ NRH ₂ \ NR ₂ H\ NR ₃ \ PR ₃ \ SR ₂ \ COO ^" , PO ₃ ^2" , PO ₃ H ^" , ΟβΗ ₄ Ο ^" , usw. (R = organischer Rest), wobei die Polymere unter anderem jenen aus der vorgenannten Aufzählung entsprechen können. Fluorierte Polymere eignen sich dabei besonders wegen ihrer erhöhten chemischen Beständigkeit.

Beispiele für Membranen und Elektrolyte nach dem Prinzip des Größenausschlusses sind eine Regeneratzellulosemembran (RC) mit einem MWCO von 1 kDa in einem Elektrolyt 5, 6 aus Wasser mit Natriumchlorid als Leitsalz und jeweils einem im Elektrolyt 5, 6 für die jeweilige Halbzelle 2, 4 gelösten Polymer (Molmassen größer als 1 kDa) als redoxaktive Substanz; eine Regeneratzellulosemembran mit einem MWCO von 5 kDa in einem Elektrolyt 5, 6 aus Propylencarbonat und mit Tetrabutyl- ammoniumhexafluorophosphat als Leitsalz und jeweils einem im Elektrolyt 5 bzw. 6 für die jeweilige Halbzelle 2, 4 gelösten Polymer (Molmasse größer als 5 kDa) als redoxaktive Substanz; eine Polyethersulfonmembran mit einem MWCO von 3 kDa in Wasser mit Kaliumchlorid als Leitsalz mit jeweils einem im Elektrolyt 5 bzw. 6 für die jeweilige Halbzelle 2, 4 gelösten Polymer (Molmasse größer als 3 kDa) als redoxaktive Substanz usw. Hierbei sind die Hohfasermembranen 21 , 41 als Größenausschluss- membranen jeweils so ausgewählt, dass der MWCO der Hohlfasermembran 21 , 41 unter dem Wert für das Zahlenmittel der Molmasse des eingesetzten redoxaktiven Makromoleküls liegt.

Ein Beispiel für eine auf dem Prinzip des lonentypausschlusses basierende tubuläre RFC 1 wäre eine Vielzahl von Hohlfasermembranen 21 , 41 aus Nafion® in einem Elektrolyt 5, 6 aus Schwefelsäure mit Vanadiumpentoxid als redoxaktive Substanz, wobei dies eine wichtige aus kommerziellen RFBs mit Flachmembran bekannte Materialbauweise ist. Für die Elektrolyten 5, 6 sind au ßerdem, wie zuvor bereits angedeutet, mindestens all jene Elektrolytmaterialien einsetzbar, die von herkömmlichen RFB 7 aus dem Stand der Technik bekannt sind. Das schließt insbesondere wichtige Vertreter, wie zum Beispiel einen Elektrolyten 5, 6 aus wässriger Schwefelsäure mit darin gelöstem Vanadiumpentoxid, einen Elektrolyten 5, 6 aus wässriger Natriumchloridlösung mit darin gelöstem TEMPO- oder Viologen-Polymer, einen Elektrolyten 5, 6 aus wässriger Zink- und Ammoniumchloridlösung mit darin gelöstem TEMPO-Polymer (oder nichtpolymeren TEMPO-Derivaten) oder einer wässrigen Zinkbromidlosung, ein. Aber auch andere Redoxpaare sind möglich, die in organischen Lösungsmitteln, wie zum Beispiel Acetonitril, Propylencarbonat, Ethylencarbonat/ Dimethylcarbonat, Dimethylsulfoxid, Toluol, Dimethylformamid, und anderen, gelöst sind. Ebenso stellen Säuren, Basen und ionische Flüssigkeiten geeignete Lösungsmittel für die Elektrolyte 5, 6 dar.

Die zuvor aufgeführten Elektrolyt- und Membranmaterialien stellen aus diesem Grund nur mehr oder weniger willkürlich gewählte Beispiele dar, deren Funktionsfähigkeit bereits in der Literatur (siehe z. B. J. Noack et al., in: Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 9776-9809, oder J. Winsberg et al., in: Angew. Chem. Int. Ed. 2016, DOI: 10.1002/anie.201604925R1 ) hinreichend für RFCs mit Flachmembranen unter Beweis gestellt wurde und die damit natürlich auch für den Einsatz in einer erfindungsgemäßen RFB 7 mit ihren zuvor genannten Vorteilen geeignet sind. Fig. 1 b zeigt in einer perspektivischen Darstellung die Konfiguration eines RFC-Moduls 1 1 gemäß Fig. 1 a, wobei die erste Halbzelle 2 aus einer Vielzahl von radial angeordneten Hohlfasermembranen 21 , die innen mit einer elektrolytdurchlässigen Elektrode 22 und einem darin eingeschobenen Stromabnehmer 23 versehen sind, besteht und die zweite Halbzelle 4 mit einem durchgängigen Graphitfilz als flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 als poröse zweite Elektrode 42 ausgestattet ist. Dabei ist für die erste Halbzelle 2 zu erwähnen, dass die flüssigkeitsdurchlässigen Elektroden 22 mit verschiedensten Materialien, Verfahren und Konstruktionen porös oder anderweitig flüssigkeitsdurchlässig gestaltet werden können. Eine Ausgestaltungsform der Elektroden 22 stellen poröse elektrisch leitende Beschichtungen dar, die auf die Innenseite der Hohlfasermembranen 21 durch geeignete Verfahren, wie beispielsweise Gasphasenabscheidung, thermisches Spritzen, Tauchbeschichtung und Druckverfahren, aufgetragen werden können. Das Material der Hohlfasermembran 21 selbst sorgt dabei für die elektrische Isolation der jeweiligen porösen ersten Elektrode 22 der Hohlfasermembran 21 von der flüssigkeitsdurchlässigen Struktur 47 der zweiten Elektrode 42 außerhalb der Hohlfasermembran 21 . Darüber hinaus kann in weiteren Ausgestaltungsformen der Elektroden 22 anstelle oder zusätzlich zur Membranbeschichtung der Innenraum der Hohlfasermembranen 21 vollkommen mit flüssigkeitsdurchlässigen, elektrisch leitenden Materialien ausgefüllt werden, die zum Beispiel in Form von Schüttkörpern (wie unregelmäßig oder regelmäßig geformten Kleinteilen, Kügelchen, Kleinstkörnern, etc.) aus elektrisch leitendem oder leitend beschichtetem Kunststoff, Kohlenstoff, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber oder anderen Metallen, Legierungen bzw. leitenden Materialien, Filzen, Geweben, Gestricken, Gewirken, Vliesen, Papieren, Gittern oder gitterartigen Strukturen, Schäumen, Fasern und/oder Garnen aus leitendem oder leitend beschichteten Materialien (wie bei den oben genannten Schüttkörpern) vorliegen. Eine weitere Ausgestaltungsform besteht darin, dass - insbesondere bei Hohlfasermembranen mit kleinem Durchmesser (< 500 μιη, aber nicht auf diese Größe limitiert) - der Umstand ausgenutzt werden kann, dass der im Innern der einzelnen Hohlfasermembran 21 eingeschobene oder anderweitig möglichst zentral eingebrachte zylinder- bzw. stabförmige Stromabnehmer 23 von dem Elektrolyten 5 umströmt werden kann, ohne dass er von einem separaten strömungshemmenden Material umgeben ist. Dabei kann die Oberfläche des Stromabnehmers 23 künstlich vergrößert sein durch erhöhte Oberflächenrauigkeit, Mäander-, Wendel- oder Rippenstruktur oder Ausformung als Röhre.

Für die zweite Halbzelle 4 ist wesentlich, dass die flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 der zweiten Elektrode 42 aus den gleichen Materialien, wie oben für die ersten Elektroden 22 beschrieben, bestehen kann und auch eine Beschichtung auf den Außenflächen der Hohlfasermembranen 21 der ersten Halbzelle 2 vorgesehen sein kann, wobei zu den Halteringen 3 aber jeweils ein Zwischenraum (Ringspalt) zwischen dem inneren Haltering 31 und dem äußeren Haltering 32 bestehen bleibt, der als innerer Elektrolytein- oder -auslass 45 und als äußerer Elektrolytein- oder -auslass 46 für die Zufuhr oder Abfuhr des in einem zweiten Elektrolytkreislauf 61 (nur in Fig. 5c gezeichnet) umgewälzten zweiten Elektrolyten 6 vorgesehen ist. Die Strömungsrichtung ist dabei beliebig und erfolgt in radialer oder axialer Richtung durch die Elektrode 42 hindurch. In gleicher Weise kann der erste Elektrolyt 5 durch die radial in den Halteringen 3 angeordneten Hohlfasermembranen 21 entweder radial nach innen oder radial nach außen strömen. Die Einbindung in den Elektrolytkreislauf 51 (in Fig. 1 a - 1 c nicht dargestellt) kann mittels des durch ein äußeres Modulgehäuse 13 (nur in Fig. 1 c gezeichnet) begrenzten Außenraums um den äußeren Haltering 32 sowie eines innerhalb des inneren Halterings 31 vorhandenen Innenraums, dessen Volumen mit einem zusätzlichen konzentrischen Gehäuseinnenrohr 131 (in Fig. 1 b nicht gezeichnet, siehe z. B. Figuren 5a, 5d, 5e) begrenzt sein kann, erfolgen.

In einer leicht modifizierten (nicht gezeichneten) Variante dieser Ausführung eines RFC- Moduls 1 1 gemäß Fig. 1 b ist bei derselben Anordnung an Halteringen 31 , 32 vorgesehen, dass die Hohlfasermembranen 21 anstelle einer Anordnung innerhalb einer einzigen Schicht in wenigstens zwei vertikal (d. h. entlang der Symmetrieachse 35 versetzten) benachbarten Schichten angeordnet sind, was zum Beispiel bei Halteringen

31 und 32 mit untereinander unterschiedlichen Durchmessern zu einer dichteren Hohlfaserpackung führen kann, als das bei Stapelung einlagiger RFC-Module 1 1 gemäß Fig. 1 a oder 1 b möglich wäre. Im Allgemeinen ist jedoch die Ausführung als einlagiges RFC-Modul 1 1 bevorzugt.

Fig. 1 c zeigt eine andere Ausführung des tubulären RFC-Moduls 1 1 , bei dem die erste Halbzelle 2 und die zweite Halbzelle 4 in gleicher Art und Weise aus Hohlfasermembranen 21 und 41 gebildet werden und abwechselnd zwischen den Halteringen 3 angeordnet sind. Für die separierte Zuführung des ersten und des zweiten Elektrolyten 5 und 6 sind in diesem Beispiel ein erster und ein zweiter innerer Haltering 31 und 33 sowie ein erster und ein zweiter äußerer Haltering 32 und 34 vorhanden. In der Ausführung von Fig. 1 c enden jeweils die Hohlfasermembranen 41 der zweiten Halbzelle 4 in den dabei entstehenden Zwischenräumen (Ringspalte) zwischen den inneren Halteringen 31 und 33 bzw. zwischen den äußeren Halteringen

32 und 34, während die Enden der Hohlfasermembranen 21 der ersten Halbzelle 2 im Inneren des ersten inneren Halterings 31 und außerhalb des ersten äußeren Halterings 32 enden. Der Raum außerhalb des ersten äußeren Halterings 32 wird dabei durch ein konzentrisch angeordnetes Modulgehäuse 13 nach außen begrenzt. Dadurch ist die separate Zu- und Abfuhr der beiden Elektrolyten 5 und 6 über die Ringspalte gewährleistet. Im Zwischenraum zwischen dem zweiten inneren Haltering 33 und dem zweiten äußeren Haltering 34 befindet sich, wie in den vorherigen Fig. 1 a und 1 b, eine flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47, in welche die beiden Gruppen von Hohlfasermembranen 21 und 41 eingebettet sind. Diese flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 ist mit einer Leitsalzlösung 84 durchtränkt, die den elektrischen Kontakt zwischen den Hohlfasermembranen 21 der ersten Halbzelle 2 und den Hohlfasermembranen 41 der zweiten Halbzelle 4 vermittelt. Sie stellt somit eine Leitsalzbrücke zwischen den beiden Halbzellen 2 und 4 dar und schließt so den Stromkreis zwischen den mit dem Stromanschluss 8 (hier nicht dargestellt) verbundenen Halbzellen 2 und 4. Diese Leitsalzlösung 84 besteht aus den gleichen Lösungsmitteln und Leitsalzen, aus denen auch die Elektrolyte 5, 6 dieser RFB 7 bestehen. Damit steht für die Leitsalzlösung 84 die gleiche Palette an Materialien zur Verfügung, die auch für die Elektrolyte 5, 6 bereits weiter oben beispielhaft angegeben war.

Eine leicht modifizierte (nicht gezeichnete) Variante dieser Ausführung eines RFC- Moduls 1 1 gemäß Fig. 1 c sieht dieselbe Anordnung an Halteringen 31 , 32, 33, 34 vor, bei der die Hohlfasermembranen 21 und 41 jedoch anstelle einer Lage in wenigstens zwei vertikal (d. h. entlang der Symmetrieachse 35 verlaufenden) benachbarten Schichten angeordnet sind und die Hohlfasermembranen 21 und 41 jeder Halbzelle 2 und 4 innerhalb einer Schicht jedoch je Halbzelle 2 und 4 in benachbarten Schichten ausgebildet sind. Im Allgemeinen ist ein einschichtiges RFC-Modul 1 1 , wie in den Ausführungsbeispielen gemäß Fig. 1 a, 1 b und 1 c gezeigt, jedoch die bevorzugte Variante, da eine einfache Stapelung solcher RFC-Module 1 1 automatisch zu einer mehrschichtigen Anordnung führt. Jedoch können mehrschichtige Hohlfaseranordnungen innerhalb einer Gruppe von Halteringen zur Verkleinerung der Zwischenräume zwischen den Hohlfasermembranen führen, die bei RFC-Modulen 1 1 mit kleinem Durchmesser des innersten Halterings 31 und großem Durchmesser des äußersten Halterings 32 von Vorteil sein kann.

Weiterhin ist die genannte radiale Anordnung der Hohlfasermembranen 21 (bzw. 41 ) für jegliche Ausführung eines RFC-Moduls 1 1 nicht zwingend auf einen geradlinigen Verlauf der Hohlfasermembranen 21 (bzw. 41 ) zum gemeinsamen Mittelpunkt hin beschränkt. Auch die Einsetzung leicht gebogener oder geschwungener Hohlfasermembranen 21 (bzw. 41 ) ist denkbar und zum Beispiel dann vorteilhaft, wenn die Membranoberfläche oder der Elektrolytgehalt im Inneren der Hohlfasermembranen 21 (bzw. 41 ) weiter vergrößert werden soll, ohne den Durchmesser des RFC-Moduls 1 1 zu vergrößern. Fig. 2a zeigt eine Möglichkeit zur vorteilhaften Zusammenfassung der Stromabnehmer 23 der ersten Halbzelle 2 eines erfindungsgemäßen RFC-Moduls 1 1 nach Fig. 1 b in einer schematischen Perspektivdarstellung mit zwei Axialschnitten einer Ausführung des RFC-Moduls 1 1 . Dazu werden auf die zwei konzentrischen Halteringe 3, die aus einem elektrisch nichtleitenden Material bestehen, am inneren Haltering 31 innen und am äußeren Haltering 32 außen jeweils entweder elektrisch leitende Beschichtungen 38, beispielsweise aus Kohlenstoff, einem Kohlenstoffkomposit, einem Metall (z. B. Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, etc.) oder einer Legierung (z. B. Edelstahl), aufgetragen oder aufgelegt oder die Halteringe 31 , 32 wenigstens teilweise mit einem solchen Material überzogen (z. B. aufgedampft oder abgeschieden). Die elektrisch leitenden Beschichtungen 38 der Halteringe 31 und 32 stehen in elektrischem Kontakt zu den Stromabnehmern 23 der ersten Halbzelle 2 und wirken so als gemeinsamer konzentrischer Kontakt der ansonsten aus der Vielzahl der Hohlfasermembranen 21 radial herausgeführten stab- oder drahtförmigen Stromabnehmer 23. Bei der Stapelung mehrerer RFC-Module 1 1 geraten dabei die Halteringe 31 , 32 in mechanischen Kontakt mit benachbarten RFC-Modulen 1 1 , wodurch die Beschichtungen 38 der Halteringe 31 , 32 von unterschiedlichen RFC-Modulen 1 1 in elektrisch leitenden Kontakt miteinander gelangen und sich eine elektrische Parallelschaltung der ersten Halbzellen 2 aller so gestapelten RFC-Module 1 1 in der RFC 1 ergibt. Auch die zweiten Halbzellen 4 aller RFC-Module 1 1 werden bei der Stapelung miteinander elektrisch parallelgeschaltet, da die pro RFC-Modul 1 1 scheibenförmigen zweiten Elektroden 42 der zweiten Halbzellen 4 verschiedener RFC- Module 1 1 allein durch deren Stapelung elektrisch leitend verbunden sind. Zur Stromabnahme werden in diesem Ausführungsbeispiel elektrisch leitende Stäbe (z. B. aus Kohlenstoff, einem Kohlenstoffkomposit, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, Edelstahl, etc.) als zweite Stromabnehmer 43 in die zweite Elektrode 42 der zweiten Halbzelle 4 eingeschoben.

Die zuvor beschriebene Lösung aus elektrisch nichtleitenden Halteringen 31 , 32 und einer elektrisch leitenden Beschichtung 38 kann materialseitig auch ohne Weiteres in umgekehrter Weise realisiert werden, indem elektrisch leitende Halteringe 31 , 32 und eine elektrisch nichtleitende Beschichtung (z. B. ein Kunststoff oder Lack) verwendet wird. Die Kontaktierung bleibt in diesem Fall gleich und ergibt sich zwischen den RFC- Modulen 1 1 weiterhin durch einfache Stapelung. Fig. 2b zeigt einen gleichartig zu Fig. 2a durch zwei Axialschnitte erzeugten Sektor eines RFC-Moduls 1 1 für die Ausführungsform des erfindungsgemäßen RFC-Moduls 1 1 , bei der beide Halbzellen 2 und 4 mit Hohlfasermembranen 21 und 41 realisiert sind und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 zwischen dem zweiten inneren Haltering 33 und dem zweiten äußeren Haltering 34 lediglich die elektrische Kopplung zwischen den Hohlfasermembranen 21 und 41 mittels einer darin enthaltenen Leitsalzlösung 84 herstellt. Die Stromabnehmer 43 sind dabei analog zu Fig. 2a jeweils an elektrisch leitfähige Beschichtungen 39 auf den zweiten inneren und äußeren Halteringen 33, 34 elektrisch kontaktiert. Dabei sind die zweiten Halteringe 33, 34 - anders als in der Ausführung gemäß Fig. 1 c - nicht beide innerhalb der ersten Halteringe 31 und 32 angeordnet, sondern erste und zweite innere Halteringe 31 , 33 sowie erste und zweite äußere Halteringen 32, 34 sind in gleicher weise radial versetzt.

Darüber hinaus ist in Fig. 2c als Detailergänzung zur elektrischen Kontaktierung der Elektroden 22, 42 in einem RFC-Modul 1 1 gemäß Fig. 1 a bis 1 c eine perspektivische Prinzipdarstellung gezeigt, in der die Hohlfasermembranen 21 , 41 eine elektrisch leitende, poröse Beschichtung als poröse Elektrode 22, 42 aufweisen und die Stromabnehmer 23, 43 als elektrisch leitende Klemmhülsen ausgeformt sind, die beim Aufstecken auf den Haltering 31 , 32 und die Hohlfasermembran 21 , 41 gleichzeitig in elektrischen Kontakt mit der elektrisch leitenden Beschichtung 38, 39 des Halterings 31 , 32 und der als Beschichtung ausgebildeten Elektrode 22, 42 geraten.

Fig. 3a und Fig. 3b zeigen in einer perspektivischen Darstellung mit Axialschnitt je ein Ausführungsbeispiel eines Modulgehäuses 13, welches aus zwei sich konzentrisch umgebenden Rohren, einem Gehäuseinnenrohr 131 und einem Gehäuseaußenrohr 132, besteht, wobei mindestens das Gehäuseaußenrohr 132 im oberen und unteren Bereich ein Gewinde 135 aufweist (Fig. 3a). Aber auch das Gehäuseinnenrohr 131 kann am oberen und unteren Ende ein Gewinde 135 aufweisen (Fig. 3b). Beide Gewinde 135 dienen dabei dem Zweck, eine obere Gehäusekappe 133 und eine untere Gehäusekappe 134, die ihrerseits mit einem passenden Gewinde 135 und einer inneren Öffnung 136 in der Mitte versehen sind, mit dem Gehäuseinnenrohr 131 und dem Gehäuseaußenrohr 132 zu verschrauben und so ein abgeschlossenes Modulgehäuse 13 zu bilden. Nicht dargestellte Ringdichtungen können zusätzlich auf den oberen und unteren Rand der Gehäuseinnen- und -außenrohre 131 und 132 gelegt werden, die bei Aufschrauben der Gehäusekappen 133, 134 jeweils für eine zusätzliche hermetische Abdichtung sorgen.

Fig. 4a bis Fig. 4d zeigen vier weitere Ausführungsbeispiele für die Gehäusekappen 133 und 134 in perspektivischen Darstellungen mit Axialschnitten. In einer ersten Ausführung sind dabei die obere und untere Gehäusekappe 133, 134 kreisförmig ausgeführt, wie in Fig. 4a gezeichnet, mit einem Gewinde 135 versehen und ansonsten als Vollform ohne weitere Ausfräsungen oder Öffnungen ausgestaltet. Solche Gehäusekappen 133, 134 bestehen vollständig aus einem elektrisch nichtleitenden Material. Fig. 4b zeigt einen ähnlichen Aufbau wie Fig. 4a, ist jedoch dadurch gekennzeichnet, dass in die Gehäusekappen 133, 134 jeweils eine Stromanschlussklemme 24 bzw. 44 eingearbeitet ist, um die Halbzellen 2 und 4 nach außen elektrisch zu kontaktieren. Dafür ist die obere Gehäusekappe 133 (links in Fig. 4b) aus einem elektrisch leitenden Material gestaltet und somit als flächiger Anschlusskontakt 81 der ersten Stromanschlussklemme 24 vorgesehen und ein in die Gehäusekappe 133 eingebrachter konzentrisch um die Symmetrieachse 35 ausgebildeter Ring als Kontaktisolator 82 zwischen den stromführenden Teilen der beiden Halbzellen 2, 4 vorgesehen. Die untere Gehäusekappe 134 (rechts in Fig. 4b) ist grundsätzlich aus einem nichtleitenden Material als Kontaktisolator 82 gefertigt und ein konzentrisch um die Symmetrieachse 35 ausgebildeter Ring aus elektrisch leitendem Material ist als Stromanschlussklemme 44 vorgesehen.

Ein drittes Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4c unterscheidet sich vom vorhergehenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4b nur dadurch, dass eine kreisförmige Einfräsung jeweils in die Mitte der Gehäusekappen 133, 134 als innere Öffnung 136 eingebracht ist, in die ein Gehäuseinnenrohr 131 eingelegt oder eingeschraubt werden kann, wobei die jeweilige Gehäusekappe 133, 134 aber noch durch eine geschlossene Fläche begrenzt ist.

Fig. 4d stellt ein viertes Ausführungsbeispiel dar, das ähnlich wie die Ausführung gemäß Fig. 4c noch mit einer inneren Öffnung 136 als kreisförmige Einfräsung in der Mitte versehen ist, wobei im Gegensatz zur vorherigen Ausführung diese Einfräsung jedoch vollständig durch die Gehäusekappe 133, 134 hindurchgeht und diese nunmehr nicht durch eine geschlossene, sondern durch eine ringförmige Fläche, nach außen begrenzt ist. Die nichtleitenden Teile des Modulgehäuses 13 und insbesondere der Gehäusekappen 133, 134 bestehen dabei z. B. aus einem Polymer, das gegen den eingesetzten Elektrolyten 5, 6 chemisch beständig ist, wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polytetrafluorethylen (PTFE). Die elektrisch leitenden Gehäuseteile bestehen bevorzugt beispielsweise aus Kohlenstoff, einem Kohlenstoffkomposit, einem Metall (z. B. Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, etc.) oder einer Legierung (z. B. Edelstahl) oder sind wenigstens mit einem solchen Material beschichtet. Die Materialwahl erfolgt nach der Maßgabe der elektrischen Leitfähigkeit sowie chemischer und elektrochemischer Beständigkeit, d. h. insbesondere, dass keine unerwünschten Nebenreaktionen zwischen dem Elektrolyten oder den Elektroden und den Modulgehäusematerialien auftreten dürfen. Zu solchen unerwünschten Nebenreaktionen zählt vor allem die vollständige oder teilweise Auflösung des Gehäusematerials im Elektrolyt, Korrosion oder andere elektrochemische Reaktionen zwischen Elektrolyt, Elektrode und Gehäuse, die nicht der für die Energiespeicherung vorgesehenen elektrochemischen Reaktion der redoxaktiven Substanzen entsprechen.

In Fig. 5a ist ein Ausführungsbeispiel einer RFC 1 in Perspektivdarstellung mit Axialschnitt dargestellt, die aus neun identischen erfindungsgemäßen RFC-Modulen 1 1 in der Ausführung gemäß Fig. 1 a besteht, die in einem Modulgehäuse 13 einfach gestapelt sind. Das Modulgehäuse 13 wird in diesem Ausführungsbeispiel durch zwei Gehäusekappen 133, 134 gemäß der Ausführung aus Fig. 4d verschlossen, welche somit also gleichzeitig die äußeren elektrischen Kontakte der RFC 1 bilden. Die Anzahl der Hohlfasermembranen in jedem RFC-Modul 1 1 ist dabei so gewählt, dass das Volumen der ersten und der zweiten Halbzelle 2, 4 gleich groß ist. Beide Halbzellen 2, 4 werden radial durchströmt. Durch die Stapelung der RFC-Module 1 1 haben die Stromabnehmer 23 der ersten Halbzellen 2 bzw. die flüssigkeitsdurchlässigen Strukturen 47 der zweiten Halbzellen 4 benachbart gestapelter RFC-Module 1 1 jeweils elektrisch leitenden Kontakt zueinander. Die obere Gehäusekappe 133 wird beim Einschrauben mit ihren elektrisch leitenden Teilen auf die Stromabnehmer 23 der ersten Halbzelle 2 gepresst und so in elektrisch leitenden Kontakt mit diesen gebracht, wodurch die Gehäusekappe 133 als Stromanschlussklemme 24 genutzt werden kann. Die untere Gehäusekappe 134 wird beim Einschrauben in das Modulgehäuse 13 in analoger Weise mit ihren elektrisch leitenden Teilen auf die poröse zweite Elektrode 42 des untersten RFC-Moduls 1 1 gepresst und wirkt somit zugleich als Stromabnehmer 43 für die zweite Halbzelle 4 und nach außen als Stromanschlussklemme 44.

Fig. 5b zeigt eine Möglichkeit, wie zwei RFCs 1 , welche gemäß Fig. 5a ausgestaltet sind, in einfacher Weise mechanisch und elektrisch gekoppelt werden können. Dazu wird jede RFC 1 in ein rohrförmiges Stackgehäuse 71 eingebracht, das im oberen Bereich außen ein Gewinde 135 und im unteren Bereich innen ein dazu passendes Gewinde 135 aufweist, wodurch wenigstens zwei solcher auf diese Weise ausgefertigten RFCs 1 durch eine einfache Verschraubung aufeinander geschraubt werden können. Dabei geraten die durch die Stromanschlussklemmen 24 und 44 ausgebildeten gegensätzlichen Pole der benachbarten RFCs 1 in elektrisch leitenden Kontakt und sind somit elektrisch in Reihe geschaltet. Zusätzlich werden RFCs 1 , die auf diese Weise gestapelt verschraubt sind, mit einer hydrodynamischen Parallelschaltung gleichartiger Halbzellen 2, 4 verschiedener RFCs 1 in einem Stapel betrieben (nur in Fig. 5d gezeichnet).

Fig. 5c stellt schematisch eine Redox-Flow-Batterie 7 als Querschnitt in ihrer Gesamtheit aus einer RFC 1 mit fünf RFC-Modulen 1 1 , dazugehörigen Elektrolytreservoiren 52, 62 und Elektrolytkreisläufen 51 , 61 mit Pumpen 53, 63 dar. Dabei ist es unerheblich, ob die Strömungsrichtung in der porösen Elektrode 42 der zweiten Halbzellen 4 in radialer Richtung, wie in Fig. 1 b gezeigt, zwischen einem inneren Elektrolytein- oder -auslass 45 und einem äußeren Elektrolytein- oder -auslass 46 strömt oder vertikal durch alle fünf RFC-Module 1 1 gepumpt wird, wobei jedoch bei vertikaler Strömung die Elektrolytein- oder -auslässe 45, 46 entfallen. Die radiale Durchströmung wird wegen des geringeren Druckabfalls als bevorzugte Variante genutzt.

Eine Ausführung einer Redox-Flow-Batterie 7, die aus mehreren einfach gestapelten RFCs 1 besteht, ist in Fig. 5d in perspektivischer Darstellung mit Axialschnitt gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die RFB 7 aus drei RFCs 1 , von denen zwei mit je drei aufeinandergestapelten erfindungsgemäßen RFC-Modulen 1 1 ausgestattet sind und eine mit fünf RFC-Modulen 1 1 ausgestattet ist. Die Modulgehäuse 13 aller hier dargestellten RFCs 1 entsprechen in diesem Beispiel der Ausführung gemäß Fig. 5a. Anstelle einer einfachen Stapelung der RFCs 1 können diese auch in der Ausführungsvariante gemäß Fig. 5b gestapelt miteinander verschraubt sein. In beiden Fällen sind je zwei gegensätzliche Pole benachbart gestapelter RFCs 1 durch die Gehäusekappen 133, 134 als Stromanschlussklemmen 24 und 44 in elektrisch leitendem Kontakt. Die Anzahl der gestapelten RFC-Module 1 1 und der miteinander verbundenen RFCs 1 innerhalb einer RFB 7 ergibt sich aus der zu erzielenden elektrischen Leistung, die für eine bestimmte Anwendung der RFB 7 festgelegt ist, sowie der durch die gewählten redoxaktiven Substanzen erreichbaren Spannung der einzelnen RFCs 1 .

Außerdem zeigt Fig. 5d eine Möglichkeit der hydrodynamischen Parallelschaltung bei gleichzeitiger elektrisch serieller Kopplung mehrerer RFCs 1 . Hierbei sind alle ersten Halbzellen 2 der drei RFCs 1 in hydrodynamisch paralleler Verschaltung mit einem Elektrolytreservoir 52 durch einen gemeinsamen Elektrolytkreislauf 51 verbunden, in dem durch wenigstens eine Pumpe 53 der Elektrolyt 5 durch die RFCs 1 gepumpt wird. Analog dazu sind alle zweiten Halbzellen 4 der drei RFCs 1 in hydrodynamisch paralleler Verschaltung mit einem Elektrolytreservoir 62 durch einen gemeinsamen Elektrolytkreislauf 61 verbunden, in dem durch wenigstens eine Pumpe 63 der Elektrolyt 6 durch die RFCs 1 gepumpt wird. Die obere Gehäusekappe 133 mit einer Stromanschlussklemme 24 der obersten RFC 1 im RFC-Stapel und die untere Gehäusekappe 134 mit einer Stromanschlussklemme 44 der untersten RFC 1 bilden in so einem Zellenstapel die beiden Pole der RFB 7.

Darüber hinaus ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer RFB 7 aus solchen RFCs 1 mit flächigen Anschlusskontakten 81 für die Stromanschlussklemmen 24, 44 in einer räumlichen Darstellung in Fig. 5e mit sechs RFCs 1 dargestellt. Hier sind die RFCs 1 mit abwechselnd getauschter Polung in zwei Reihen zu je drei RFCs 1 nebeneinandergestellt und wiederum jeweils die beiden Halbzellen 2, 4 aller RFCs 1 in je einem Elektrolytkreislauf 51 , 61 untereinander hydrodynamisch parallelgeschaltet. Die elektrische Reihenschaltung der RFCs 1 wird in diesem Fall über flächig ausgebildete Kontaktbrücken 83 erreicht, die je zwei benachbarte RFCs 1 an ihren gegensätzlichen Polen elektrisch leitend in serieller Kopplung verbinden. Die Kontaktbrücken 83 können dabei beispielsweise aus Kohlenstoff, einem Kohlenstoffkomposit oder bevorzugt einem Metall, wie zum Beispiel Kupfer oder Aluminium, oder einer Legierung (z. B. Edelstahl) oder ähnlichem bestehen.

In Fig. 6a ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen RFB 7 als Zellen- Elektrolytreservoir-Einheit dargestellt, die für herkömmliche RFCs in Flachbauweise nicht sinnvoll realisiert werden kann, jedoch in einer erfindungsgemäßen RFC 1 durch die Rohrform eine besonders kompakte Ausführung einer RFB 7 darstellt. Dafür ist wenigstens eine erfindungsgemäße RFC 1 (hier als Axialschnitt gezeichnet) konzentrisch um zwei sich ebenfalls konzentrisch umgebende Elektrolytreservoire 52 und 62 angeordnet, aus welchen die beiden Halbzellen 2 und 4 über Pumpen 53 und 63 gespeist werden.

Es ist auch möglich, eine solche Zellen-Elektrolytreservoir-Einheit aus mehreren RFCs 1 zu bilden, wobei die RFCs 1 in einer ersten Variante gemäß Fig. 5a mit flächigen Anschlusskontakten 81 der Stromanschlussklemmen 24 und 44 ausgestattet und - ähnlich wie in Fig. 5d dargestellt - axial einfach gestapelt und zugleich konzentrisch um die Elektrolytreservoire 52 und 62 angeordnet sind, wie es in Fig. 6b in einer Perspektivdarstellung mit Axialschnitt gezeigt ist. Dabei ist anstelle eines einfachen RFC-Modul-Stapels 12 auch eine verschraubte Stapelung bei Ausführung der RFCs 1 gemäß Fig. 5b möglich.

In einer zweiten Variante, die in Fig. 6c als perspektivische Prinzipdarstellung dargestellt ist, sind eine oder mehrere axial gestapelte RFCs 1 konzentrisch um ein Elektrolytreservoir 62 für den Elektrolyten 6 angeordnet, während ein zweites Elektrolytreservoir 52 für den Elektrolyten 5 wiederum konzentrisch um die RFC(s) 1 und das Elektrolytreservoir 62 herum ausgebildet ist. Die so verbundenen RFCs 1 werden in allen Varianten wiederum hydrodynamisch parallelgeschaltet betrieben. Es ist auch denkbar, mehrere solcher Zellen-Elektrolytreservoir-Einheiten gemäß Fig. 6a bis 6c nebeneinander in einer Schicht bzw. auch in mehreren Schichten übereinander gestapelt und hintereinander aufgestellt anzuordnen, analog zu der Ausgestaltung einfacher RFBs 7 wie sie beispielhaft in Fig. 5e dargestellt sind. Solche Verbünde aus mehreren Zellen-Elektrolytreservoir-Einheiten können dann als Großbatterie eingesetzt werden. Für alle dargestellten Ausführungsbeispiele einer RFC 1 bzw. RFB 7 können in gleicher Weise RFC-Module 1 1 in der Ausführung gemäß Fig. 1 c anstelle der Ausführung gemäß Fig. 1 a und Fig. 1 b verwendet werden. Der einzige Unterschied besteht dann darin, dass die Halbzellen 2 und 4, wie zuvor beschrieben, auf gleiche Weise durch das Innere der gleichartig aufgebauten Hohlfasermembranen 21 und 41 gebildet sind und die flüssigkeitsdurchlässige Struktur 47 mit einer Leitsalzlösung 84 als Salzbrücke ausgebildet ist.

Die folgenden Ausführungen sollen beispielhafte Möglichkeiten zur Realisierung von Elektroden 22, 42 und Stromabnehmern 23, 43 für die Hohlfasermembranen 21 , 41 darlegen und sind prinzipiell für alle vorhergehenden Ausführungsformen verwendbar, d. h. mit diesen kombinierbar bzw. in diesen realisierbar.

Es wird eine RFC 1 aus erfindungsgemäßen RFC-Modulen 1 1 hergestellt. Eine erste Ausgestaltungsform der Elektroden 22 bzw. 42 für ein RFC-Modul 1 1 dieser Art stellen poröse Beschichtungen dar. Auf die Innenseite und die Außenseite der Hohlfasermembranen 21 , 41 wird dazu durch geeignete Verfahren, wie beispielsweise Gasphasenabscheidung, thermisches Spritzen, Tauchbeschichtung und Druckverfahren, jeweils eine elektrisch leitende poröse Beschichtung aufgetragen, die als poröse Elektrode 22 oder zumindest als Teil der Elektrode 22 dient. Die Wahl des Beschichtungserfahrens ist dabei prinzipiell dadurch limitiert, dass die Hohlfasermembranen 21 , 41 oder deren etwaige Stützstrukturen nicht aufgelöst oder anderweitig zerstört oder eine Porenstruktur der Hohlfasermembranen 21 , 41 nicht vollständig verstopft oder beschädigt werden dürfen. Das Material der Hohlfasermembran 21 selbst sorgt dabei für die elektrische Isolation der jeweiligen porösen ersten Elektrode 22 auf der Innenseite der Hohlfasermembran 21 und der porösen zweiten Elektrode 42 auf der Außenseite der Hohlfasermembran 41 voneinander, um Kurzschlüsse auszuschließen. Der so geschaffene geringe Abstand zwischen den Elektroden 22 und 42, der im Bereich von 10 μιη bis hin zu einigen hundert Mikrometern liegt, sorgt für minimale Diffusionswege der Ionen der Leitsalzlösung 84, was zu einer Verringerung des Innenwiderstandes der RFC 1 gegenüber herkömmlichen RFCs mit Flachmembranen führt. Für erfindungsgemäße RFCs 1 , die in einer Variante mit Salzbrücke ausgestaltet sind, kann die beschriebene Ausgestaltung der Elektroden 22 auch nur auf der Innenseite und sowohl für die Hohlfasermembranen 21 einer ersten Halbzelle 2 als auch die Hohlfasermembranen 41 und den zugehörigen Elektroden 42 einer zweiten Halbzelle 4 geschehen.

Darüber hinaus können in einer zweiten Ausgestaltungsform der Elektroden 22, 42 anstelle oder zusätzlich zu einer Membranbeschichtung der Innenraum und der Außenraum der Hohlfasermembranen 21 , 41 vollkommen mit flüssigkeitsdurchlässigen, elektrisch leitenden Materialien als Elektroden 22, 42 ausgefüllt werden. Diese flüssigkeitsdurchlässigen Materialien können zum Beispiel in Form von Schüttkörpern (z. B. aus unregelmäßig oder regelmäßig geformten Kleinteilen, wie Kügelchen, Kleinstkörnern, etc.) aus elektrisch leitendem oder leitend beschichtetem Kunststoff, Kohlenstoff, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, oder anderen Metallen, Legierungen (z. B. Edelstahl) bzw. leitenden Materialien, solange diese im jeweiligen Elektrolyten elektrochemisch stabil sind und keine ungewollten Nebenreaktionen eingehen, Filzen, Geweben, Gestricken, Gewirken, Vliesen, Papieren, Gittern oder gitterartigen Strukturen, Schäumen, Fasern und/oder Garnen aus leitfähigem oder leitfähig beschichtetem Kunststoff, Kohlenstoff, Kohlenstoffkompositen, Metallen (z. B. Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, etc.) und/oder Legierungen (z. B. Edelstahl) vorliegen.

Auch in einer RFC 1 , für die eine erste Halbzelle 2 durch die Hohlfasermembranen 21 und eine zweite Halbzelle 4 durch die die Hohlfasermembranen 21 umgebende Kammer gebildet ist, können die die Hohlfasermembranen 21 umgebenden Zwischenräume mit einer elektrisch leitenden, flüssigkeitsdurchlässigen Struktur 47 als poröse zweite Elektrode 42 in Form von Schüttkörpern (z. B. aus unregelmäßig oder regelmäßig geformte Kleinteilen, wie Kügelchen, Kleinstkörnern, etc.) aus elektrisch leitendem oder leitend beschichtetem Kunststoff, Kohlenstoff, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, oder anderen Metallen, Legierungen (z. B. Edelstahl) bzw. leitenden Materialien, solange diese im jeweiligen Elektrolyten 5, 6 elektrochemisch stabil sind und keine ungewollten Nebenreaktionen eingehen), Filzen, Geweben, Gestricken, Gewirken, Vliesen, Papieren, Gittern oder gitterartigen Strukturen, Schäumen, Fasern und/oder Garnen aus Kohlenstoff, Kohlenstoffkompositen, Metallen (z. B. Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, etc.) und/oder Legierungen (z. B. Edelstahl) ausgefertigt sein. Auch abwechselndes Stapeln von dünnen porösen Elektrodenschichten aus den zuvor genannten oder ähnlichen Materialien und Lagen von Hohlfasermembranen 21 ist denkbar.

Im Inneren der Hohlfasermembranen 21 einer solchen RFC 1 kann die poröse Elektrode 22 dann ebenfalls durch flüssigkeitsdurchlässige, elektrisch leitende Strukturen realisiert werden, wobei für diese ebenfalls die bereits zuvor für den Außenraum beschriebenen Ausgestaltungsformen und Materialien in Frage kommen. Insbesondere können aber im Innenraum auch elektrisch leitende Drähte oder Stäbe mit und ohne bürstenartiger bzw. anderweitig poröser Beschichtung, poröse Stäbe oder strangartige Strukturen (z. B. Fasern, Garne, Gewebe, etc.) aus den oben genannten Materialien als Elektroden 22 verwendet werden. Ferner können auch einfache oder zusätzlich chemisch bzw. mechanisch aufgeraute Drähte, Stäbe oder andere nichtporöse strangartige Strukturen hierfür eingesetzt werden.

Ferner können die porösen Elektroden 22, 42 - anstatt sie wie zuvor beschrieben auf der Hohlfasermembran 21 , 41 abzuscheiden oder in irgendeiner Form in die fertige Hohlfasermembran 21 , 41 einzuführen - auch durch Prozesse realisiert werden, bei denen das Membranmaterial auf entsprechend vorgeformten flüssigkeitsdurchlässigen elektrisch leitenden Strukturen, wie sie zuvor beschrieben sind, abgeschieden wird.

Als Stromabnehmer 23, 43 für die im Hohlfaserinneren der Hohlfasermembranen 21 , 41 befindlichen Elektroden 22, 42 eignen sich elektrisch leitende Drähte oder Stäbe (z. B. aus elektrisch leitendem oder leitend beschichtetem Kunststoff, Kohlenstoff, Kohlenstoffkomposit, Aluminium, Kupfer, Zink, Nickel, Silber, Edelstahl, etc.), die bevorzugt aufgeraut oder porös sind und im Falle poröser Elektroden 22, 42 einfach in das poröse Elektrodenmaterial eingeschoben oder bei dochtartigen Strukturen direkt eingewoben werden können. Bei Elektroden 22 und 42, die als Membranbeschichtung ausgebildet sind, kann die Stromabnahme durch mindestens jeweils einen im Inneren der Hohlfasermembranen 21 , 41 an das poröse Beschichtungsmaterial der Elektroden 22, 42 angelegten elektrisch leitenden Draht, Stab, Streifen oder einen ähnlichen strangartig ausgeformten Stromabnehmer 23, der axial nach außen führt, oder aber durch Aufstülpen der (ebenfalls beschichteten) Enden der Hohlfasermembranen 21 , 41 auf elektrisch leitende Röhrchen (nicht gezeichnet) erfolgen. Letztere können dann durch Draht oder ein zweites, elektrisch leitendes Gerüst miteinander elektrisch parallel verbunden werden. Auf zusätzliche Stromabnehmer 23, 43 kann in einer weiteren Variante auch gänzlich verzichtet werden, wenn das Material der vorstehend beschriebenen Elektroden 22, 42 auch zugleich als Stromabnehmer 23, 43 nach außen geführt und zusammengefasst werden kann.

Die Dimensionen der einzelnen RFC-Module 1 1 , d. h. ihre Durchmesser-zu-Dicken- Kombinationen, sind weitestgehend beliebig wählbar und hängen von der angestrebten Leistung der RFC 1 bzw. der RFB 7 ab. Ein optimales Durchmesser-Dicken-Verhältnis ist vorrangig durch Stabilitätskriterien sowie die Hydrodynamik im Zellenbetrieb und den elektrischen Widerstand der stromführenden Teile im RFC-Modul 1 1 beeinflusst. Die sinnvolle maximale Breite der Halbzellen 2, 4, die sich aus den Durchmessern des jeweils äußeren Halterings 32 oder 34 und des jeweils inneren Halterings 31 oder 33 aller Halteringe 3 im RFC-Modul 1 1 ergibt, hängt u. a. vom Druckverlust der Elektrolyte 5, 6 beim Durchströmen der einzelnen RFC-Module 1 1 innerhalb der durch die Pumpen 53, 63 betriebenen Kreisläufe 51 , 61 und Halbzellen 2, 4 ab, während die maximale Länge einer erfindungsgemäßen RFC 1 aus mehreren gestapelten RFC-Modulen 1 1 vor allem durch den elektrischen Innenwiderstand bestimmt wird, der sich beim Abführen der bei den elektrochemischen Reaktionen freigesetzten Ladungen über die Elektroden 22, 42 zu den Stromabnehmern 23, 43 und schließlich zu den äußeren elektrischen Kontakten der RFC 1 in Form der Stromanschlussklemmen 24, 44 ergibt.

Leistungsfähige RFCs 1 werden eine maximale Länge von 10 m kaum überschreiten, bevorzugt eher 0,1 m bis 1 m lang sein, und einen Außendurchmesser von maximal 10 m, bevorzugt 0,05 m bis 1 m, aufweisen. Dabei ist außerdem die Dicke der Halbzellen 2, 4 (radiale Ausdehnung) maßgeblich, die nicht größer als 1 m für jede Halbzelle 2, 4, bevorzugt eher im Bereich von 0,5 cm bis 25 cm, ist.

Bezugszeichen

1 Redox-Flow-Zelle (RFC)

1 1 Redox-Flow-Zellen-Modul (RFC-Modul)

12 RFC-Modul-Stapel

13 Modulgehäuse

131 Gehäuseinnenrohr

132 Gehäuseaußenrohr

133 obere Gehäusekappe

134 untere Gehäusekappe

135 Gewinde (von GehäuseinnenVaußenrohr oder Gehäusekappe)

136 innere Öffnung (der Gehäusekappe)

2 erste Halbzelle

21 (erste) Hohlfasermembran

22 (poröse) (erste) Elektrode

23 (erster) Stromabnehmer

24 (erste) Stromanschlussklemme

25 innerer ElektrolyteinV-auslass (für ersten Elektrolyten)

26 äußerer Elektrolytein-Aauslass (für ersten Elektrolyten)

3 (konzentrische) Halteringe

31 (erster) innerer Haltering (für erste Halbzelle)

32 (erster) äußerer Haltering (für erste Halbzelle)

33 (zweiter) innerer Haltering (für zweite Halbzelle)

34 (zweiter) äußerer Haltering (für zweite Halbzelle)

35 Symmetrieachse

38 Beschichtung (der Halteringe für erste Halbzelle)

39 Beschichtung (der Halteringe für zweite Halbzelle)

4 zweite Halbzelle

41 (zweite) Hohlfasermembran

42 (poröse) (zweite) Elektrode

43 (zweiter) Stromabnehmer

44 (zweite) Stromanschlussklemme

45 innerer ElektrolyteinV-auslass (für zweiten Elektrolyten) äußerer Elektrolytein-Aauslass (für zweiten Elektrolyten) flüssigkeitsdurchlässige Struktur

Elektrolyt (der ersten Halbzelle)

(erster) Elektrolytkreislauf

(erstes) Elektrolytreservoir

Pumpe

Elektrolyt (der zweiten Halbzelle)

(zweiter) Elektrolytkreislauf

(zweites) Elektrolytreservoir

Pumpe

Redox-Flow-Batterie (RFB)

Stackgehäuse (zur Verschraubung mehrerer RFCs)

Stromanschluss

(flächiger) Anschlusskontakt

Kontaktisolator

Kontaktbrücke

Leitsalzlösung