Die Erfindung betrifft Halbzellen sowie Batterien oder Akkumulatoren auf der Basis von Halbzellen, wobei je Zelle mindestens eine Halbzelle von einer elektrisch geladenen oder aufladbaren pumpfähigen Dispersion insbesondere im Stromaufnahme- oder - abgabezustand durchpumpt wird, sowie deren Verwendung zur Stromabgabe, -speicherung und Lagerung.

Hintergrund der Erfindung

Halbzelle bzw. auch Halbelement im klassischen Sinne ist die Bezeichnung für eine in einen geeigneten Elektrolyten eintauchende Elektrode. Jeder Halbzelle kann ein charakteristisches Potential, das elektrochemische Redoxpotential, zugeordnet werden, das als absolutes Einzelpotenzial jedoch nicht direkt messbar ist. Durch Kombination von zwei Halbzellen zu einer galvanischen Zelle lassen sich auftretende Potenzialdifferenzen als Zellspannung erfassen und als Strom für Stromverbraucher nutzen. Häufig als Bezugselektroden eingesetzte Halbelemente sind beispielsweise die Kalomel-Elektrode, die ionenselektive Elektrode und Glaselektroden.

Bei bestehenden Batterien oder wieder aufladbaren Akkumulatoren ist man immer davon ausgegangen, dass beim Lade- oder Entladevorgang die von einer Elektrode an den Elektrolyt abgegebenen Metallionen durch eine lonendurchlässige Membran oder eine lonenbrücke zur gegenpoligen Elektrode hindurchwandern müssen, welche diese

Metallionen wiederum in ihrer Struktur einbaut. Würde dies bei herkömmlichen Batterien oder Akkumulatoren nicht geschehen, käme es auf der einen Seite zu einer Überkonzentration an Metallionen und auf der anderen Seite zu einem Mangel an Metallionen, was in kurzer Zeit den Stromfluss zum Erliegen bringen würde.

Eine Batterie ist ein galvanisches Element. Im Handel sind viele verschiedene Batterien. Eine Batterie kann jedoch nicht wieder geladen werden, während in einem Akkumulator auch eine Elektrolyse zum Wiederbeladen desselben stattfinden kann. Somit kann man das System Galvanisches Element/Elektrolyseelement als Stromspeicher verwenden. Normalwasserstoffhalbzelle

Die Normalwasserstoffhalbzelle besteht aus einer platinierten Platinelektrode, über die in Wasser Wasserstoff mit einem Druck von 1013 hPa geblasen wird. Die Zelle wird normalerweise mit einer Salzbrücke, das ist ein Glasrohr mit einer Salzlösung, gefüllt und an beiden Enden mit einem Diaphragma verschlossen, mit einer anderen Halbzelle verbunden.

Nun können die Elektronen durch äußerliche Drähte oder andere Stromleiter bei Schließen des Stromkreises fließen, und zwar fließen sie entweder von der Normalwasserstoffhalbzelle in die andere Halbzelle, dann ist die Normalwasserstoffhalbzelle die Anode und das Redoxpotential der anderen Halbzelle ist positiv, oder die Elektronen fließen von der anderen Halbzelle in die Normalwasserstoffhalbzelle. Hierbei ist die Normalwasserstoffhalbzelle die Kathode und das Redoxpotential der anderen Halbzelle ist negativ.

Spannungsreihe

In der Spannungsreihe sind die Standardpotentiale der Normalwasserstoffhalbzelle gegenüber anderen Halbzellen aufgetragen. Aus dieser Gleichung kann man ablesen, wie die einzelnen Zellen unter Normalbedingungen miteinander reagieren. Die Spannung zwischen den einzelnen Zellen wird die Differenz der Standardpotentiale unter Normalbedingungen sein. Hier ein Ausschnitt aus der Tabelle:

Reduzierte Form Oxidierte Form Standardpotential ÜJ°in V

Na -2, 71

Na+

Zn -0, 76

Zn ^z +

Cd -0,40

Cd ^z +

H ₂ + 2H ₂ 0 2H ₃ 0+ 0

C +0, 34

Cu ² +

2CI- Cl ₂ +1, 36

2F- F ₂ +2, 87 Berechnung von Redoxpotentialen mit Hilfe der Nernstschen Gleichung

Die Nernstsche Gleichung lautet

BT . c ₀

E = E _D +—M °

R ist dabei die Gaskonstante, Tdie Temperatur und Fä\e Faradaykonstante. z ist die Anzahl der Elektronen, die bei der Redoxgleichung mitspielen:

Red Ox + ze ^~

Indem man die Konstanten zusammenfasst und auch die Temperatur auf die

Normaltemperatur von 25 ^a Csetzt, erhält man

CR _B £

Beim Einsetzen in die Nernstsche Gleichung muss man darauf achten, dass die

Konzentrationen fester Reaktionspartner immer gleich 1 sind. Dies sind die Elektronen.

Beispiel:

Eine Kupferhalbzelle hat eine Konzentration von Kupfersulfit CuS0 ₃ von 2 mol und die Redoxgleichung ist wie folgt: Somit ist das Potential dieser Halbzelle

E = E ₀ 0, 30 = 0, 3488

2 lmoi/i

Gerade bei fließenden Elektroden-Dispersionen bringt eine Membrane größere Probleme mit sich, denn sie muss den Druckschwankungen der fließenden Medien standhalten und die Poren der Membrane dürfen durch die Partikel der Dispersion nicht verstopfen.

Der Erfindung lag nun als Aufgabe zugrunde, Halbzellen und Anordnungen aus diesen zur Verfügung zu stellen, die ohne die genannten Probleme mit Membranen oder ohne normale Salzbrücken und/oder Räume zwischen Kollektoren mit kleinen Abstandshaltern (im letzteren Falle oder auch allgemeiner mit direkt nebeneinanderliegenden Kollektoren), welche Räume Elektrolyten beinhalten, und ohne konstruktive Schwierigkeiten und Verluste an den lonenbrücken für die Speicherung und Abgabe von Strom genutzt werden können.

Generelle Beschreibung der Erfindung

Der Erfindung liegt nun die Idee zugrunde, dass bei durchfließenden Elektrodenmedien in der Form von Elektroden-Dispersionen in Halbzellen die freiwerdenden Metallionen mechanisch abtransportiert werden und der anderen Seite der Halbzelle mechanisch wieder zugeführt werden können - dabei bedarf es keiner ionendurchlässigen Membran oder in bestimmten Ausführungsformen der Erfindung einer oder mehrerer Elektrolytverbindungselemente (mit bewegten (gepumpten) Elektrolyten (im Gegensatz zu Salzbrücken oder lonenbrücken im klassischen Sinne, die in der Regel (Glas)rohren mit Salzlösung gefüllt und an beiden Enden durch je ein Diaphragma verschlossen und somit nicht durchpumpbar sind und wo nur die Ionen bei der Stromaufnahme- und -entnähme sich bewegen, nicht (mindestens auch) ihr Lösungsmittel)), und/oder es bedarf keiner kleinen Abstandshalter (z.B. 0.,1 bis 2 cm dick) zwischen Kollektoren der Elektroden, welche den Kontakt der Elektroden über ihren Elektrolyten erlauben würden.

Als anschauliches Beispiel, ohne dass dies im Geringsten den Umfang der Anmeldung einschränken soll: Bekannt ist die„Zitronenbatterie", bei der eine Zinkelektrode und eine Kupferelektrode in eine Zitrone gesteckt werden und von den beiden ein Strom abgegriffen werden kann, der als Last z.B. ein Voltmeter zum Ausschlag, einen kleinen Elektromotor zum Laufen oder ein Glühlämpchen zum Leuchten bringen kann. Dabei werden Metallionen vom unedleren Zink gebildet, ihre Elektronen über den Verbindungsdraht und die„Last" vom Zink zum Kupfer übertragen und ihre Elektronen am edleren Kupfer„Protonen" aus

Oxoniumionen in Wasserstoff und Wasser umgewandelt. Irgendwann kommt der Stromfluss zum Erliegen (unter anderem wegen Alkalinisierung auf der Kupfer-Seite der Membran und damit einhergehend Änderung des Redoxpotentials an der Kupferelektrodenseite)

Schneidet man die Zitrone zwischen Kupfer- und Zinkelektrode in zwei Hälften, kann kein Strom mehr fließen. Würde man die beiden Hälften jedoch über eine Membran oder eine elektrolythaltige Leiterbrücke mit Membranen (oder unter Nutzung des Zitronenfleisches als Quasi-Membran) direkt miteinander verbinden, hätte man wieder einen Stromfluss entsprechend den bisher bekannten Anordnungen.

Jede unverbundene Zitronenhälfte würde eine Halbzelle darstellen. Eine Verbindung der Kupfer-und Zinkelektroden zweier Halbzellen würde zu keinem Stromfluss führen ohne direkte oder über eine Elektrolytlösungsbrücke vermittelten Kontakt der beiden

Schnittflächen.

Verbindet man die Zitronen an den Schnittflächen jedoch über einen Draht, wo NUR

Elektronen fließen können, so kann überraschend und wie in der vorliegenden Erfindung wieder ein Strom fließen - nur mittels Elektronenübertragung.

Man kann noch weitergehen: Nimmt man zwei Zitronen und steck in die erste eine

Kupferelektrode, in die zweite eine Zinkelektrode, so kann auch bei deren Verbindung kein Strom fließen. Steckt man jedoch irgendeinen Draht als weitere Verbindung direkt in die Zitronen, so dass beide Enden in das Zitroneninnere mit dem„Zitronensaft" in Berührung kommen, so kann an einer Last ein Strom zwischen der Kupfer- und der Zinkelektrode abgenommen werden. Der Stromfluss findet auch in diesem Fall in der verbundenen Last und im Draht zwischen den Zitronen nur mittels Elektronen statt. Kein Elektrolyt überbrückt zwischen den Zitronen, und damit fließen zwischen ihnen keine Ionen.

Da bei durchfließenden Elektrodenmedien in der Form von (Elektroden-)Dispersionen die freiwerdenden Metallionen mechanisch (z.B. durch Pumpen) abtransportiert werden und der anderen Seite mechanisch zugeführt werden können, bedarf es keiner ionendurchlässigen Membran.

Im Zitronenmodell mit zwei Zitronen mit Kupfer- bzw. Zinkelektrode gesprochen, würde dies einer Situation entsprechen, wo mindestens eine der Zitronen regelmäßig ersetzt wird, vorteilhaft beide, wodurch insbesondere bei regelmäßigem Austausch beider Zitronen samt ihrer Elektroden ein„unendlicher" Fluss von Elektronen möglich wäre.

Zurück von dieser Veranschaulichung zur vorliegenden Erfindung: Elektrolytverbindungselemente sind z.B. laut Anordnung 3, 4, 7 und 8 möglich, aber bei Anwendung (Stromentnahme) durchpumpt mit Elektrolyt, im Unterschied zu klassischen Salz- oder lonenbrücken, bei denen wegen der Diaphragmen keine dynamische Bewegung der Flüssigkeit (Elektrolyt) möglich ist.

Da bei durchfließenden Elektrodenmedien in der Form von (Elektroden-)Dispersionen die freiwerdenden Metallionen mechanisch (z.B. durch Pumpen) abtransportiert werden und der anderen Seite mechanisch zugeführt werden können, bedarf es keiner ionendurchlässigen Membran. Gerade bei fließenden (Elektroden-)Dispersionen bringt eine Membrane größere Probleme mit sich, denn sie muss den Druckschwankungen der fließenden Medien standhalten und die Poren der Membrane dürfen durch die Partikel der Dispersion nicht verstopfen.

Die vorliegende Erfindung sieht deshalb vor, eine Batterie oder Akkumulator, oder eine Halbzelle davon, und eine Kombination von solchen Halbzellen zu Zellen bereitzustellen, wobei mindestens in einer Halbzelle einer Zelle bzw. deren Halbzellen und Kombination von solchen Halbzellen zu Zellen die Elektrode in flüssiger Form als pumpfähige Dispersion von Ladungsträgern (Partikeln) enthalten ist bzw. sein kann und im Strom aufnähme- oder - abgabezustand damit durchpumpt wird und diese Halbzelle jeweils so ausgestaltet ist, dass keine ionendurchlässige Membrane, (optional) mindestens ein von einem Elektrolyten durchpumptes Elektrolytverbindungselement, und kein direkter Elektrolytkontakt über kleine Abstandshalter (bei im wesentlichen parallelen Kollektoren der Halbzellen) verwendet werden müssen.

Stattdessen wird insbesondere als solche oder vorzugsweise bei einer ersten Halbzelle, bei der eine direkte Verbindung zur anderen Halbzelle nur über ein elektrisches Leiterelement, insbesondere in Form von ein oder mehreren metallischen Leitern, wie Drähten, der oder die nur Elektronen leitet bzw. leiten, und/oder, (in manchen Ausführungsformen der Erfindung „und") über ein oder mehrere mit pumpfähiger Elektrolytlösung durchpumpbare bzw. bei Nutzung durchpumpte Verbindungselemente mit innerem Hohlraum, wie Röhren, bereitgestellt ist, das oder die den Elektronen- bzw. lonentransport zwischen den Elektroden ermöglicht oder ermöglichen, so dass, wenn zwei Halbelemente relativ zueinander entgegengesetzter Ladung zu einer Zelle kombiniert werden, deren wie oben genannt erste Halbzelle von pumpfähiger Dispersion zur Ladungsabgabe oder beim Laden von der pumpfähigen Dispersion durchpumpbar bzw. durchpumpt sein muss, während die andere zweite Halbzelle von Elektrolytlösung durchpumpbar bzw. durchpumpt, als klassische Galvanische Zelle (der Begriff schließt eine Luftelektrode ein) oder vorzugsweise ebenfalls von einer pumpfähigen Dispersion relativ entgegengesetzter Ladung zu der der ersten Halbzelle durchpumpbar bzw. durchpumpt ausgeführt ist.

Dadurch ergeben sich folgende Vorteile gegenüber Membranen oder Salzbrücken oder lonenleitung über kleine Abstandshalter (direkter Elektrolytkontakt zwischen den Zellen) Batterien oder Akkumulatoren:

1. Keine empfindliche, technisch aufwändige, dem Verschleiß unterliegende, für in

Batterien und Akkumulatoren üblicherweise teure Metallionen durchlässige Membrane oder Salzbrücke ohne Durchpumpen oder Elektrolytkontakt über schwierig zu designende kleine Abstandshalter erforderlich.

2. Die Kathodenseite kann völlig separat von der Anodenseite angeordnet werden und können sich, beispielsweise beide/Exemplare beider Typen jeweils in einem

Fahrzeug, an völlig unterschiedlichen Orten befinden. Dies ist besonders von Vorteil, wenn mehrere Zellen zu einem Stack verbunden werden und jede Zelle für sich über eine ionendurchlässige Membran mit der jeweiligen gegenpoligen Elektrode in Kontakt stehen muss. Bei vorliegender Erfindung muss lediglich eine elektrisch leitende Verbindung (elektrisches Leiterelement, auch als elektrischer Leiter bezeichnet, z.B. Draht) beide Elektrolytflüssigkeiten verbinden, oder die

Elektrolytflüssigkeiten (pumpfähige Dispersionen) müssen kommunizieren.

3. Der Elektrolyt auf der Anodenseite kann bei membranfreien Halbzellen ohne

lonenbrücke und ohne Abstandshalter auf einer komplett anderen Chemie beruhen als der Elektrolyt bei einer entsprechenden Halbzelle auf der Kathodenseite. Auf der einen Seite kann der Elektrolyt beispielsweise alkalisch eingestellt sein und auf der anderen Seite sauer. Auf der einen Seite kann er lipophil sein und auf der anderen Seite hydrophil. Man wird deshalb vorzugsweise den Elektrolyt auf der einen Seite so gestalten, dass er optimal Metallionen aufnehmen kann und auf der anderen Seite so, dass er möglichst gesättigt ist an Metallionen, welche dort von den Elektrodenteilchen aufgenommen werden müssen. Auch können auf der einen Seite vollkommen anderen Metallionen als die auf der gegenpoligen Seite in der Form von Salzen gelöst sein. Durch die neuen erfindungsgemäßen Halbzellen bzw. Zellen können viele bereits bekannte, aber auch neue, zukunftsweisende Materialien eingesetzt werden, um Ladungsträger mit sehr hohen Energiedichten zu realisieren, wie sie beispielsweise in Elektrofahrzeugen erforderlich sind.

Hierbei ist es zunächst von sekundärer Bedeutung, ob die Materialien unmittelbar vor Ort wieder aufgeladen werden können (Akku), oder beispielsweise erst durch einen chemischen Prozess an einem anderem Ort wieder regeneriert bzw. geladen werden können (Batterie). Ein bevorzugtes Ziel ist jedoch, Elektroden-Partikel, Elektrolytflüssigkeit und deren Reaktionsprodukte möglichst so zu wählen, dass sie vor, während und nach deren Nutzung keine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellen. Durch die vorliegende Erfindung und oben und unten beschriebene Anordnungen stehen viel mehr geeignete Materialien diesbezüglich zur Verfügung, als dies bei herkömmlichen Batterie- oder Akkusystemen unter Verwendung von Membranen oder Diaphragmen der Fall ist.

Diese membranlose, ohne undurchpumpte Salzbrücken und ohne kleine Abstandshalter zwischen einander gegenüberliegenden Stromkollektoren Ausführung einer Halbzelle von mindestens einem, vorzugsweise zwei oder mehr pumpfähigen, dispergierten Speichermedien (pumpfähigen Dispersionen) lässt sich bei verschiedenen Systemen anwenden:

Detaillierte Beschreibung der Erfindung:

Die vorliegende Erfindung sieht deshalb eine membranlose Halbzelle mit pumpfähiger Dispersion für ein Batterie- oder Akkusystem bzw. Zellen für Batterie- oder Akkusysteme mit ein oder mehreren Zellen, welche mindestens jeweils eine beliebige Halbzelle oder eine weitere solche Halbzelle mit pumpfähiger Dispersion für eine oder die stromliefernde Zelle enthalten bzw. dafür bereitgestellt ist oder sind, und die so gestaltet ist oder sind, dass keine ionendurchlässige Membrane und jeweils kein Elektrolytkontakt zu einer zweiten, zu einer Zelle kombinierbaren Halbzelle der gegengeladenen Elektrode oder Halbzelle über kleine Abstandshalter zwischen den Elektroden oder Halbzellen möglich bzw. vorhanden ist, jedoch zusätzlich zu der oder den Halbzellen mit pumpfähiger Dispersion mindestens ein mit Elektrolyt durchpumpter Flüssigkeitsleiter, wie z.B. eine Röhre, als

Elektrolytverbindungselement zwischen den eine Zelle bildenden Halbzellen, vorhanden sein kann. Statt der Membrane wird in einer neuen Halbzelle mit pumpfähiger Dispersion vorzugsweise für den Rückstrom eine Verbindung mit einer weiteren Halbzelle über mindestens ein elektrisches, z.B. ein oder mehrere metallische, Leiterelement (z.B. ein oder mehrere Drähte), das jeweils nur Elektronen leitet, und/oder über ein oder mehrere durchpumpte hohle Leitungselemente für Flüssigkeiten, z.B. hohle Röhren, bereitgestellt, die den dynamischen Elektrolyt- und lonentransport zwischen Halbzellen ermöglichen, und deren nach außen nutzbarer Strom über elektrische Leiterelemente, wie metallische Leiter, beispielsweise Drähte, ab Kathodenseite und Anodenseite zu- und ableitbar ist.

Metallionen können in einer Halbzelle in Form anderer Salze gelöst sein als in der gegenpoligen Zelle /Elektrode.

Diese membranfreie und ferner ohne eine klassische lonenbrücke oder Salzbrücke, die ohne Durchpumpen von Elektrolyten auskommt, und keinen direkten Elektrolytkontakt über kleine Abstandshalter (bei benachbarten Kollektoren der Elektroden) aufweisende bereitgestellte Halbzelle (fürmindestens je Zelle eine solche Halbzelle aufweisende(n) Zellen), die von mindestens einer pumpfähigen Dispersion (pumpfähiges, dispergierten Speichermedium) durchpumpbar (im genutzten Zustand durchpumpt) ist, lässt sich bei verschiedenen sehr unterschiedlichen chemischen Systemen anwenden:

Als mögliche bevorzugte Beispiele für bevorzugte Elektrodenmaterialien seien genannt, beispielsweise kann das ganze Spektrum bei Batterien verwendeter Elektrodenmaterialien, als freie Partikeln und/oder ferner als auf Trägerpartikeln aufgebrachte Materialien genutzt werden:

1. Beispiele für Elektrodenmaterialien sind auch für Lithiumionen-Akkumulatoren

bekannte Salze und Elektrolyte, für Metall/Luft-Elektroden-Batterien verwendbare Elektroden, Metall-Ionen Akkumulatoren (mit feindispergierten Metallen und in der Halbzelle mit entgegengesetzter Ladung feindispergiertem Kohlenstoff, wie Graphit; Metall-Luft Batterien; Metall-Ionen Akkumulatoren (mit feindispergierten Metallen und in der Halbzelle mit entgegengesetzter Ladung feindispergiertem Kohlenstoff, wie Graphit; Silizium basierende Akkumulatoren bzw. Batterien; Ionische Flüssigkeiten als Elektrolyt. 2. Li-Ionen Akkumulatoren mit ein oder mehreren erfindungsgemäßen Halbzellen mit elektronenaufnehmenden und -abgebenden Materialien

Bevorzugte Kathodenmaterialien, d.h. positiv geladene Ladungsträger, sind beispielsweise Lithium-Metalloxide, -nitrate oder -phosphate; wie Lithium-Kobalt-Dioxid (LiCo0 ₂ ), Lithium-Nickel-Dioxid (LiN0 ₂ ), der Spinell Lithium-Mangan-Oxid (LiMn ₂ 0 ₄ ), Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Nickel-Cobalt-Mangan-Oxid, Lithium- Eisen-Phosphat oder mit Li-Phosphatglas beschichtete Nanokügelchen von Lithium- Eisen-Phosphat oder Natrium-Lithium. Diese Kathodenmaterialien können auch in Mischungen von zwei oder mehr insbesondere der genannten Materialien zum Einsatz kommen, oder ferner als Beschichtung eines ansonsten vorzugsweise inerten Materials, wie z.B. feinpartikuläre Kohle. Derartige Materialien sind dem Fachmann bekannt.

Beispielsweise kann das Kathodenmaterial LiCo0 ₂ , LiN0 ₂ , LiMn0 ₂ , Lithium- Eisenoxid oder Lithiumeisenphosphat auf feinpartikulärem Kohlenstoff, oder dergleichen, oder Mischungen von zwei oder mehr davon, in Partikelform (auch nur als Außenschicht entsprechender Partikel, die einen anderen Kern beinhalten können) beinhalten.

Das Anodenmaterial kann beispielsweise metallisches Lithium, Indium-Lithium-Legierung, Lithium-Aluminium-Legierung auf feinpartikulärem Kohlenstoff, Graphit oder Lithiumtitanat oder dergleichen beinhalten.

3. Metall-Luft Batterien (besonders bevorzugt, da auch besonders günstig)

Vorzugsweise sind als (auch dispergierbare oder dispergierte) Partikel solche mit oder aus AI, Mg, Zn, Si, Ca, jedoch auch Li, Na, K, Fe, oder zwei oder mehr dieser Metalle (auch als Legierungen) denkbar.

Als besondere Vorteile dieser speziellen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist zu erwähnen: Die genannten Metalle können beispielsweise feindispergiert, bis zum Nanometerbereich, in einem lipophilen Elektrolyt (Propylencarbonat, oder einem ionischen Salz wie z. B. 1-Ethyl-3- methyl-imidazoliumchlorid), als Anoden-Dispersion vorliegen, während sich die Luftelektrode am selben oder an einem anderen Ort (mit Luftzuführung) in einer wässrigen Salzlösung (beispielsweise aus KOH und NaOH) befindet. Als Elektrolyte können außer den bisher genannten solche wie für die übrigen Elektrolytlösungen in dieser Offenbarung genannt verwendet, beispielsweise quaternäre Salze wie Tetraethylammoniumborotetrafluorid oder Methyl-triethyl-ammoniumborotetrafluorid (TEABF) in Acetonitril, Propylencarbonat, Ethylen- carbonat, Dimethylcarbonat, γ-Butryolacton, Tetrahydrofuran oder Carbonatmischungen als Lösungsmittel, oder auch (mit oft geringerem Innenwiderstand) wässerige Elektrolyte wie KOH oder H ₂ S0 ₄ .

Vorteil dieser Ausführungsform ist, dass durch die erfindungsgemäße, separate Anordnung der Luftelektroden nicht jede einzelne Zelle mit Luftkanälen versorgt werden muss, wie es beispielsweise in der DE69802070 T2 beschrieben wird.

4. Metall-Ionen Akkumulatoren (mit feindispergierten Metallen und in der Halbzelle mit entgegengesetzter Ladung feindispergiertem Kohlenstoff, wie Graphit

Vorzugsweise kann beispielsweise eine Kombination von dispergiertem AI in einer Halbzelle und Graphit in der gegengeladenen Halbzelle kombiniert werden:

Anode: feindispergiertes Aluminium

Elektrolyt: 1-Ethyl-3-methyl-imidazoliumchlorid [EMIIm]CI mit gelöstem AICI ₃ in geringer Konzentration (unter 1 mol).

Kathode: Graphitpulver dispergiert in gleicher Elektrolytlösung mit hoher Konzentration an AICI ₃ (vorzugsweise in einem Molverhältnis AICI ₃ zu [EMIIm]CI in einem Bereich von 1 ,1/1 ,8 Mol).

5. Silizium basierende Akkumulatoren bzw. Batterien Dieser Erfindung zu Grunde liegenden Anordnungen erlauben auch den Einsatz von feindis- pergiertem Si in einer entsprechenden Elektrolytlösung. Beim Si ist bekannt, dass der Ladebzw. Entladevorgang eine starke Volumenänderung verursacht (4-faches Volumen), was es nahezu unmöglich macht, das Si in einem statischen System zu fixieren. Si würde jedoch eine wesentlich höhere Leistungsdichte zulassen. In Dispersionsform spielt jedoch die Volumenänderung, wenn überhaupt, nur eine untergeordnete Rolle. Si kann beispielsweise als Anodenmaterial in Lithium-Zellen vorhanden sein, statt Graphit, z.B. in den

Ausführungsformen unter 4. oder 2.

6. Ionische Flüssigkeiten als Elektrolyt:

Ionische Flüssigkeiten sind organische Salze, deren Ionen durch Ladungsdelokalisierung und sterische Effekte die Bildung eines stabilen Kristallgitters behindern. Bereits geringe thermische Energie genügt daher, um die Gitterenergie zu überwinden und die feste

Kristallstruktur aufzubrechen. Es handelt sich somit um Salze, die bei Temperaturen unter 100 °C flüssig sind, ohne dass das Salz dabei in einem Lösungsmittel wie Wasser gelöst ist. Als Gegenelektrode sind auch Metallionen wie unter 4. genannt bevorzugt oder Metall/Luft- Akkumulatoren, aber auch generell alle anderen Typen.

Als Beispiele für verwendete Kationen, die insbesondere alkyliert (beispielsweise mit C ₁ -C ₂₀ - , insbesondere CrC ₆ -Alkyl) sein können, kommen Imidazolium, Pyridinium, Pyrrolidinium, Guanidinium, Uronium, Thiouronium, Piperidinium, Morpholinium, Ammonium und

Phosphonium in Betraccht. Als Anionen kommen Halogenide und komplexere Ionen, wie Tetrafluoroborate, Trifluoracetate, Triflate, Hexafluorophosphate, Phosphinate und Tosylate in Frage. Auch organische Ionen, wie beispielsweise Imide und Amide, können Anionen sein.

Durch Variation der Substituenten eines gegebenen Kations und durch Variation des Anions können die physikalisch-chemischen Eigenschaften einer ionischen Flüssigkeit in weiten Grenzen variiert und auf technische Anforderungen hin optimiert werden. Neben dem

Schmelzpunkt lässt sich so die Löslichkeit von zum Beispiel homogenen Katalysatoren, Produkten oder Edukten in der ionischen Flüssigkeit beeinflussen.

Ionische Flüssigkeiten zeichnen sich durch eine Reihe interessanter Eigenschaften aus. Sie sind thermisch vergleichsweise stabil, schwer entzündlich, haben einen sehr niedrigen, kaum messbaren Dampfdruck und verfügen für zahlreiche Substanzen über sehr gute Lösungseigenschaften. Auch besitzen sie aufgrund ihres rein ionischen Aufbaus interessante elektrochemische Eigenschaften, wie z. B. elektrische Leitfähigkeit, die oft auch von einer hohen elektrochemischen Stabilität gegen Oxidationen und Reduktionen begleitet wird. Die elektrostatischen Wechselwirkungen zwischen den Ionen lassen sich mit der Poisson-Boltzmann- Gleichung beschreiben.

Durch Variation der Seitenketten des Kations und die Auswahl geeigneter Anionen lässt sich zum Beispiel die Löslichkeit in Wasser oder organischen Lösungsmitteln weitgehend frei bestimmen. Ähnliches gilt für den Schmelzpunkt und die Viskosität. Durch entsprechende funktionelle Gruppen können sie als Säuren (z.B. COOH-Gruppen oder Sulfatgruppen), Basen (z.B. primäre oder sekundäre (Alkylsubstituierte) Aminogruppen) oder andere

Liganden synthetisiert und erfindungsgemäß verwendet werden - eine Verwendung als Elektrolyt bzw. pumpfähige Dispersion in erfindungsgemäßen Halbzellen ist möglich.

Erfindungsmäßige Verwendung:

Ein weiterer Erfindungsgegenstand richtet sich auf die Verwendung einer oben beschriebenen Anordnung aus einer Halbzelle mit positivem Potential und einer Halbzelle mit relativ hierzu negativem Potential zur Erzeugung von Strom beispielsweise in Fahrzeugen, wie Autos (hybrid- oder Elektroautos) oder Elektrofahrrädern, oder ferner in Flugzeugen, wie Ultraleichtflugzeugen oder Kleinflugzeugen, wie auch in Elektrobooten.

Ein Erfindungsgegenstand richtet sich auf Energiespeichersysteme mit einer Anordnung, die mindestens eine Halbzelle mit einer pumpfähigen Dispersion beinhaltet, wobei mindestens ein Elektrodenmaterial in Partikelform in einer Elektrolytflüssigkeit (wie vor- und nachstehend beschrieben) dispergiert ist (Gew.-Anteile der Elektrodenmaterialien am flüssigen

Medium 10-80%, vorzugsweise 40-70%). Als Elektrodenmaterial bevorzugt sind Metallpulver aus AI, Mg, Zn, Ca, Li in Partikelgrößen von 5nm - 1 mm, besonders bevorzugt 50μ-500 μιη oder bis 0,5mm als D50.

Anoden- und/oder Kathodenflüssigkeiten:

Die Flüssigkeiten bestehen aus mindestens einem Elektrolyten und im Falle der pumpfähigen Dispersion einem dispergierten Elektrodenmaterial, wobei erfindungsmäßig auf der Anodenseite ein anderer Elektrolyt eingesetzt werden kann als beispielsweise auf der Kathodenseite.

So kann es beispielsweise bei einem Energiespeicher des Typs Metall/Luft von Vorteil sein, sehr feines Metallpulver, mit sehr großer Oberfläche, in einem wasserfreien Elektrolyten zu dispergieren (um eine Wasserstoff- und Wärmeentwicklung zu unterbinden), wobei auf der Luftelektrodenseite ein wässriger Elektrolyt zum Einsatz kommt, der optimal den Sauerstoff bindet.

Die Kathodenseite kann völlig separat von der Anodenseite angeordnet werden und sich beispielsweise in einem Fahrzeug an einem oder mehreren völlig unterschiedlichen Orten befinden. Dies ist besonders von Vorteil, wenn mehrere Zellen aus dem Stand der Technik sonst zu einem Stack verbunden werden und jede Zelle für sich über eine ionendurchlässige Membran mit der jeweiligen gegenpoligen Elektrode in Kontakt stehen müsste. Bei vorliegender Erfindung muss lediglich eine elektrisch leitende Verbindung (allgemein in der vorliegenden Offenbarung elektrischer Leiter, oder auch elektrisches Leiterelement genannt, oder auch als elektrischer Verbindungsleiter bezeichenbar; z.B. Draht) beide

Elektrolytflüssigkeiten verbinden, oder die Elektrolytflüssigkeiten müssen kommunizieren.

Der Elektrolyt auf der Anodenseite kann bei einer membranlosen, ohne kleine Adapter zwischen Elektroden und ohne Salzbrücken ausgeführten Variante auf einer komplett anderen Chemie basieren als der Elektrolyt auf der Kathodenseite. Auf der einen Seite kann der Elektrolyt beispielsweise alkalisch eingestellt sein und auf der anderen Seite sauer. Auf der einen Seite kann er lipophil sein und auf der anderen Seite hydrophil. Man wird deshalb vorzugsweise den Elektrolyt auf der einen Seite so gestalten, dass er optimal Metallionen aufnehmen kann und auf der anderen Seite so, dass er möglichst gesättigt ist an Metallionen, welche dort von den Elektrodenteilchen aufgenommen werden müssen. Auch können auf der einen Seite vollkommen andere Metallionen gelöst sein als auf der anderen.

Es sei angemerkt, dass die Bezeichnung von„Kathode" und„Anode" in der vorliegenden Erfindungsoffenbarung auf der Konvention beruht, dass im geladenen Zustand Elektronen an einen äußeren Stromkreis abgebende Materialien (negativer Pol) als Anoden/anodisch bezeichnet werden, während elektronenaufnehmende Materialien (positiver Pol) als Kathoden/kathodisch bezeichnet werden, da bei Aufladung Anionen (z.B. Li ⁺ , das beim Aufladen zu Li entladen wird) zur Anode wandern, Kationen zur Kathode.

Die Partikel in Dispersion haben vorzugsweise in allen vorgenannten Ausführungsformen der Erfindung ein durchschnittliches Mittelkorn d50 von 1 nM bis 2000 μητι, vorzugsweise von 1 nM bis 1 μιη, insbesondere von 1 nM bis 250 nm, vor allem von 1 nM bis 100 nm. Sie können jedoch auch größer sein, z.B. 50 nm bis zu 2,5 mm, 50-500 μιτι, oder 0,1 -0,5 mm. Die (hier mit mittlere Korngröße (Mittelkorn) bezeichneten d50-Werte können durch

Korngrößenanalyse nach üblichen Methoden ermittelt werden, wie mit der Streuung von Laserlicht (Lasergranulometrie) an den Partikeln, die in Abhängigkeit von der Partikelgröße variiert, oder mit Digitaler Bildverarbeitung oder Elektronenmikroskopie, oder indem man Partikel in einer Wassersäule absetzen lässt (grobe Partikel fallen schneller als feine) und regelmäßig die Dichte der Suspension bestimmt (z.B. mit Hilfe eines Aräometers) oder die Masse der abgesetzten Partikel bestimmt (z.B. mittels Sedimentwaage) oder z.B. mittels Sieblinienbestimmungen klassisch mit Sieben. Das Mittelkorn d50 ist definiert als die Korngröße, bei der 50 Gew.-% der Teilchen kleiner ist als die angegebene Teilchengröße d50. Es gibt unterschiedliche und technisch allgemein anerkannte Verfahren zur Bestimmung der d50, z.B. mittels Sieblinienbestimmungen klassisch mit Sieben oder beispielsweise (insbesondere bei kleineren Partikeln mit unter 1 μιτι Durchmesser) durch Lasergranulometrie.

Die Partikel können beispielsweise nach den für nanoskalige Partikel üblichen Verfahren hergestellt werden. Ohne abschließend aufzuzählen, können zu den Verfahren

beispielsweise Hochenergie-Kugelmahlen, Kryomahlen, Attrition, Severe Plastic Deformation (SPD), Equal Channel Angular Pressing (ECAP), Multi-axis-forging, (Hoch-) Druck-Torsion, Walzen, oder„Bottom up" elektrolytische Abscheidung, Spark Plug Sintering (SPS), mechanisches Legieren oder heißisotaktisches Pressen gezählt werden. Daneben kommen Verfahren wie Cyclic Extrusion Compressing oder Accumulative Roll-Bending (ARP) in Betracht. Porenfreie nanostrukturierte Partikel können beispielsweise durch SPD,

Kristallisation aus amorphem Polymer oder Elektrolytische Abscheidung erhalten werden. Wichtige Verfahren sind auch Chemical Vapor Deposition (CVD), Pulsed Laser Vaporisation (PLV), Carbon Are Synthesis (CA) und Sol-Gel-Verfahren. Sie sind meist auch kommerziell erhältlich. Pumpfähig bedeutet insbesondere bei Anwendungstemperatur (z.B. im Bereich von - 50 oder von -20 bis + 100 oder bis + 60 °C) flüssig. Bevorzugt ist ein Druck von 1 bis 3 bar.

Die pumpfähigen, vorzugsweise flüssigen (als Flüssigkeit vorliegenden) Dispersionen, welche die die elektrische Energie (kapazitiv und/oder vor allem chemisch) speichernde Partikeln beinhalten, liegen vorzugsweise für jedes Zellenpaar jeweils als pumpfähige Dispersion (insbesondere Suspension) vor, wobei in einer Ausführungsform jeweils die positiv geladenen und die negativ geladenen Partikel in jeweils einem flüssigen

Trägermaterial, vorzugsweise jeweils einer Elektrolytlösung, dispergiert sind. Bei der Herstellung dieser Dispersionen ist es wichtig, die Agglomerate der Festbestandteile (insbesondere der Partikeln) derart zu benetzen, dass die einzelnen Teilchen unabhängig voneinander und stabil verteilt sind. Hierfür können vorzugsweise an sich bekannte Netz- und/oder

Dispergiermittel verwendet werden. Ziel ist es, eine homogene Dispersion ohne

Agglomerate, mit feiner Partikelverteilung und guter Lagerstabilität, ohne Sedimentation der festen Bestandteile zu erhalten.

Je nach chemischem System sind verschiedene Systeme und Anordnungen von Halbzellen denkbar. Alle haben jedoch das gleiche, dieser Erfindung zu Grunde liegende Merkmal, dass mindestens eine Elektrode, in einer Halbzelle, vorzugsweise alle in allen Halbzellen, als pumpfähige Dispersion ausgelegt ist oder sind und die Gegenelektrode räumlich getrennt angeordnet ist, ohne vorhandene Metallionen-durchlässige Membrane, ohne lonenbrücke ohne Durchpumpen von Elektrolyt oder ohne Elektrolytkontakt durch kleine Abstandshalter, oder mehr als zwei dieser Merkmale verwirklicht sind

„Elektronenkollektor" für den Elektrolyten:

Statt einer ionendurchlässigen Membrane, einer nicht mit Elektrolyt durchpumpten lonenbrücke und Elektrolytkontakt via kleine Abstandshalter sieht die bevorzugte, lediglich membranfrei ausgeführte vorliegende Erfindung eine elektrisch (nur über Elektronen) leitende Verbindung zwischen dem Elektrolyten der Anodenseite und dem Elektrolyten der Kathodenseite dar. Im Gegensatz zu dem„Ladungskollektor", welcher durch den direkten Kontakt mit den Elektrodenpartikeln die Ladung kollektiert, greift der„Elektronenkollektor" (meist ein leitfähiger Feststoff wie ein Metalldraht) die Ladung des Elektrolyten bzw. somit indirekt des Elektronenkollektorsin Form von Elektronen ab. Der„Elektronenkollektor" sollte deshalb möglichst nur mit dem Elektrolyten in Kontakt stehen und nicht oder mit nur verhältnismäßig wenig Elektrodenpartikeln in Berührung kommen (was sich auch aus dem bevorzugtem Flächenverhältnis zwischen Elektronenkoliektor und Ladungskollektor, welches vorzugsweise bei ungefähr 1 : 100 bis 1 : 1 000 000 liegen kann, ableiten lässt). Eine mögliche Variante des„Elektronenkollektors" wird auf den nächsten Seiten unter„Beispiele" beschrieben (Fig. 11 ), eine mögliche Positionierung in den Beispielen 2 bis 9 (wo auch der leitfähige Feststoff exemplarisch als Draht 9 erkennbar ist). Vorzugsweise ist das Material des leitfähigen Feststoffes identisch mit dem Feststoffanteil (Partikel) der pumpbaren Dispersion in der Halbzelle mit Elektronenkollektor. Werden zwei Halbzellen mit einem elektrischen (Elektronen-) Leiterelement (leitfähiger Feststoff), wie Metalldraht, verbunden, so kann der leitfähige Feststoff aus zwei Bereichen bestehen, deren jeder zum jeweils zugehörigen Elektronenkollektor passt. Dies verringert das Entstehen zusätzlicher

Potentialdifferenzen.

Um bei weniger gut leitenden Elektrolyten den inneren Widerstand zu reduzieren, wird die elektrisch leitende Verbindung (elektrisches Leiterelement oder Überleitung dazu) bzw. die „Elektronenkollektoren" vorzugsweise möglichst nahe am Entstehungsort der Ladungen platziert. Bei exemplifizierten erfindungsmäßigen Anordnungen also innerhalb, oder in unmittelbarer Nähe der Ladungskollektoren, bzw. der Luftelektroden.

Somit sieht die vorliegende Erfindung in einer bevorzugten Ausführungsform mindestens eine Elektroden-Dispersion vor, welche einen„Ladungskollektor" und einen

„Elektronenkollektor" durchströmt, wobei der„Elektronenkollektor" des einen Pols mit dem „Elektronenkollektor" des anderen Pols durch ein elektrisches Leiterelement, beispielsweise einen Draht (oder Drähte), verbunden ist.

Diese grundsätzliche neue, erfindungsmäßige Anordnung, bietet je nach Ausführungsform folgende Vorteile:

I . Sie ermöglicht die räumlich getrennte Unterbringung von Anode und Kathode.

2. Dadurch erhebliche Platzeinsparung, besonders bei Stacks mit Luftelektroden.

3. Sicherheit bei Zerstörung (Unfall), durch die räumlich getrennte Unterbringung von

Anode und Kathode.

4. Keine technisch aufwändigen und dem Verschleiß unterliegenden Membranen. 5. Verwendung von unterschiedlichen Elektrolyten bei der Anode und Kathode, dadurch eine viel größere Auswahl an möglichen Materialien.

Unter Flüssigkeitstransportvorrichtung sind Vorrichtungen zum geschlossenen Transport von Flüssigkeiten, wie Pumpen, zu verstehen.

Pumpfähig bedeutet insbesondere bei Anwendungstemperatur (z.B. im Bereich von - 50 oder -20 bis + 100 oder + 60 °C) flüssig. Bevorzugt ist ein Druck von 1 bis 3 bar.

Als Trägermaterial für die Herstellung der Kathodenflüssigkeit bzw. Anodenflüssigkeit kann jede Flüssigkeit verwendet werden, welche als Elektrolytlösung beispielsweise in Blei-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-, oder Lithium-Akkumulatoren, oder beispielsweise auch in Elektrolytkondensatoren oder Doppelschichtkondensatoren, eingesetzt wird. Diese sind dem Fachmann an sich bekannt.

Als Lösungsmittel können beispielsweise aprotische Lösungsmittel, wie cyclische Carbonate, wie Alkylencarbonate, wie Ethylencarbonat oder Propylencarbonat, Dialkylcarbonate, wie Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat, Nitrile, wie Acetonitril oder 3-Methoxyproprionitril, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran, gamma- Butyrolacton, oder Dioxolan, oder Gemische von zwei oder mehr davon, bereitgestellt sein.

Die pumpfähigen Dispersionen (Kathodenflüssigkeit oder Katholyt, Anodenflüssigkeit oder Anolyt) stellen im Falle der (mindestens in erster Linie) chemischen Energiespeicherung jeweils eine Elektrolytlösung dar, enthaltend das flüssige Trägermaterial, in welchem ein Elektrolyt gelöst ist. Als Elektrolyte, wie Salze, können darin Lithiumperchlorat,

Lithiumhexafluorphosphat (LiPF ₆ ) (bevorzugt), Lithiumhexafluoroarsenat, Lithiumtetrafluorborat ((LiBF ₄ ) (bevorzugt), LiCF ₃ S0 ₃ , Methid, LiN(CF ₃ S0 ₂ ) oder Lithiumborat, oder ionische Flüssigkeiten, wie 1-Ethyl-3-methylimidazolium chlorid, oder Mischungen von zwei oder mehr davon, insbesondere der als bevorzugt gekennzeichneten, bereitgestellt sein.

Die flüssigen, pumpfähigen Medien, bestehend aus der Kathodenflüssigkeit bzw. der Anodenflüssigkeit, bilden jeweils (separat oder bei Mischungen gemeinsam) eine (feindisperse) Dispersion, welche jeweils den positiv geladenen oder zu ladenden bzw. den negativ geladenen oder negativ zu ladenden Ladungsträger in dem flüssigen Trägermaterial dispergiert enthalten (enthalten = beinhalten), wobei dieses Trägermaterial insbesondere eine Elektrolytlösung darstellt. Für die Herstellung dieser Dispersion verwendet man vorzugsweise ein Netz- oder Dispergiermittel. Als solches ist oder sind beispielsweise verwendbar: Alkylben- zolsulfonate, pyrogene Kieselsäuren, modifizierte Kieselsäuren, modifizierte Phosphatidyl- choline, Lecithine und/oder Membranlipid, oder andere dem Fachmann bekannte Materialien, wie auch Mischungen von zwei oder mehr derartigen Materialien.

Die als pumpfähige Dispersion bereitgestellten positiven und/oder negativen Elektrodenmaterialien bilden jeweils eine Dispersion mit den entsprechenden Ladungsträgern als Partikeln oder als ebenfalls als Partikeln vorliegenden Bestandteil (z.B. als Außen- beschichtung) von Trägerpartikeln (z.B. aus Graphit, Polymeren oder Sand, oder Glas- oder Keramikbeads oder Glasholkugeln. Dabei ist das Gewichtsverhältnis von dispergierten Partikeln zu („:") flüssigem Trägermaterial (z.B. Elektrolytlösung) nicht kritisch. Im Prinzip kann jedes Verhältnis gewählt werden, jedoch ist eine möglichst hohe Energiedichte der Dispersionen anzustreben. Andererseits sollten die Dispersionen gut fließfähig sein und die Partikel sollten bei längerer Lagerung nicht sedimentieren. Beispielsweise kann ein Gewichtsverhältnis von Partikel : Trägerflüssigkeit von 1 : 99 bis 80 : 20, vorzugsweise ein Gewichtsanteil der Partikeln von 30 bis 90, insbesondere von 60 bis 80, Gew.-%

bereitgestellt sein, bezogen auf das Gesamtgewicht der Dispersion (positives oder negatives Elektrodenmaterial).

Elektrode (Anode oder Kathode) ist dabei eine pumpfähige Dispersion von geladenen oder ladbaren Partikeln, oder eine Elektrolytlösung. Zusammen mit Ableitdrähten und Kollektoren (und nicht in den Zeichnungen und der Beschreibung detailliert ausgeführten, da dem Fachmann bekannten Bestandteilen wie Außenwände und dergleichen) bilden diese jeweils Halbzellen, wobei mindestens je Zelle jeweils eine Halbzelle mit pumpbarer Dispersion aus geladenen oder ladbaren Partikeln in einer Elektrolytlösung bei Verwendung durchpumpt wird.

Die Erfindung betrifft auch die in den Beispielen genannten sowie die in den Ansprüchen genannten Ausführungsformen, die hier durch Bezugnahme in die Beschreibung integriert werden. Anordnung 1 ist dabei in Anspruch 5, Anordnung 2 in Anspruch 6, Anordnung 3 in Anspruch 7, Anordnung 4 in Anspruch 8, Anordnung 5 in Anspruch 9, Anordnung 6 in Anspruch 10, Anordnung 7 in Anspruch 1 1 und Anordnung 8 in Anspruch 12

verallgemeinert.

Vor- und nachstehend stehend verwendete spezifischere Definitionen allgemeinerer Begriffe oder Merkmale können bei jeder der Erfindungsausführungen einzelne, mehrere oder alle allgemeineren Begriffe ersetzen, was zu besonderen, beispielsweise vorteilhaften

Ausführungsformen der Erfindung führt.

Wo von„bereitgestellt" dies Rede ist, kann dies auch„vorgesehen" bedeuten, d.h. der jeweilige Erfindungsgegenstand (Halbzelle oder Kombination von Halbzellen) ist so eingerichtet, dass das entsprechende Merkmal verwirklicht ist oder verwirklicht werden kann.

Wo von„durchpumpbar bzw. durchpumpt" oder„gepumpt wird oder pumpbar ist" oder dergleichen die Rede ist, bedeutet dies stets vorzugsweise entweder„durchpumpbar ist" oder„im Anwendungsfalle durchpumpt ist" oder beides.

Wo„bzw." verwendet wird, steht dies vorzugsweise für„und/oder", insbesondere für„oder", je nach Kontext. Je nach Kontext kann es sich bei einem„oder" um ein zwei Alternativen verbindendes„oder" oder ein den davorstehenden Ausdruck mit einem erläuternden danach stehenden Ausdruck verbindendes„oder" handeln. Bei Alternativen ist stets eine der beiden Alternativen oder die andere als bevorzugt anzusehen.

Beschreibung der Figuren:

Es zeigen

Fig. 1 Erklärung der Symbole, die in den nachfolgend beschriebenen Anordnungen (Fig. 2 bis Fig. 9) verwendet werden.

Hieraus folgt, dass folgende Zuordnung von Bezugsnummern gilt:

1A, 1C, 1 D Vorratsbehälter (z.B. Tank) (mit Elektrolytflüssigkeit mit hoher Konzentration an Elektrodenpartikeln (pumpfähige Dispersion

2 (Nicht vergeben)

3A, 3 Vorratsbehälter (z.B. Tank) (mit Elektrolytflüssigkeit ohne Elektrodenpartikel) 4 Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor

5 Luftelektrode

6 Pumpe

7 Sieb

8 Partikelabscheider

9 elektrisches Leiterelement (z.B. Metalldraht)

Fig. 2 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 1 mit zwei lediglich über ein metallisches Leitungselement verbundenen Halbzellen und je Halbzelle einem Tank für geladene und einem Tank für entladene pumpfähige Dispersion und im Betrieb zur Aufnahme gebrauchter pumpfähiger Dispersion und für jedes Halbelement ohne Kreislauf gepumpter pumpfähiger Dispersion;

Fig. 3 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 2 mit zwei lediglich über ein metallisches Leitungselement verbundenen Halbzellen und nur jeweils einem Tank sowie zwischen Tank und Elektrode und wieder zurück jeweils einer Verbindung zum im-Kreis-Pumpen einer pumpbaren Elektrolytischen Dispersion;

Fig. 4 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 3 nur mit über Draht verbundenen Elektroden sowie zwischen den endständigen Tanks über Filter kommunizierenden durchpumpten dispersionsfreien Elektrolytbrücken;

Fig. 5 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 4 mit Tanks, Partikelabscheider und jeweils pro Halbzelle und zwischen je einem Tank und einem Abscheider kommunizierender mit pumpfähiger Dispersion durchpumpten Elektrolytbrücke;

Fig. 6 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 5 mit einer mit Elektrolyt zwischen einem oberen Tank mit geladener Dispersion und einer einem unteren Tank mit mindestens teilweise verbrauchter, mindestens teilweise entladener pumpbarer Dispersion ausgerüsteten Elektrode und einer Elektrode mit einem unteren Tank mit mindestens teilweise verbrauchter, mindestens teilweise entladener Elektrolytlösung, wobei die Elektroden mittels eines metallischen Leitungselements miteinander leitend verbunden sind, und für jedes Halbelement ohne zirkuläres Pumpen; Fig. 7 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 6 mit zwei lediglich über ein metallisches Leitungselement verbundenen Halbzellen, wobei die eine Halbzelle mit pumpfähiger Dispersion und die andere mit Elektrolytlösung gefüllt ist und je Halbzelle mit einem Tank für frische oder noch nicht völlig entladene pumpfähige Dispersion bzw. Elektrolytlösung und mit einem Tank, der zur Aufnahme im Betrieb gebrauchter pumpfähiger Dispersion bzw. Elektrolytlösung und für jedes Halbelement über einen Kreislauf zirkulär gepumpter pumpfähiger Dispersion bzw. Elektrolytlösung dient;

Fig. 8 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 7 mit zwei über ein metallisches Leitungselement verbundenen Halbzellen, wobei die erste Halbzelle mit pumpfähiger Dispersion und die andere zweite Halbzelle nur mit Elektrolytlösung gefüllt ist und die die erste Halbzelle einen ersten Tank für frische oder noch nicht völlig entladene pumpfähige Dispersion bzw. für Elektrolytlösung und einen zweiten Tank zur Aufnahme im Betrieb gebrauchter pumpfähiger Dispersion aufweist, die andere (zweite) Halbzelle den Anteil an Elektrolytlösung aus dem ersten Tank für die Aufnahme gefilterter und für jedes Halbelement über einen Kreislauf zirkulär gepumpter pumpfähiger Dispersion bzw.

Elektrolytlösung aufnimmt und durch den zugehörigen Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor und über eine durchpumpbare Elektrolytbrücke in den ersten Tank der ersten Halbzelle zurückleitet.

Fig. 9 in schematischem Längsschnitt eine erfindungsgemäße Anordnung 8, bei der eine erste Halbzelle mit einem Tank für frische oder teilweise entladene pumpfähige Dispersion, über eine Pumpe mittels einer durchpumpten mit einem Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor und über einen Abscheider wieder mit einer Leitung, welche die pumpfähige Dispersion wieder zurück vom Abscheider zum Tank für frische oder teilweise entladene pumpfähige Dispersion leitet, während die dispersionsfreie Elektrolytlösung mittels einer durchpumpten Leitung, die nur mit Elektrolytlösung gefüllt ist, aus dem Abscheider in eine zweite Halbzelle, z.B. mit Luftelektrode, über besagte Luftelektrode und eine

durchpumpte Elektrolytbrücke zurück zum Abscheider führt . Bei beiden Halbzellen liegen somit nur über den Abscheider, der dennoch einen Elektrolytlösungsaustausch ermöglicht, getrennte Kreisläufe vor.

Fig. 10 grobschematisch eine Trennvorrichtung in Form eines Abscheiders als Hydrozyklon; Fig. 1 1 schematisch in schräger Querschnittsdraufsicht einen erfindungsgemäßen

Elektronenkollektor.

Die Texte für die Figuren oder Merkmale daraus können auch beispielsweise zum Aufstellen von Ansprüchen dienen.

Die nachfolgenden Beispiele beschreiben einige erfindungsgemäße Anordnungen, ohne den Umfang der Erfindung einzuschränken.

Beispiel 1 : Erfindungsgemäße Ausführunqsform einer Anordnung von zwei Halbzellen als Anordnung 1 (Fig. 2)

Fig. 2 zeigt exemplarisch eine besonders bevorzugte, da besonders flexibel einsetzbare Anordnung von zwei getrennten Halbzellen mit getrennter Elektrolytflüssigkeit (mit hoher Konzentration an Elektrodenpartikeln) in Vorratsbehältern 1 A und 1 C mit entgegengesetzter Ladung jeweils in der Anoden- und Kathodenflüssigkeit und mit langsamem Durchfluss, der vollständige Entladung ermöglicht. Geladene Flüssigkeiten und entladene Flüssigkeiten werden getrennt bevorratet (in den Vorratsbehältern (z.B. Tanks) 1 A und 1 C) - sie können jedoch auch (z.B. über Zu- und Ableitungsrohre) mit weiteren Behältern verbunden sein.

Ein geladenes Kathodenmaterial befindet sich dispergiert in einer Elektrolytlösung im

Vorratsbehälter 1 A und wird mittels einer Flüssigkeitstransportvorrichtung (hier als Pumpe 6 gezeigt) durch den Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor 4 in den

Vorratsbehälter 1 B gepumpt. Im Vorratsbehälter 1 B befindet sich dann (mindestens weitestgehend) entladene Kathodendispersion. Es findet kein zirkulärer Kreislauf von Elektrolyt oder pumpfähiger Dispersion statt.

Das gleiche geschieht auf der Anodenseite. Hier wird die geladene Anodendispersion mittels einer Flüssigkeitstransportvorrichtung (hier als Pumpe 6 gezeigt) durch den rechten Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor 4 in den Vorratsbehälter 1 D gepumpt. Im Vorratsbehälter 1 D befindet sich dann (mindestens weitestgehend) entladene

Anodendispersion. In den beiden Ladungs-Kollektoren kombiniert mit Elektronenkollektor 4 treffen die jeweiligen Partikel auf die Ladung ableitenden Flächen. Gleichzeitig ist gewährleistet, dass ein elektrischer Strom über das elektrische Leiterelement (z.B. etalldraht) 9 zwischen den beiden Halbzellen fließen kann.

Die Pfeilrichtung gibt den Entladevorgang an. Grundsätzlich kann je nach eingesetzten Materialien in umgekehrter Richtung auch ein Ladevorgang stattfinden.

Beispiel 2: Erfindungsgemäße Ausführungsform einer Anordnung von zwei Halbzellen als Anordnung 2 (Fig. 3):

Fig. 3 zeigt exemplarisch eine (ebenfalls sehr bevorzugte) Ausführungsform der Erfindung mit getrennter Anoden- und Kathodenflüssigkeit mit schnellem Durchfluss und partieller Entladung der Dispersions = Elektrodenteilchen. Deshalb zirkulieren bei jeder Halbzelle die Dispersionen und es gibt jeweils nur ein Vorratsbehälter 1A, 1C für Anodendispersion und Kathodendispersion.

Die Ladungsentnahme erfolgt gleich wie bei Anordnung 1 (Beispiel 1 ), und die übrigen Bezugszeichen haben die dort genannten Bedeutungen.

Beispiel 3: Erfindungsgemäße Ausführungsform einer Anordnung von zwei Halbzellen mit Anordnung 3 (Fig. 4):

Getrennte Anoden- und Kathodenflüssigkeit mit langsamen Durchfluss und vollständiger Entladung, jedoch mit der Möglichkeit eines Elektrolytenaustausches.

Bei dieser Anordnung wird jedoch vorausgesetzt dass der Elektrolyt der Anodenflüssigkeit chemisch der gleiche ist wie der Elektrolyt in der Kathodenflüssigkeit.

Im Vorratsbehälter 1A befindet sich die geladene Kathodenflüssigkeit und im Vorratsbehälter 1C befindet sich die geladene Anodenflüssigkeit. Nach einer vollständigen Entladung befindet sich die entladene Kathodenflüssigkeit in Vorratsbehälter 1 B und die entladene Anodenflüssigkeit in Vorratsbehälter 1 D. Die Siebe 7 haben engerer Durchgänge als die Partikeldurchmesser, sodass gewährleistet ist, dass nur Elektrolytlösung aus der Kathodenflüssigkeit zur Anodenflüssigkeit gelangen kann, oder umgekehrt, nicht jedoch die Partikeln (und damit die Ladung) der Dispersion.

Beim Entladezyklus werden beispielsweise in der einen Halbzelle Metallionen von den Elektrodenpartikeln an den Elektrolyten abgegeben, wodurch die Metallionenkonzentration im Elektrolyten ansteigt, während in der gegenpoligen Halbzelle Metallionen aus der Elektrolytlösung in die Elektrodenpartikel wandern und es zu einem Metallionenmangel in der Elektrolytlösung kommt. Es kann deshalb von Vorteil sein, wenn die Elektrolytflüssigkeiten beider Seiten zirkulieren und sich die Metallionenkonzentrationen ausgleichen.

Was sonst in herkömmlichen Systemen durch die ionendurchlässige Membran geschieht, erfolgt bei dieser erfindungsmäßigen Anordnung somit mechanisch.

Beispiel 4: Erfindunqsgemäße Ausführunqsform einer Anordnung von zwei Halbzellen als Anordnung 4 (Fig. 5):

Getrennte Anoden- und Kathodenflüssigkeit mit schnellem Durchfluss und partieller

Entladung der Elektrodenteilchen. Deshalb zirkulierende Dispersionen und jeweils nur ein Vorratsbehälter für Anodendispersion und Kathodendispersion, jedoch mit der Möglichkeit, dass sich ähnlich wie in Anordnung 3 die Elektrolyte der beiden Seiten austauschen können. Der Rückhalt der Partikel kann im einfachsten Fall durch Siebe erfolgen, welche nur

Elektrolyt ohne Partikel hindurchlassen, oder aber durch Partikelabscheider, wie z.B.

sogenannte Hydrozyklone.

Hierbei kommt es jeweils zu einer Anreicherung an Elektrodenpartikeln, welche dann jeweils mit dem Elektrolyten der gegenpoligen Seite (gegenpolige Halbzelle) wieder verdünnt bzw. durchgespült werden, wodurch es zum erfindungsmäßigen Austausch der Elektrolyte und Metallionenkonzentrationen kommt, während der elektrische Kreis durch die oben und nachfolgend beschriebenen„Ladungs-Kollektoren kombiniert mit Elektronenkollektor" 4 und den elektrisches Leiterelement 9 gewährleistet wird.

Ein Hydrozyklon kann folgendermaßen beschrieben werden:

Hydrozyklone (Partikelabscheider) für Flüssiggemische. Mit Hydrozyklonen werden in Suspensionen enthaltene Feststoffpartikel abgetrennt oder klassiert. Von Sonderformen abgesehen besteht ein Hydrozyklon aus folgenden Teilen (siehe Fig. 10):

• dem oberen, zylindrischen Segment mit dem

• tangentialen Zulauf,

• dem unteren, konischen Segment mit der

• Unterlauf- oder Apexdüse und

• dem Vortex-Finder (bzw. der Oberlaufdüse), in Form eines Tauchrohres, welches axial, von oben in das Innere des Zyklons ragt.

Die Bezeichnungen„oben" und„unten" gehen in diesem Fall vom Unterlauf (spezifisch schwerere Fraktion) und dem Oberlauf (spezifisch leichtere Fraktion) aus. Die tatsächliche Positionierung eines Hydrozyklons ist davon jedoch weitestgehend unabhängig, so finden durchaus auch horizontal eingebaute Hydrozyklone Anwendung.

Funktionsweise

Durch den tangentialen Eintritt in das zylindrische Segment wird die Flüssigkeit auf eine Kreisbahn gezwungen und strömt in einem abwärtsgerichteten Wirbel nach unten. Durch die Verjüngung im konischen Segment kommt es zu einer Verdrängung von Volumen nach innen und zu einem Aufstau im unteren Bereich des Konus, was zur Bildung eines inneren, aufwärtsgerichteten Wirbels führt, der durch den Vörtex-Finder bzw. die Oberlauföffnung entweicht. Ziel ist die Abscheidung der spezifisch schwereren Fraktion (z. B. Feststoff) an der Wand des Zyklons und somit der Austrag durch den Unterlauf, während die spezifisch leichtere Fraktion durch den Oberlauf entweicht.

Beispiel 5: Erfindunqsgemäße Ausführunqsform einer Anordnung von zwei Halbzellen als Anordnung 5 (Fig. 6): Dieses Beispiel beschreibt ein einfaches System einer Metall-Luft Batterie (bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, da flexibel).

Das Metall oder andere elektrische Speichermaterial befindet sich dispergiert in einem Elektrolyten in Vorratsbehälter 1A und wird mit Hilfe einer Flüssigkeitstransportvorrichtung (hier als Pumpe 6 gezeigt) durch den Ladungs-Kollektor kombiniert mit Elektronenkollektor 4 in den Vorratsbehälter 1 B gepumpt. Ein Elektrolyt (ohne Partikel) wird aus dem Behälter 3A mit Hilfe der Pumpe 6 durch eine Luftelektrode 5 in den Vorratsbehälter 3B gepumpt. Luftelektroden werden in vielen Patentschriften beschrieben und besteht aus einem porösen, leitenden Material, vorzugsweise Graphit, oder Kohlefasergewebe, welches mit Elektrolytflüssigkeit getränkt bzw. benetzt ist und ein Durchfluten von Luftsauerstoff erlaubt.

In bisherigen Schriften wird die Luftkathode jedoch immer unmittelbar neben der Anode angeordnet, lediglich durch eine ionendurchlässige Membrane oder ein Diaphragma getrennt. Auch Schriften wie die DE698 04 236 T2 sehen zwar die Verwendung von dispergiertem Zinkpulver als Anodenmaterial vor, jedoch steht die Zinkdispersion direkt in Kontakt mit einem Diaphragma, welches wiederum in Kontakt zur Luftkathode steht.

Bei Stackanordnungen, wo viele Zellen in Reihe geschalteten werden, ergeben sich komplizierte Anordnungen, um jeweils die Luft in jede Zelle durchleiten zu können.

Hingegen können bei der erfindungsmäßigen räumlich getrennten Anordnung von Luftkathoden und Anodendispersionen auch viele Zellen relativ einfach kombiniert werden.

Die elektrisch leitende Verbindung zwischen Elektrolyt der Anode und Kathode erfolgt (siehe Beispiel 11) erfindungsmäßig durch den„Elektronenkollektor"-Anteil des Ladungs-Kollektoren kombiniert mit Elektronenkollektor 4. Der Elektrolyt an der Luftkathode reichert sich zwar mit OH-Ionen an und das Metall wird auf der Anodenseite zum Hydroxid umgewandelt, da die Flüssigkeiten jedoch nicht stationär sind, sondern mechanisch abtransportiert werden, kommt der elektrische Stromfluss nicht zum Erliegen. Die entladenen bzw. verbrauchten Flüssigkeiten können an einem externen Ort wieder aufbereitet bzw. regeneriert werden.

Beispiel 6: Erfindunqsqemäße Ausführungsform einer Anordnung von zwei Halbzellen als Anordnung 6 (Fig. 7):

Beschreibt (als bevorzugte, da flexibel anordenbar) eine Metall-Luft Batterie oder Akku, mit ähnlichen Komponenten wie Anordnung 5, jedoch mit je Elektrode zirkulierenden Flüssigkeiten, wobei die Elektrolyte der Anode und Kathode unterschiedlicher Chemie (chemischer Zusammensetzung) sein können.

Beispiel 7: Erfindungsgemäße Ausführungsform einer Anordnung von zwei Halbzellen mit

Anordnung 7 (Fig. 8): Beschreibt eine Metall-Luft Batterie oder einen Akku, bei der/dem der Elektrolyt der Anode und der Kathode gleicher Chemie (chemischer Zusammensetzung) ist und er deshalb zwischen beiden Kammern zirkulieren kann.

Beispiel 8: Erfindunqsqemäße Ausführunqsform einer Anordnung von zwei Halbzellen mit Anordnung 8 (Fig. 9):

Beschreibt eine Metall-Luft Batterie oder einen Akku, bei der oder dem der Elektrolyt der Anoden- und Kathodenflüssigkeit zirkulieren kann, indem die Metallpartikel der Anodendispersion im Partikelabscheider 8 zurückgehalten werden und durch den entladenen Elektrolyt der Luftkathode 5 durchspült bzw. wieder verdünnt wird. Der Partikelabscheider 8 kann hierbei beispielsweise ein Hydrozyklon-Abscheider sein. Dieser kann auch 2-stufig ausgelegt sein, sodass er Metallpartikel, Elektrolyt trennt, aber auch das bei der Entladung entstandene Metallhydroxid, welches voluminöser und feiner anfällt als die Metallpartikel, abscheidet und aus dem Kreislauf entfernt.

Beispiel 9: Ausführunqsvariante eines Durchfluss-Ladungskollektor mit integriertem

Elektronenkollektor 4:

Ein erfindungsgemäßer Durchfluss-Ladungskollektor mit integriertem Elektronenkollektor 4 kann wie folgt ausgebildet sein (siehe auch Fig. 1 1 ):

1 . Der Durchfluss-Ladungskollektor kann eine runde oder eckige, oder beliebige Form haben. <

2. Das äußere Gehäuse kann aus Metall, einem Kunststoff oder anderem Material

bestehen.

3. Er wird durch die pumpfähige Elektrodenflüssigkeit (Dispersion), bestehend aus

Elektrolyt und Elektrodenpartikeln, durchflössen.

4. Er enthält Kanäle, Windungen, oder besteht aus einem porösen, oder gesinterten, stromleitenden Material, welches sich zur Elektrolytflüssigkeit innert verhält.

5. Er wird derartig mit der Elektrodendispersion durchströmt, sodass die Elektrodenpartikel (Partikel der Dispersion) möglichst mit den elektrisch leitenden Wänden des Kollektors in Berührung kommen und ihre Ladung austauschen können. Falls erforderlich geschieht dies auch mit Druck.

6. In dem Kollektor werden Stromleiter, welche zu den elektrisch leitenden Wänden des Ladungskollektors isoliert sind, derart platziert, dass sie nur mit einer relativ kleinen Oberfläche in den Flüssigkeitsstrom der Elektrodendispersion ragen bzw. allgemeiner mit diesem in Berührung kommen, z.B. gegenüber dem Ende des Isolators etwas zurückgezogen sein oder plan mit dem Ende abschließen) (siehe Fig. 1 1 ). Hierdurch kommen sie hauptsächlich nur mit dem Elektrolyten in Berührung und kaum mit den Elektrodenpartikeln. Sie fungieren somit als„Elektronenkollektor" und können den elektrischen Strom zum Elektrolyten des gegenteiligen Poles weiterleiten. Eine Berührung mit geladenen Partikeln ist unerwünscht und zu vermeiden, jedoch nicht signifikant negativ, wenn die Kontaktflächen der„Elektronenkollektoren" sehr klein gehalten werden im Verhältnis zur Kontaktfläche des gesamten Ladungskollektors (z.B. 1 :10 bis 1 :100 oder größer). Für die Weiterleitung der internen elektrischen Ladung reicht ein relativ kleiner Kontakt zum Elektrolyten.

Bei den zahlreichen existierenden Systemen finden teilweise sehr komplizierte, chemische Prozesse zwischen Elektroden- und Elektrolytbestandteilen statt.

Deshalb sollen nachfolgend die Vorgänge an der relativ einfachen Aluminium-Luft Batterie mit Wasser-Salz als Elektrolyten dargestellt werden:

Zwischen Aluminium und Sauerstoff besteht ein Redox-Potential wodurch Elektronen von der Aluminium-Elektrode zur Luft-Elektrode wandern. Mit diesem elektrischen Strom lässt sich ein Verbraucher betreiben.

Bei der erfindungsmäßigen Dispersionselektrode wandern die Elektronen von den

Aluminiumpartikeln bei Berührung mit dem Elektrodenkollektor zur Luftelektrode. Es besteht also eine Spannung zwischen Metallelektrodenkollektor und Luftelektrode, welche einen Verbraucher betreibt oder betreiben könnte.

Auf der„Aluminium-Seite":

Das Aluminium gibt 3 Elektronen ab an den Ladungskollektor.

Das Wasser des Elektrolyten bekommt 3 Elektronen von dem Elektronen-Kollektor der durch einen elektr. Leiter mit dem Elektronen-Kollektor der Luftelektrode verbunden ist.

AI = ΑΓ + 3 e Auf der„Luft-Seite":

Das Wasser des Elektrolyten nimmt zusätzlichen Sauerstoff auf, wodurch mit den

Elektronen aus der Elektrode OH ^" -lonen entstehen und wiederum Elektronen frei werden, welche durch den Elektronen-Kollektor zur„Aluminium-Seite" wandern.

2 H ₂ 0 + 0 ₂ = 4 OH ^" + 4 e ^"

Das Wasser der Elektrolytflüssigkeit auf der„Aluminium-Seite" bekommt diese Elektronen, wie anfangs erwähnt durch den Elektronen-Kollektor (elektr. Leiter) geliefert und bildet OH ^" - Ionen, welche sich mit dem Al ³⁺ zu AI(OH) ₃ verbinden.

Al ³⁺ + 3 OH ^" = AI(OH) ₃

Somit ist der Kreislauf geschlossen.

Die Elektronen kreisen, wobei auf der Aluminium-Seite AI(OH) ₃ gebildet wird und auf der „Luft-Seite" das Wasser durch die Bildung von OH ^" -lonen immer stärker alkalisch wird.

Um den Kreislauf aufrecht zu halten müssen auf der einen Seite die AI(OH) ₃ -lonen abtransportiert werden und metallisches Aluminium nachgeliefert werden (was durch Pumpen der Dispersion geschieht) und auf der anderen Seite die OHHonen entweder auch abtransportiert und durch frisches Wasser ersetzt werden, oder neutralisiert werden.

Bei einer klassischen Anordnung würden die OH ^' -Ionen durch eine Membrane von der Luftelektrode zur Metallelektrode wandern. Gleichzeitig würde die Membrane, da sie mit Elektrolyt getränkt ist, auch als elektrischer Leiter fungieren.

Ein Beispiel für einen erfindungsgemäßen Ladungskollektor zeigt Fig. 1 1 :

10 bedeutet dabei die mögliche Flussrichtung der Dispersion.

11 markiert die Kontaktflächen des Elektronenkollektors (praktisch mit elektrischem Leiter 12, der mit dem elektrischen Leiterelement 9 der vorstehenden Figuren verbunden oder identisch sein kann, und Isolator 13. 14 zeigt ein poröses, elektrisch leitendes Material, das durchlässig ist für die Partikeln der Elektrodendispersionen (Ladungskollektor). Auf diese Weise können Elektronen direkt über elektrischen Leiter 12 und den damit verbundenen elektrischen Leiter 9 ausgetauscht werden.

Beispiel 10: Beispiel 1 : Ein Aluminium-Ionen Akkumulator mit dispergierten Elektroden unter Verwendung der erfindungsmäßigen Anordnung 2:

Anodenflüssigkeit:

Eine ionische, wasserfreie Salzlösung, welche bei Raumtemperatur flüssig ist aus:

40% 1 -Ethyl-3-methylimidazolium Chloride ([EMIm]CI

60% Aluminiumpulver 50μιη

Kathodenflüssigkeit:

50% 1 -Ethyl-3-methylimidazolium Chloride ([EMIm]CI incl 1 ,8 Mol AICL3

50% Pyrolitisches Graphit

Bei den Anordnungen 3,4,7 und 8 kommunizieren zwar die beiden Elektrolytflüssigkeiten der Anode und Kathode über Elektrolytverbindungselemente. Die Verbindungskanäle

ermöglichen jedoch, im Unterschied zur klassischen Salzbrücke/Ionenbrücke mit

Diaphragmas an den Enden, die ein Fließen der Elektrolyten praktisch unmöglich macht, eine zwangsweise, dynamisch durch Pumpen erzeugte Strömung zum Zwecke des

Konzentrationsausgleiches zwischen den beiden Halbzellen. Der elektrische Stromkreis wird durch zusätzliche, den elektrischen Strom leitende Verbindungen (elektrische

Leiterelemente) zwischen den beiden Elektrodenkollektoren der Halbzellen geschlossen. Klassische lonenbrücken transportieren die Ionen statisch und schließen den Stromkreis. Die erfindungsgemäßen Anordnungen transportieren die Ionen dynamisch. Der Stromkreis wird durch zusätzliche elektrische Leiter geschlossen. Bei den Anordnungen 1 , 2, 5 und 6, die ohne Elektronenbrücken auskommen und wo außerdem unterschiedliche

Elektrolytlösungen je Halbzelle eingesetzt werden können, sind besonders bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.

/Ansprüche