ELEKTRISCHER ENERGIE MIT MINDESTENS EINEM SPEICHERELEMENT AUF DER BASIS EINES ELEKTROPLAX

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie mit mindestens einem Speicherelement. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung.

In der die Speichereinrichtungen zur Speicherung von elektrischer Energie kommen in sehr vielen Anwendungsgebieten, beispielsweise zur Zwischen speicherung von nur temporär verfügbaren regenerativen Energien, zur Energieversorgung von mobilen Anwendungen, in der Elektromobilität oder Ähnlichem, zum Einsatz. Bei den bekannten Energiespeichereinrichtungen kann es sich beispielsweise um Akkumulatoren, Batterien oder Ähnliches handeln. Bei Akkumulatoren wird beispielsweise beim elektrischen Laden elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt. Zum Betrieb eines Verbrauchers, also beim Entladen wird im Gegenzug gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgesetzt. Zur Herstellung eines Akkumulators werden verschiedene Materialien oder Materialkombinationen, wie beispielsweise Blei, Lithium-Ionen, Nickel-Metallhydrid oder ähnliche eingesetzt, wobei das verwendete Material oder die Materialkombination maßgebend für die Nennspannung des Akkumulators sein kann. Bei den zur Akkumulatorherstellung benötigten Materialien handelt es sich zumeist um nur zu einem geringen Anteil in der Erdkruste vorkommende und somit kostenintensiv und unter hoher Umweltbelastung zu fördernde Substanzen, wie beispielsweise Lithium. Insbesondere kann es durch die geringe Verfügbarkeit und einen steigenden Bedarf an diesen Materialien zu sehr hohen Preisen auf dem Weltmarkt kommen. Weiterhin kann es sich auch um toxische Materialien oder schwer zu recycelnde, bzw. zu entsorgende Komponenten wie Blei oder Cadmium handeln.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Speichereinrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie vorzuschlagen, bei der auf die Verwendung von toxischen und aufwendig fördernden Materialien verzichtet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einer Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit einem Verfahren zur Herstellung der Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 1 . Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie mit mindestens einem Speicherelement, bei der erfindungswesentlich vorgesehen ist, dass es sich bei mindestens einem Speicherelement um mindestens ein Elektroplax oder um eine Elektroplaxfaser handelt.

Die Energiespeichereinrichtung kann mindestens ein Speicherelement, vorzugsweise mehrere Speicherelemente aufweisen. Bei den Speicher elementen handelt es sich um Elektroplaxe. Ein Elektroplax kommt in der Natur beispielsweise bei Zitteraalen oder Zitterrochen vor. Hier können Spannungen von 860 V bei 1 A Stromstärke erreicht werden. Ein Elektroplax weist Muskelfasern also Elektroplaxfasern auf, wobei das Muskelgewebe nicht zur Kontraktion, sondern zur Generierung, Speicherung und Abgabe hoher Stromspannungen vorgesehen ist. Die elektrische Energie wird hierbei in den Faserwandungen des Elektroplax gespeichert. Zur Erhöhung der Speicher kapazität, weist die Wandung einer Elektroplaxfaser einseitig eine warzenförmige, also papillöse Struktur auf, während die andere Seite der Elektroplaxfaser glatt ausgebildet ist. Die einzelnen Elektroplaxfasern sind hierbei seriell geordnet, also in Form einer Reihenschaltung angeordnet um hohe Spannungswerte zu erreichen.

Ein Elektroplax bzw. eine Elektroplaxfaser eines Elektroplax weist hierbei einen positiven und einen negativen Pol auf. Durch die Verwendung von Elektroplaxen ist somit eine Speicherung von elektrischer Energie ermöglicht, ohne dass nur wenig verfügbare und somit kostenintensive Metalle oder toxische Stoffe zur Verwendung kommen. Durch die elektrischen Pole sind die Elektroplaxe bzw. die Elektroplaxfasern untereinander elektrisch kontaktierbar.

In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist die Energie speichereinrichtungen mindestens zwei in Reihe geschaltete Elektroplaxe oder Elektroplaxfasern auf. Viele elektrische Verbraucher benötigen zum Betrieb eine höhere elektrische Spannung als durch einen Elektroplax geliefert werden kann. Um eine erhöhte elektrische Spannung liefern zu können kann aus mehreren Elektroplaxen bzw. Elektroplaxfasern eine Reihenschaltung aufgebaut werden. Die Elektroplaxe werden durch die Verbindung eines positiven Pols eines Elektroplax bzw. einer Elektroplaxfaser mit dem negativen Pol eines weiteren Elektroplax bzw. einer Elektroplaxfaser in Reihe geschaltet. Je mehr Elektroplaxe in Reihe geschaltet werden, desto höher kann die zu erreichende elektrische Spannung sein.

In einer konstruktiven Weiterbildung der Erfindung weist die Energiespeicher einrichtungen mindestens zwei parallel geschaltete Elektroplaxe bzw. Elektroplaxfasern auf. Zur Erreichung höherer Stromstärken, können mehrere Elektroplaxe bzw. Elektroplaxfasern parallel geschaltet werden. Insbesondere können hierbei Reihenschaltungen aus mehreren Elektroplaxen parallel geschaltet werden, um höhere Stromspannungen und Stromstärken zu erreichen in einer Ausführungsform der Erfindung weist die Energiespeichereinrichtung mindestens einen Behälter auf, in dem Behälter ist ein elektrisch nichtleitendes Fluid aufgenommen, die Elektroplaxe und/oder die Elektroplax- fasern sind zumindest abschnittsweise in dem Behälter angeordnet und die Elektroplaxe und/oder die Elektroplaxfasern sind zumindest abschnittsweise, insbesondere vollständig, von dem Fluid umgeben. Die Energiespeicher einrichtung weist einen Behälter auf, in dem sich eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit befindet. In dieser Flüssigkeit sind die Elektroplaxe, vorzugsweise die in Serie und parallel geschalteten Elektroplaxe bzw. die Elektroplaxfasern angeordnet. Insbesondere weist die Flüssigkeit hierbei für organische Materialien konservierende Eigenschaften auf. Durch die Flüssigkeit ist insbesondere verhindert, dass die organischen Elektroplaxe durch einen Zersetzungsprozess unbrauchbar werden.

In einer Weiterbildung weist das Fluid konservierende Eigenschaften auf. Insbesondere weist das Fluid konservierende Eigenschaften gegenüber dem organischen Material der Elektroplaxe auf. Flierdurch ist verhindert, dass das organische Material durch natürliche Zersetzungsprozesse funktionsuntüchtig wird.

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht das Fluid zumindest teilweise aus einem Alkohol, insbesondere aus Ethanol. Bei dem nicht elektrisch leitenden Fluid kann es sich insbesondere um Ethanol oder um ein Ethanol aufweisende Flüssigkeitsgemisch handeln. Ethanol ist nicht elektrisch leitfähig und weist konservierende Eigenschaften auf. Zudem ist Ethanol in einer Vielzahl von Reinheitsgraden erhältlich, sodass hier ein für die Anwendung passender Reinheitsgrad kommerziell verfügbar ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroplaxe und/oder die Elektroplaxfasern künstlich hergestellt. Das Muskelgewebe der Elektroplaxe kann beispielsweise künstlich im Labormaßstab oder industriell hergestellt werden. Beispielsweise können die Elektroplaxe aus Zellkulturen gezüchtet werden. Beispielsweise können aber auch 3D-Druckverfahren oder ähnliche zum Einsatz kommen.

In einer Ausführungsform der Erfindung sind die Elektroplaxe und/oder die Elektroplaxfasern über Gewebefasern miteinander verbunden. Die Parallel schaltung von Elektroplaxen bzw. die Reihenschaltung von Elektroplaxen bzw. der Elektroplaxfasern kann über Gewebefasern der Elektroplaxe erfolgen. Insbesondere können sich die Fasern der Elektroplaxe hierbei selbstständig verbinden, sodass eine einfache Kontaktierung der einzelnen Elektroplaxe ermöglicht ist.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist der Behälter aus einem nicht elektrisch leitfähigen Material hergestellt. Um zu verhindern, dass die Reihenschaltungen und Parallelschaltungen der Elektroplaxe durch den Behälter kurzgeschlossen werden, ist dieser aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material, insbesondere einem Kunststoff gefertigt.

In einer konstruktiven Weiterbildung weist der Behälter mindestens zwei Kontaktbereiche an seiner Außenwandung auf, wobei jeder Kontaktbereich elektrisch leitend mit einem der elektrischen Pole mindestens eines Elektroplax und/oder einer Elektroplaxfaser verbunden ist. Das Gehäuse weist an seiner Außenwandung Kontaktbereiche, beispielsweise zur Kontaktierung eines Verbrauchers, auf. Die Kontaktbereiche stehen jeweils mit einem negativen oder einem positiven Pol eines oder mehrerer Elektroplaxfasern bzw. Elektroplaxe in Verbindung. Somit stellen die Kontaktbereiche den negativen und den positiven Pol der Energiespeichereinrichtung dar. Beispielsweise können die Kontaktbereiche an einander gegenüberliegenden Seiten der Außenwandung des Gehäuses angeordnet sein.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung mit mindestens einem Speicherelement, wobei es sich bei mindestens einem Speicherelement um mindestens einen Elektroplax und/oder um mindestens eine Elektroplaxfaser handelt, wobei erfindungs wesentlich vorgesehen ist, dass Elektroplaxfasern und/oder Elektroplaxe in Reihe geschaltet werden. Zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung können Elektroplaxe und/oder Elektroplaxfasern aus einem elektrischen Fisch, beispielsweise aus einem Zitteraal oder einem Zitterrochen entnommen werden und miteinander verbunden werden. Insbesondere kann hierbei eine Reihenschaltung der Elektroplaxfasern und/oder der Elektroplaxe hergestellt werden. Weiterhin ist es möglich, dass die Elektroplaxfasern und/oder die Elektroplaxe künstlich, beispielsweise durch ein 3D-Druckverfahren hergestellt werden.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die Elektroplaxfasern mit einem 3D-Druckverfahren erzeugt. Die Elektroplaxfasern und/oder die Elektroplaxe können mittels 3D-Druckverfahren hergestellt werden. Die gedruckten Elektro plaxfasern können in Reihe und auch parallel verschaltet werden, um höhere Spannungen und Stromstärken zu erreichen. Die elektrische Energie wird hierbei in den Faserwandungen der Elektroplaxe gespeichert. Durch ein 3D- Druckverfahren ist ein besonders kostengünstiges Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinrichtung gegeben.

In einer Weiterbildung des Verfahrens werden die für das 3D-Druckverfahren benötigten Informationen, insbesondere Erbgutinformationen, durch eine Blutentnahme erhalten. Durch die Blutentnahme einer Blutprobe von einem elektrischen Fisch, beispielsweise von einem Zitteraal, können Erbinformationen von dem elektrischen Fisch erhalten werden. Aus den Erbgutinformationen können entsprechend Informationen für das 3D- Druckverfahren erhalten werden, um die Elektroplaxe bzw. die Elektroplaxfasern in einem 3D-Druckverfahren hersteilen zu können.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Die schematischen Darstellungen zeigen: Figur 1 : eine Elektroplaxfaser mit positiven und negativen Pol;

Figur 2: eine Reihenschaltung von zwei Elektroplaxfasern; und

Figur 3: eine Reihenschaltung von Elektroplaxfasern in einem Behälter.

In Figur 1 ist eine Elektroplaxfaser 1 mit einem negativen Pol 2 und einem positiven Pol 3 dargestellt. Eine Seite 4 der Elektroplaxfaser ist hierbei warzenförmig, also papillös, ausgebildet, während die gegenüberliegende Seite 5 glatt ausgebildet ist.

In Figur 2 ist eine Reihenschaltung von zwei Elektroplaxfasern 1 gemäß Figur 1 dargestellt. Durch die Reihenschaltung von zwei Elektroplaxfasern kann eine Erhöhung der zu liefernden elektrischen Spannung erreicht werden.

In Figur 3 ist eine Reihenschaltung von Elektroplaxfasern gemäß Figur 1 in einem Behälter 6 dargestellt. Der Behälter 6 ist mit einer nicht leitenden Flüssigkeit 7, insbesondere mit Ethanol, gefüllt. Die Elektroplaxe 1 sind in der Flüssigkeit 7 angeordnet, wobei die Elektroplaxe 1 durch die Flüssigkeit konserviert werden.

Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen bzw. beanspruchten Merkmals kombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.