CN112042027A - 具有至少一个电池单体和电极元件的氧化还原液流电池以及用于制造氧化还原液流电池的电极元件的导引结构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种氧化还原液流电池(10)，具有至少一个电池单体(18)，所述电池单体(18)被膜(20)分为半电池单体(22)，这些半电池单体(22)分别包括集流体(24)和电极元件(12)，所述电极元件(12)布置在相应的半电池单体(22)的能被电解质(26)流过的内部空间(28)中并且具有电极(14)和导引结构(16)，其中，用于导引电解质(26)的导引结构(16)集成在相应的电极(14)中。本发明还涉及一种用于制造氧化还原液流电池(10)的电极元件的至少一个导引结构的方法。

Description

具有至少一个电池单体和电极元件的氧化还原液流电池以及 用于制造氧化还原液流电池的电极元件的导引结构的方法

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的具有至少一个电池单体的氧化还原液流电池。此外，本发明还涉及一种根据权利要求15的前序部分的用于制造氧化还原液流电池的电极元件的至少一个导引结构的方法。

氧化还原液流电池也称为液体电池、湿电池或按照英语被称为Redox FlowBattery，氧化还原液流电池是蓄电池的一种实施方式。未来在存储来自可再生能量源的电能时，氧化还原液流电池可能非常重要，因为它可以存储诸如太阳能和/或风能之类的变动的能量并且在需要时又释放这类能量。氧化还原液流电池的典型特征是：化学能的存储不是像通常那样在固体中进行，而是在液体电解质中进行。液体电解质通常储存在两个单独的储液罐中并且在需要时可以转移到氧化还原液流电池的电池单体中。在电池单体的内部存在两个电极，即阳极和阴极。尤其传导离子的膜将电池单体隔成或分成两个半电池单体，其中，各一个电极布置在相应的半电池单体中。常用的氧化还原液流电池类型是全钒氧化还原液流电池，在该电池中，在两种电解质、即从阳极旁流过的电解质和从阴极旁流过的电解质中均含有钒化合物。在氧化还原液流电池的放电过程中，在阳极上发生如下氧化：

在放电过程中，在阴极上发生如下还原：

阴极获得在阳极上提供的电子，由此电流在两个电极之间流动。由于各自的电极反应，在两个半电池单体之间产生电荷不平衡，因此需要通过膜进行电荷交换。该反应在氧化还原液流反应中是可逆的，因此氧化还原液流电池可以被再充电。通常，这样的氧化还原液流电池不是包括仅一个电池单体，而是多个电池单体堆叠成所谓的电堆，由此可以实现例如多倍的功率。

氧化还原液流电池的优点在于，其存储容量可以独立于其电功率被优化。如此，存储容量主要与电解质储液罐的尺寸有关。电功率、即单位时间的电能的量可以以各种不同的方式被改善。例如通过优化电极、膜或一种或多种电解质或电堆的尺寸。

例如，电极应当具有较高的化学和机械稳定性。另外，电极应当具有特别高的导电性和特别大的活性表面。膜的主要功能是电荷平衡、即交换尤其可选择的离子。但在此不希望流过每个半电池单体的电解质与相应的另一电解质混合。在此，该膜还应当是化学稳定的并且具有低阻力。对电解质而言，离子的特别高的溶解度例如可能是有利的。

氧化还原液流电池的缺点例如可能是：出现高的电阻和/或离子电阻，这可能导致损失。此外，有限的反应动力学或高的扩散阻力同样可能导致损失。尤其在充电循环中，电压效率例如可能受到极化损失的影响。例如由于电子可能通过扩散过程在三相边界处重新排列，因此产生扩散阻力。因此，在整个电池单体或半电池单体内，在电解质中应当存在尽量相同的例如离子浓度和/或电子浓度，也就是说，电解质应当特别均匀。为了减少与浓度相关的损失，还可以提高电解质通过电池单体的体积流量。但这可能导致电池单体中的流体动力学压力损失增大。

在氧化还原液流电池中，所提到的损失可能全部在电极中或在电极与电解质之间的界面上同时出现。在常规的氧化还原液流电池中，电解质借助于所谓的流场(FlowField)被泵送至电极或通过电极。在这种情况下，流场构成导引结构，该导引结构作为电极元件的一部分布置在电极上，但与电极分离。

专利文献US 9 166 243 B2示出一种液流电池，其包括第一液体渗流电极、与第一液体渗流电极间隔的第二液体渗流电极以及离子交换膜。离子交换膜布置在第一电极与第二电极之间。第一和第二流场分别与相应的第一电极和第二电极相邻地布置，其中，这些流场具有具备至少部分地被堵塞的入口或出口的通道。

此外，专利文献US 8 808 897 B2示出全钒氧化还原液流电池的电极结构，其具有质子交换膜、两张石墨纸、两个石墨-毛毡单元、两块小板、两个石墨板、两个金属板和锁定装置。

本发明所要解决的技术问题是提供一种氧化还原液流电池，在该氧化还原液流电池中可以有利地将电解质运送至电极或通过电极。

该技术问题按照本发明通过根据权利要求1所述的氧化还原液流电池解决。权利要求15还公开了一种用于制造氧化还原液流电池的电极元件的导引结构的方法。本发明的具有适宜的扩展设计的有利的设计方案在其它权利要求中给出。

本发明的第一方面涉及一种氧化还原液流电池，其具有至少一个电池单体，所述电池单体被膜分为半电池单体。每个电池单体包括集流体和电极元件，所述电极元件布置在相应的半电池单体的能被电解质流过的内部空间中并且具有电极和导引结构。电解质可以有利地借助于泵被泵送或输送到相应的半电池单体中或通过相应的半电池单体，使得电解质可以流过半电池单体。

在此，为了将电解质特别有利地运送或输送至电极或通过电极，按照本发明，用于导引电解质的导引结构集成在相应的电极中。本发明基于以下认识，即，例如在氧化还原对具有特别快的反应动力学的电解质中，由于扩散过电压引起的损失可能占主导。目前为止存在的用于电解质流过电池单体的设计在此被证明是欠缺的。例如，在现有技术中，电解质一方面被直接泵送穿过电极，或者电解质在通道中被泵送经过电极旁边。在此，一方面叫穿流式(Flow-Through)结构，另一方面叫流经式(Flow-By)结构。

与此不同，在按照本发明的氧化还原液流电池中，导引结构与电极共同地、尤其一体式并且在内部构造。由此产生的优点是，不出现由于导引结构和电极的分离引起的接触电阻和由此产生的电压降，该电压降可能导致损失。此外可以实现电解质的混合，从而扩散阻力特别低。这由流体动力学的计算和试验系列支持，这些计算和试验系列还与类似地实施的联网的阻力网络的模拟模型(或者说仿真模型)一致。

在本发明的有利的设计方案中，所述电极设计为在其中集成有所述导引结构的无纺布和/或纸和/或泡沫和/或网状物和/或编织物和/或毛毡和/或海绵。电极可以由此或因此设计为对于电解质而言特别容易通过。此外，由此可以产生特别高的导电性，同时具有特别大的活性表面。氧化还原液流电池中的还原或氧化发生在所谓的三相边界处。因此，例如由于构成电极的材料的多孔性而造成的电极中的活性表面越大，还原或氧化可以越良好地进行。此外，通过使用无纺布和/或纸和/或泡沫和/或网状物和/或编织物和/或毛毡和/或海绵作为电极的基本结构实现了液体电解质在电极中的特别好的分布。石墨可以特别有利地用作基本结构和因此电极的材料或原料，从而电极可以设计为特别柔性并且具有特别多孔的形态。

在本发明的有利的设计方案中，所述导引结构由电极的不同的密度区域构造。换言之，尤其设计为无纺布的电极具有多个密度区域、即具有不同密度的区域。在此，相邻的密度区域分别具有彼此不同的密度。模拟计算指出，密度区域有利地相对彼此不对称地布置，以便促进电解质在电极中的分布。在此，相应的密度尤其可以受到电极的材料的孔隙率或纤维结构的影响。借助于不同的密度区域可以将一种或多种电解质有针对性地运送至反应面，该反应面尤其是电极的例如由多个孔形成的活性表面。另外可以将压力损失和由于扩散极化引起的损失保持得特别小。此外，电解质的涡流和/或均匀化或均质化可以通过密度区域发生。由于在电极中构造不同的密度区域，氧化还原液流电池还可以特别有利地以具有特别快的反应动力学的电解质运行。另外，所提到的优点也适用于具有常规电解质例如钒的氧化还原液流电池。

在本发明的有利的设计方案中，所述电极的相应的密度区域被绗缝。换言之，在电极的多孔的、尤其纤维结构化的材料、尤其无纺布和/或纸和/或上述基本结构中的另外的材料中，例如借助于纤维和/或线通过绗缝(Absteppen)构造相应的密度区域。通过绗缝密度区域可以特别久地运行氧化还原液流电池，因为密度区域通过绗缝能特别稳定地构造或特别稳定地形成。此外，氧化还原液流电池的成本可以通过绗缝例如保持得特别低。

在本发明的有利的设计方案中，电极中的密度区域借助于所述集流体的与电极接触的成形结构被压印。换言之，集流体在其至少一个外周侧或外表面上具有尤其三维的结构。该结构构成成形结构并且在氧化还原液流电池的组装状态下一定程度地作为阴模压在与其接触的电极上，从而通过压入在相应的电极中构造不同的密度区域。因此，相应的密度区域可以有利地设计为特别耐久，和/或成本可以保持得较低。

在本发明的有利的设计方案中，所述导引结构包括具有多边形的和/或环形的横截面的通道。换言之，在电极中集成或设置有尤其能够特别有利地被电解质可流过或流过的通道。通道的内部尤其不含构成电极的材料、即电极材料。通道的垂直于纵向延伸方向的面具有多边形的和/或环形的基面。在多边形的横截面的情况下，该横截面可以是均等或不均等的多边形。如果横截面是环形的，则该横截面既可以设计为圆形，也可以例如设计为椭圆形。通过导引结构的通道，电解质可以特别有利地运送通过电极并且此外在该电极中分布。

在本发明的有利的设计方案中，所述通道的垂直于通道的纵向延伸方向的横截面面积沿着该纵向延伸方向尤其连续地具有改变的尺寸。补充地或备选地，在本发明的有利的设计方案中，在通道壁上布置有成形元件，该成形元件在通道的至少一个局部区域中减小或增大所述横截面面积。换言之，通道可以设计为，使得通道沿着该通道的延伸方向改变或可以改变该通道的横截面面积，也就是说，横截面可以沿着电解质通过通道的流动方向变宽或变窄。还可以考虑的是，横截面先扩大并且随后缩小，以便沿流动方向观察紧接着再次扩大，或者反之，横截面先缩小并且随后扩大，以便沿流动方向观察紧接着再次缩小。至少一个附加地构造在通道壁上的成形元件可以例如是凹的隆起部或凸的凹陷部，因此，成形元件同样设计为至少部分地改变通道的横截面面积。通过改变通道的横截面面积可以改变流过通道的电解质的压力，以便例如产生电解质在通道中的涡流，这可以引起电解质中的混合或循环，由此，电解质的离子可以特别有利地在电极上被释放或获得。

在本发明的有利的设计方案中，所述通道的至少一个界面与所述电极的表面、尤其外表面的局部区域至少部分地叠合(Deckungsgleich)，所述至少一个界面尤其可以是通道壁的一部分。换言之，通道和电极共享例如相对于集流体的共同边界。由此能够例如将通道设计得特别大，使得通道可以至少在局部区域例如完全贯穿电极。由此例如可以特别有利地将电解质运送或导引至电极的各个单独的区域。

在本发明的有利的设计方案中，导引结构包括多个通道，其中，这些通道相对彼此大致平行地定向。也就是说，每个通道各自的纵向延伸方向与至少一个另外的通道的纵向延伸方向大致平行。在此，大致平行应当理解为：通道的纵向延伸方向相对于另外的通道最多移动一个小角度，因此例如这些通道的纵向延伸方向总体上例如沿着电极的纵向延伸方向定向。通过构造多个通道，电极、尤其电极的特定的局部区域可以特别有利地被尤其泵入或输入半电池单体中的电解质到达，从而例如可以特别有效率地利用电极的用于至少部分反应的内表面或反应面。由此，电极的整个容积例如可以以特别有利的方式有效地用于产生电流。

在本发明的有利的设计方案中，彼此相邻的通道分别具有不同的横截面面积，其中，相邻的通道的横截面面积相对彼此具有可预设的比例。换言之，如果第一通道具有第一横截面面积并且与第一通道相邻的第二通道具有第二横截面面积，则第一横截面面积与第二横截面面积不同。与第二通道相邻的第三通道具有与第二横截面面积不同的第三横截面面积。在此，第三横截面面积可以与第一横截面面积相同或不同。可预设的比例应当理解为：每个通道各自的横截面面积相对于分别相邻的通道具有相对彼此的某个确定的、有利的比例。模拟计算表明，可能有利的是，第一横截面面积的值为1，第二横截面面积的值例如为2，并且第三横截面面积的值为3。因此，可预设或预先确定的比例为1：2：3。因此，一个通道相对于另一个通道例如关于在多边形的通道横截面中的通道宽度或在圆的通道横截面中的通道直径可以具有固定的比例。由于尤其彼此相邻的通道的所提到的不同的横截面面积，电解质可以特别有利地分布在电极中。

在通道的有利的设计方案中，相邻的通道分别以相对彼此相同的距离布置。即，当第一通道和第二通道以及第二通道和第三通道分别相邻时，如果第一通道相对于第二通道具有第一距离，则第二通道与第三通道之间的距离等于该第一距离。相邻应当理解为：分别在第一通道和第二通道之间以及在第二通道和第三通道之间未布置有另外的通道。由于彼此相邻的通道之间的分别相等的距离，电极可以以特别有利的方式能够被均匀地供给电解质。

在本发明的有利的设计方案中，分别相邻的通道的距离沿电极的优选方向增大或减小。换言之，分别相邻的通道之间的距离沿优选方向增大，或者分别相邻的通道之间的距离沿优选方向变小。也就是说，当通道例如平行于电极的纵向延伸方向布置时，在第一通道和与第一通道相邻的第二通道之间，通道之间的沿电极的垂直于纵向延伸方向的横向方向的距离是第一距离，而第二通道和与第二通道相邻但不与第一通道相邻的第三通道之间的距离是第二距离，第二距离大于第一距离。沿优选方向与第三通道相邻的第四通道相对于第三通道具有第三距离，第三距离大于第二距离。在此可以选择电极的任意点作为优选方向的起点，因此例如沿电极的横向方向从中央开始，所述距离朝电极的相应的一端和朝电极的相应的另一端沿该横向方向增大或减小。由于通道之间的距离不同，尤其分别根据电解质引入半电池单体的方式，电解质可以以特别有利的方式运送至电极或运送通过电极。

在本发明的有利的设计方案中，多个通道相对彼此曲折地(或者说呈蜿蜒状地)布置并且至少部分地彼此直接连接。也就是说，各通道的纵向延伸方向相对于电极的纵向延伸方向不存在优选关系，因此，第一通道例如可以垂直于第二通道。替代地或附加地，第一通道的纵向延伸方向可以相对于另外的通道的纵向延伸方向倾斜地延伸。在此，导引结构的各个单独通道可以如此相对彼此布置或具有这样的扩展，使得至少两个通道在至少一个局部区域中沿着它们的扩展方向相交并且因此尤其是特别流体导通地彼此连接。由于通道在导引结构中的曲折布置，电解质可以以特别有利的方式可输送或被输送通过电极。

在本发明的有利的设计方案中，所述导引结构具有至少一个扩散器，电解质借助于所述扩散器能够运送至电极或者运送离开电极。通过至少一个扩散器可以发生电解质的转向或运送，因此电解质可以特别有利地借助于导引结构运送通过电极或者在运送通过电极之后可以例如特别有利地汇成流，从而电解质可以特别有效率地流过半电池单体。

本发明的第二方面涉及一种用于制造氧化还原液流电池的电极元件的至少一个导引结构的方法。其中，电极元件具有电极和用于导引电解质的导引结构。为了按照本发明制造导引结构并且由此获得氧化还原液流电池，电解质通过该导引结构可以特别有利地尤其导引通过相应的半电池单体和因此电极，为此按照本发明，电极通过增材制造方法来制造。备选或补充地，所述导引结构可以通过按照本发明的方法通过浇注具有嵌件的电极并且随后烧掉嵌件产生，从而导引结构可以特别有利地集成在电极中。备选或补充地，通过按照本发明的方法可以通过将导引结构压入到电极中来将导引结构集成到电极中。因此，导引结构例如可以通过3D打印方法制造，由此，电极中的导引结构一定程度可以以任意的方案设计并且可以设计为适应于电解质的相应的要求。在此，为了适当地确定3D结构可以使用借助于所提到的阻力网络的模拟。通过浇注并且随后烧掉那些尤其可用于导引结构中的通道的结构，可以特别精确地构造这些通道，由此在以后运行氧化还原液流电池时，该导引结构可以特别有利地运送电解质。通过将导引结构、尤其通道压入电极中并且尤其随后例如通过可用于构造密度区域的绗缝将该结构固定，导引结构可以例如特别廉价地制造。此外，无纺布或电极的所提到的其它基本结构尤其可以通过上述制造方式之一来制造。

本发明的第一方面的优点和有利的设计方案应当视为本发明的第二方面的优点和有利的设计方案，反之，本发明的第二方面的优点和有利的设计方案也应当视为本发明的第一方面的优点和有利的设计方案。

以下根据示意性的附图详细阐述本发明的实施例。在附图中：

图1示出按照本发明的氧化还原液流电池的示意图，其具有具备电极和导引结构的电极元件；

图2示出具有电极中的不同的密度区域的第一电极元件的示意图；

图3示出具有电极中的不同的密度区域的第二电极元件的示意图；

图4示出具有电极中的不同的密度区域的第三电极元件的示意图，这些密度区域由集流体压印；

图5示出具有大致平行的多个通道的第四电极元件的示意图；

图6示出具有多个通道的第五电极元件的示意图；

图7示出具有多个通道的第六电极元件的示意图，这些通道具有不同横截面面积；

图8示出具有曲折地布置的通道的第七电极元件的示意图；和

图9示意性地示出用于模拟通过氧化还原液流电池的半电池单体的电解质流的阻力计算的电路图。

图1示出具有电极元件12的氧化还原液流电池10的示意图，该电极元件12具有电极14和导引结构16。在此，氧化还原液流电池10具有至少一个电池单体18，该电池单体18被膜20分为两个半电池单体22。在此，在每个半电池单体22中布置有各一个电极元件12和各一个集流体24。每个电极元件12布置在相应的半电池单体22的可被电解质26通流的内部空间28中并且包括电极14和导引结构16。集流体24用于截取在电池单体18中在两个半电池单体22之间流动的电流，以便例如提供给耗电器30。另一方面，如果例如不应当考虑更换电解质26以便对氧化还原液流电池10充电，则可以通过集流体24对氧化还原液流电池10充电。

氧化还原液流电池10还具有储液罐32，在储液罐中分别可储存用于半电池单体22的电解质26。借助于泵装置34可以将相应的电解质26通过管路36输送到相应的半电池单体22中。电解质26被输送通过电池单体的相应的内部空间28并且在此流动通过电极14或从电极14旁边流过。在此，电解质26在一个半电池单体22中例如带正电并且在另一个半电池单体22中例如带负电，因此通过尤其是离子交换膜的膜20可以产生带电粒子交换，从而可以在集流体24上截取电流例如用于耗电器30。电解质26随后继续流动通过相应的半电池单体22并且从该半电池单体流出并且又被输送至储液罐32。

在氧化还原液流电池10的运行的过程中可能产生损失，该损失例如可能降低电效率或电压。这些损失可能发生在氧化还原液流电池10的不同部位并且具有不同的原因。例如可能出现高电阻或高的离子阻力或有限的反应动力学或高的扩散阻力。另外可能出现尤其电解质26的体积流量中的与浓度相关的损失。

为了将损失保持得特别小并且特别有利地将电解质26运送至电极14或通过电极14或者让电解质26流动通过电极14，用于导引电解质26的导引结构16集成在相应的电极14中。

在此，电极14优选设计为无纺布和/或纸和/或泡沫和/或网状物和/或编织物和/或毛毡和/或海绵。也就是说，电极14至少由尤其柔性的多孔材料构成，或者电极14具有多孔的基本结构，其中，尤其根据使用的电解质26，该材料可以尤其具有碳。导引结构16因此集成在无纺布和/或纸和/或泡沫和/或网状物和/或编织物和/或毛毡和/或海绵中。

如果省去电极14中的导引结构16，像在现有技术中的情况那样，则不能实现电解质26的最佳分布。这会导致电解质流沿着膜20的不均匀的分布，并且在电池单体18的充电或放电过程中导致电解质26在其载液中的浓度差别并且因此最终导致扩散损失升高。

图2示出具有电极14中的不同的密度区域38的第一电极元件12的示意图。在例如设计为无纺布的电极14中构造不同的密度区域38，其中，相邻的密度区域38分别具有彼此不同的密度，由此在电极14中例如发生电解质26的涡流和/或均匀化。如此，电解质26例如可以被均质化，从而在电解质26中可以存在离子的特别均匀的分布，由此还原或氧化可以在由电极14的多孔性提供的大的内表面上尽可能到处发生。由此，扩散电压或极化损失有利地特别低。

图3示出具有电极14中的不同的密度区域38的备选的布置方式的第二电极元件12的示意图。电极14的相应的密度区域38有利地绗缝，由此该密度区域尤其设计为形状特别稳定并且因此耐久。通过尤其阻力网络的各种不同的模拟计算业已证明，分别根据使用的电解质26和例如是还原剂的活性物质的分布，导引结构16中的密度区域38的不对称的结构可能是有利的，该阻力网络的一个例子在图9中示出。

分别根据使用的例如可以包含钒或聚合物的电解质26，导引结构16的如图3所示的对称结构也可能是有利的。电解质26可以有利地通过未示出的扩散器运送至电极元件12。作为示例性示出的密度区域38的补充或备选，该扩散器可以构成导引结构16的另外的部分。因此可以例如通过扩散器或扩散装置如下地改变电解质26的电解质流，即，能够实现电解质26更好的混合，由此可以将扩散损失保持得特别低。

通过因此密度可变的、尤其可以具有无纺布的基本结构的电极14的密度区域38可以将电解质26有针对性地运送至至少一个反应面。可以是电极14上的区域的三相边界可以视为反应面，用于在氧化还原液流电池10中获得电流的至少部分氧化还原反应可以在该区域上进行。此外，由于导引结构16在电极14中的密度变化，压力损失可以保持得特别低，并且附加地或替代地，扩散极化可以保持得特别低。产生密度区域的一种方案是绗缝，因此密度可变的电极14或用于电极14的材料在其制造时就可以具有导引结构16。图4示出对此的替代方案。

图4示出具有电极14中的不同的密度区域38的第三电极元件12的示意图，其中，密度区域38被集流体24压印到电极14中。为此，集流体24具有成形结构40。成形结构40可以例如由三维的凸纹构造，该凸纹位于集流体24的朝向电极14的表面上或者布置在该表面处或该表面上。因此，导引结构16的至少一部分可以通过集流体24在装入氧化还原液流电池10中期间压入电极材料的过程中通过压入获得不同的压制密度，电极14由该电极材料构成并且该电极材料具有均匀的密度。由此，在氧化还原液流电池10中，导引结构16特别有利地并且形状稳定地可集成或集成在电极14中。

图5示出具有大致平行的多个通道42的第四电极元件12的示意图。导引结构16有利地包括至少一个具有多边形的和/或环形的横截面的通道42。在这种情况下，通道42的至少一个界面可以有利地设计为与电极14的表面、尤其外部的、外周侧的表面的局部区域至少部分地叠合。通过将通道42设置在电极14中，尤其与现有技术相比，电极元件12可以特别有利地一体式构造。在此，外部的表面不是由电极材料的多孔性提供的内部的表面，而是外部的表面是朝向周围环境界定电极14的几何形状的面。

由于通道42，待输送通过电极14的电解质26受到的流动阻力特别低。由此，电解质可以特别有利地被运输到电极14的相应的反应面。由于电极14的多孔性，在电极14内离开通道42的地方存在与通道42相比更大的流动阻力。因此，电解质26借助于通道42是特别可移动的并且可有利地输送。在此，通道42设计为，使得电解质26以相应的、通过通道42的设计定义的份额被输送通过通道42，并且因此每个可定义的份额可以到达电极14的相应的活性区域或相应的至少一个反应面。因此，通过导引结构16可以实现电极14中的明显较小的流动阻力，同时未明显减小用于电极14中的部分氧化还原反应的活性区域或反应面。

由于通道42在导引结构中相对彼此有利地、大致平行地定向，电解质26可以特别有利地被输送。为了实现通过电极14的尽可能均匀的电解质26的流，相邻的通道42可以优选以相对彼此相同的距离布置。如图5所示，通道42分别交替地朝向图上端敞开，并且相邻的并排的通道42朝向图5中的图平面的下边缘敞开，从而这些通道42以啮合的样式布置，其中，相邻的通道42之间的距离44分别保持相同并且这些通道42分别具有相同的直径或横截面面积46。优选地，通道42的直径可以尤其具有1至3毫米的宽度或直径，其中，直至5毫米或更大的直径例如也可以实施。

图6示出具有多个通道42的第五电极元件12的示意图。此处，相邻的通道42分别具有不同的横截面面积46，其中，相邻的通道42的横截面面积46相对彼此具有可预设的比例。此外，分别相邻的通道42之间的距离44选择为，使得该距离沿电极14的优选方向48增大。

图7示出具有多个通道42的第六电极元件12的示意图，这些通道具有不同横截面面积46。在此，每个通道42的垂直于通道42的纵向延伸方向50的相应的横截面面积46沿着该纵向延伸方向50如此设计，使得相应的横截面面积46的尺寸沿着该纵向延伸方向、尤其连续地改变。备选地，至少一个成形元件52布置在通道壁54上，使得横截面面积46至少在通道42的某个局部区域中减小或增大。相应的例如可以设计为凹或凸的隆起部或凹陷部的成形元件52的布置例如可以用作相应的通道42中的减压器。

图8示出具有曲折布置的多个通道42的第七电极元件12的示意图。有利地，多个通道42可以相对彼此曲折地布置并且至少部分地尤其流体导通或电解质导通地彼此直接连接。

总之，通道42或由多个通道42构成的装置可以设计为，使得相邻的通道42的通道宽度具有例如1比2比3的固定比例，其中，相邻的通道42理解为：相对于第一通道42构造第二通道42并且在第一通道42和第二通道42之间不设置有第三通道42。通过使用提到的扩散器可以实现电解质26在多个通道42上的不同的分布。因此例如可以实现电解质26在1比2至比3的情况下的分布，或者例如可以实现从电极14的内部的、即更靠近电解质26的膜20布置的局部区域向电极14的外部的、即更远离该膜20的局部区域，每通道42流量增加30％。因此，集成在电极元件12的电极14中的导引结构16可以设计为，使得电解质26的电极14中的相应的流动方向与半电池单体22的内部空间28中的位置无关，从而使电池单体18或相应的半电池单体22各自的内部空间28内的每个任意的位置都可以流过电解质26的相同的体积流量。

通过电极元件12的导引结构16的所示实施方式可以例如将电极14内的流体动力学阻力减小多达10倍。每个通道42的相应的横截面面积46例如可以有利地改变，使得每通道42变化达到30％，从而从外部向内部或者说从电解质26流入半电池单体22的位置向电解质26从半电池单体22流出的位置，直至30％的面积增加或者说在横截面面积46的改变中从0至30％的值是有利的。面积增加或面积减小也可以大于30％。

图9示意性地示出用于模拟通过氧化还原液流电池10的半电池单体22的电解质流的阻力计算的电路图56。通过模拟计算可以检验导引结构16的在附图中示出的实施方式及其优点。为此，SPICE程序的派生工具用于计算。在该模拟模型中，电压V相当于泵送功率，该泵送功率表示通过电池单体18的电解质26的流量。该模拟模型中的电流强度I相当于材料流量、即通过某个面积或通流容积被输送通过电池单体18的电解质26的实际量。

Claims (15)

1.一种氧化还原液流电池(10)，具有至少一个电池单体(18)，所述电池单体(18)被膜(20)分为半电池单体(22)，这些半电池单体(22)分别包括集流体(24)和电极元件(12)，所述电极元件(12)布置在相应的半电池单体(22)的能被电解质(26)流过的内部空间(28)中并且具有电极(14)和导引结构(16)，

其特征在于，

用于导引电解质(26)的导引结构(16)集成在相应的电极(14)中。

2.根据权利要求1所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述电极(14)设计为在其中集成有所述导引结构(16)的无纺布和/或纸和/或泡沫和/或网状物和/或编织物和/或毛毡和/或海绵。

3.根据权利要求1或2所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述导引结构(16)由所述电极(14)的不同的密度区域(38)构造。

4.根据权利要求3所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述电极(14)的相应的密度区域(38)被绗缝。

5.根据权利要求3或4所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，通过所述集流体(24)的与电极(14)接触的成形结构(40)，电极(14)中的密度区域(38)借助于所述成形结构(40)被压印。

6.根据前述权利要求中任一项所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述导引结构(16)包括具有多边形的和/或环形的横截面的通道(42)。

7.根据权利要求6所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述通道(42)的垂直于通道(42)的纵向延伸方向(50)的横截面面积(46)沿着该纵向延伸方向(50)尤其连续地具有改变的尺寸，和/或至少一个成形元件(52)布置在通道壁(54)上，所述成形元件(52)在通道(42)的至少一个局部区域中减小或增大所述横截面面积(46)。

8.根据权利要求6或7所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述通道(42)的至少一个界面与所述电极(14)的表面的局部区域至少部分地叠合。

9.根据权利要求6、7或8所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述导引结构(16)包括多个通道(42)，其中，这些通道(42)相对彼此大致平行地定向。

10.根据权利要求9所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，相邻的通道(42)分别具有不同的横截面面积(46)，其中，相邻的通道(42)的横截面面积相对彼此具有可预设的比例。

11.根据权利要求9或10所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，分别相邻的通道(42)以相对彼此相同的距离(44)布置。

12.根据权利要求9至11所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，分别相邻的通道(42)的距离(44)沿电极(14)的优选方向增大或减小。

13.根据权利要求6至12所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，多个通道(42)相对彼此曲折地布置并且至少部分地彼此直接连接。

14.根据前述权利要求中任一项所述的氧化还原液流电池(10)，其特征在于，所述导引结构(16)具有至少一个扩散器，电解质(26)借助于所述扩散器能够运送至电极(14)或者从电极(14)运送。

15.一种用于制造氧化还原液流电池(10)的电极元件的至少一个导引结构的方法，所述电极元件具有电极(14)和用于导引电解质(26)的导引结构(16)，

其特征在于，

通过电极(14)的增材式制造和/或通过浇注带有嵌件的电极(14)并且随后烧掉嵌件和/或通过将导引结构(16)压入到电极(14)中来将导引结构(16)集成到电极(14)中。

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