DE102014103292A1 - Composite of electrochemical cells - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verbund (20) von elektrochemischen Zellen (26, 26a, 26b), insbesondere für eine Redox-Flussbatterie, angegeben, mit seriell verschalteten Zellen (26, 26a, 26b), die jeweils eine anodische Halbzelle (27, 28a, 27b) und eine angrenzende kathodische Halbzelle (28, 27a, 28b) aufweisen, die durch eine ionenleitende Membran (22) miteinander verbunden sind, und mit Elektroden (18, 18a, 18b, 18c), die sich in den Halbzellen erstrecken, wobei die Halbzellen jeweils von einer elektrisch isolierenden Zellwand (12) umschlossen sind und mit elektrochemisch aktivem Medium gefüllt sind, und wobei ausgewählte benachbarte Halbzellen (28, 28a; 27a, 27b) durch monolithische Elektroden (18a, 18b) seriell miteinander verschaltet sind.The invention relates to a composite (20) of electrochemical cells (26, 26a, 26b), in particular for a redox flow battery, with cells (26, 26a, 26b) connected in series, each having an anodic half-cell (27, 28a, 27b ) and an adjacent cathodic half cell (28, 27a, 28b) interconnected by an ion conducting membrane (22) and electrodes (18, 18a, 18b, 18c) extending in the half cells, the half cells are each enclosed by an electrically insulating cell wall (12) and filled with electrochemically active medium, and wherein selected adjacent half-cells (28, 28a, 27a, 27b) are connected in series with one another by monolithic electrodes (18a, 18b).
Description
Die Erfindung betrifft einen Verbund von elektrochemischen Zellen, insbesondere für eine Redox-Flussbatterie, mit seriell verschalteten Zellen, die jeweils eine anodische Halbzelle und eine angrenzende kathodische Halbzelle aufweisen, die durch eine ionenleitende Membran miteinander verbunden sind, und mit Elektroden, die sich in den Halbzellen erstrecken, wobei die Halbzellen jeweils von einer elektrisch isolierenden Zellwand umschlossen sind und mit elektrochemisch aktiven Medien gefüllt sind.The invention relates to a composite of electrochemical cells, in particular for a redox flow battery, with series-connected cells, each having an anodic half-cell and an adjacent cathodic half-cell, which are interconnected by an ion-conducting membrane, and with electrodes which are in the Half cells extend, wherein the half-cells are each enclosed by an electrically insulating cell wall and filled with electrochemically active media.
Eine Redox-Flussbatterie (auch "Redox-Flow-Zelle" genannt) speichert elektrische Energie in chemischen Verbindungen, indem die Reaktionspartner in einem Lösungsmittel in gelöster Form vorliegen. Wie etwa aus der
Die Halbzellen werden von einer dünnen, ionenleitenden Kunststoffmembran getrennt. Die koplanar gestapelten Zellen werden meist über Bipolarplatten aus einem Kohlenstoff-Kunststoff-Komposit miteinander elektrisch leitend verbunden, die gleichzeitig einen Austausch der Elektrolyte zwischen zwei Zellen verhindern. Um den Kontaktwiderstand zwischen den Bipolarplatten und den porösen Elektrodenmaterialien (typischerweise Graphitfilz) zu minimieren, werden die Komponenten senkrecht zu den Zellebenen verpresst. Dies führt zu einer unerwünschten Kompression des porösen Elektrodenmaterials, was den hydrodynamischen Flusswiderstand in der Zelle erhöht und auf die Dauer das poröse Elektrodenmaterial zerbröselt. Ferner werden die Funktionsmaterialien koplanar gestapelt. Um das System fluiddicht aufzubauen, sind an den Grenzflächen zwischen den Funktionsmaterialien Dichtungen nötig.The half cells are separated by a thin, ion-conducting plastic membrane. The cells stacked coplanar are usually electrically connected to each other via bipolar plates made of a carbon-plastic composite, which simultaneously prevent an exchange of electrolytes between two cells. To minimize the contact resistance between the bipolar plates and the porous electrode materials (typically graphite felt), the components are pressed perpendicular to the cell planes. This results in undesirable compression of the porous electrode material, which increases the hydrodynamic flow resistance in the cell and, over time, crumbles the porous electrode material. Furthermore, the functional materials are stacked coplanar. In order to build up the system in a fluid-tight manner, seals are required at the interfaces between the functional materials.
Gemäß der
Die bekannten Verbunde von elektrochemischen Zellen, die insbesondere bei Redox-Flussbatterien verwendet werden, weisen somit erhebliche Nachteile auf, insbesondere einen komplizierten Aufbau, einen hohen Innenwiderstand und eine geringe Effizienz des elektrochemischen Zellverbunds.The known composites of electrochemical cells, which are used in particular in redox flow batteries, thus have significant disadvantages, in particular a complicated structure, a high internal resistance and a low efficiency of the electrochemical cell assembly.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten Verbund von elektrochemischen Zellen zu schaffen, bei dem die Zellen seriell miteinander verschaltet sind und womit sich ein vereinfachter Aufbau und insbesondere ein verringerter Innenwiderstand ergibt.Against this background, the invention has for its object to provide an improved composite of electrochemical cells in which the cells are connected in series with each other and what with a simplified structure and in particular a reduced internal resistance results.
Diese Aufgabe wird durch einen Verbund von elektrochemischen Zellen, insbesondere für eine Redox-Flussbatterie, gelöst, mit seriell verschalteten Zellen, die jeweils eine anodische Halbzelle und eine angrenzende kathodische Halbzelle aufweisen, die durch eine ionenleitende Membran miteinander verbunden sind, und mit Elektroden, die sich in den Halbzellen erstrecken, wobei die Halbzellen jeweils von einer elektrisch isolierenden Zellwand umschlossen sind und mit elektrochemisch aktiven Medien gefüllt sind, und wobei ausgewählte benachbarte Halbzellen durch monolithische Elektroden seriell miteinander verschaltet sind.This object is achieved by a combination of electrochemical cells, in particular for a redox flux battery, with series-connected cells, each having an anodic half-cell and an adjacent cathodic half-cell, which are interconnected by an ion-conducting membrane, and with electrodes, the extend in the half-cells, wherein the half-cells are each enclosed by an electrically insulating cell wall and are filled with electrochemically active media, and wherein selected adjacent half-cells are connected in series by monolithic electrodes.
Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.
Durch die serielle Verschaltung von ausgewählten benachbarten Halbzellen mittels monolithischer Elektroden kann auf die Verwendung von Bipolarplatten zur Verbindung der Zellen verzichtet werden. Auf diese Weise ergibt sich eine deutliche Vereinfachung des Aufbaus und gleichzeitig eine Reduzierung des Innenwiderstands des Zellverbundes.By the serial connection of selected adjacent half cells by means of monolithic electrodes can be dispensed with the use of bipolar plates for connecting the cells. In this way, there is a significant simplification of the structure and at the same time a reduction of the internal resistance of the cell assembly.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich die Membran in einer Ebene, wobei auf einer ersten Membranseite abwechselnd anodische und kathodische Halbzellen aneinander angrenzend entlang der Membran angeordnet sind, wobei auf einer zweiten Membranseite komplementär kathodische und anodische Halbzellen aneinander angrenzend entlang der Membran angeordnet sind, so dass entlang der Membran eine Folge von aneinander angrenzenden Zellen alternierender Orientierung gebildet ist, wobei abwechselnd jeweils angrenzende Halbzellen auf einer Membranseite gegeneinander isoliert sind und die zugeordneten Halbzellen auf der anderen Membranseite über eine monolithische Elektrode miteinander elektrisch verbunden sind, so dass sich ein mäanderartiger Strompfad durch die Zellen ergibt.According to a further embodiment of the invention, the membrane extends in a plane, alternately anodic and cathodic half-cells being arranged adjacent to one another along the membrane on a first membrane side, complementary cathodic and anodic half-cells being arranged adjacent to one another along the membrane on a second membrane side, such that along the membrane a series of contiguous alternating orientation cells is formed, each alternating adjacent half-cells are isolated on a membrane side against each other and the associated half-cells are electrically connected to each other on the other side of the membrane via a monolithic electrode, so that a meandering current path results through the cells.
Der mäanderartiger Strompfad verläuft vorzugsweise abwechselnd jeweils von einer Halbzelle auf der einen Membranseite durch die Membran in die zugeordnete Halbzelle auf der anderen Membranseite, von dort über eine monolithische Elektrode in die angrenzende Halbzelle auf derselben Membranseite, von dort durch die Membran zurück zur gegenüberliegenden Membranseite in die zugeordnete Halbzelle, von wo aus sich der Strompfad in Abhängigkeit von der Anzahl der entlang der Membran angeordneten Halbzellen entweder in entsprechender Weise fortsetzt oder über eine Elektrode durch eine Zellwand nach außen geführt ist.The meandering current path preferably runs alternately from one half cell on the one membrane side through the membrane into the associated half cell on the other membrane side, from there via a monolithic electrode into the adjacent half cell on the same membrane side, from there through the membrane back to the opposite membrane side in FIG the associated half-cell, from where the current path, depending on the number of half-cells arranged along the membrane, either continues in a corresponding manner or is conducted through an electrode through a cell wall to the outside.
Auf diese Weise wird ein kompakt und einfach aufgebauter Verbund von elektrochemischen Zellen bereitgestellt, die seriell miteinander verschaltet sind. Da benachbarte Zellen jeweils über eine monolithische Elektrode miteinander verschaltet sind, die in eine angrenzende Halbzelle eingreift, und im Übrigen der Strompfad jeweils von einer Halbzelle auf einer Seite der Membran durch die Membran zur anderen Seite der Membran in die zugeordnete Halbzelle verläuft, von der aus wiederum der Strompfad über die monolithische Elektrode in die benachbarte Halbzelle fortschreitet, ergibt sich ein äußerst kompakter Aufbau und ein geringer Innenwiderstand des Zellverbundes.In this way, a compact and simply constructed composite of electrochemical cells is provided, which are connected in series with each other. Since adjacent cells are each interconnected via a monolithic electrode, which engages in an adjacent half-cell, and incidentally, the current path in each case passes from a half-cell on one side of the membrane through the membrane to the other side of the membrane in the associated half-cell, from the In turn, the current path via the monolithic electrode in the adjacent half cell progresses, results in an extremely compact design and low internal resistance of the cell network.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weisen die Halbzellen jeweils Zuflussöffnungen und Abflussöffnungen zur Durchströmung mit elektrochemisch aktivem Medium auf.According to a further embodiment of the invention, the half-cells each have inflow openings and outflow openings for the flow through with electrochemically active medium.
Auf diese Weise kann ein aktiver Austausch des aktiven Mediums gewährleistet werden, wie etwa bei einer Redox-Flusszelle erforderlich.In this way, an active exchange of the active medium can be ensured, as required for example in a redox flow cell.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Querschnitte der Halbzellen entlang der Strömungsrichtung des elektrochemisch aktiven Mediums variiert, um einem Druckabfall entlang des jeweiligen Strömungsweges entgegenzuwirken.According to a further embodiment of the invention, the cross-sections of the half-cells along the flow direction of the electrochemically active medium are varied in order to counteract a pressure drop along the respective flow path.
Da sich der Druck entlang des Strömungsweges reduziert, kann durch eine Vergrößerung des Querschnittes in Strömungsrichtung einer Verlangsamung der Fließgeschwindigkeit entgegengewirkt werden.Since the pressure along the flow path is reduced, increasing the cross-section in the flow direction can counteract a slowing down of the flow velocity.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Zuflussöffnungen und die Abflussöffnungen an den Enden einer jeweiligen Halbzelle in Bezug auf eine sich darin erstreckende Elektrode auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode angeordnet.According to a further embodiment of the invention, the inflow openings and the outflow openings at the ends of a respective half cell are arranged on opposite sides of the electrode with respect to an electrode extending therein.
Auf diese Weise wird eine intensive Wechselwirkung des durch die Halbzelle strömenden elektrochemisch aktiven Mediums mit der Elektrode gewährleistet.In this way, an intensive interaction of the flowing through the half-cell electrochemically active medium is ensured with the electrode.
Bei einer alternativen Ausführung der Erfindung sind die Zuflussöffnungen und Abflussöffnungen auf derselben Seite der Membran an gegenüberliegenden Stirnseiten der jeweiligen Halbzelle angeordnet.In an alternative embodiment of the invention, the inflow openings and outflow openings are arranged on the same side of the membrane on opposite end faces of the respective half-cell.
Es hat sich gezeigt, dass auch auf diese Weise eine besonders intensive Durchströmung der Elektrode mit dem elektrochemisch aktiven Medium erreicht werden kann.It has been found that in this way too, a particularly intensive flow through the electrode with the electrochemically active medium can be achieved.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die monolithischen Elektroden als poröse Elektroden ausgebildet, die im Bereich der Durchführung durch die Zellwand jeweils mit einem Kunststoff zu einem fluiddichten, elektrisch leitfähigen Festkörper verdichtet sind, der fluiddicht mit der Zellwand verbunden ist. According to a further embodiment of the invention, the monolithic electrodes are formed as porous electrodes which are compressed in the region of the passage through the cell wall each with a plastic to a fluid-tight, electrically conductive solid, which is fluid-tightly connected to the cell wall.
Hierbei ist die Zellwand vorzugsweise als Kunststoffteil ausgebildet, das im Bereich der Durchführung jeweils stoffschlüssig und vorzugsweise formschlüssig mit der Elektrode verbunden ist.In this case, the cell wall is preferably designed as a plastic part, which is in the region of the passage in each case materially connected and preferably positively connected to the electrode.
Weiter bevorzugt sind ferner die Zellwand und die jeweilige Elektrode im Bereich der Durchführung als integrales Teil, vorzugsweise als integrales Spritzgussteil, ausgebildet.Further preferably, the cell wall and the respective electrode are formed in the region of the passage as an integral part, preferably as an integral injection-molded part.
Durch eine derartige Ausgestaltung der Elektroden im Bereich der Durchführung ist einerseits eine besonders einfache und zuverlässige fluiddichte Durchführung der Elektrode durch die Zellwand gewährleistet und andererseits eine besonders einfache Herstellung.Such a configuration of the electrodes in the region of the implementation on the one hand ensures a particularly simple and reliable fluid-tight passage of the electrode through the cell wall and, on the other hand, a particularly simple production.
Die Elektroden können vorteilhaft aus einem offenporigen Schaum, einem Filz, einem Vlies oder einem Gewebe bestehen.The electrodes can advantageously consist of an open-pore foam, a felt, a fleece or a fabric.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung bestehen die Elektroden aus einer Kohlenstoffmodifikation, insbesondere Graphit oder Kohlenstofffasern, einem Metall oder einer leitfähigen Keramik.According to a further embodiment of the invention, the electrodes consist of a carbon modification, in particular graphite or carbon fibers, a metal or a conductive ceramic.
Insbesondere Elektroden aus Graphit haben sich in Verbindung mit derartigen Zellverbunden als besonders wirksam erwiesen.In particular graphite electrodes have proven to be particularly effective in connection with such cell bonds.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden mit einem thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polypropylen oder Polyethylen, oder mit einem duroplastischen Kunststoff, insbesondere einem UV-aushärtbaren Kunststoff oder einem Zweikomponentenkleber, zumindest im Bereich der Durchführung verdichtet. Voraussetzung für den verwendeten Kunststoff ist die Beständigkeit im Elektrolyten, ohne dass schädliche Stoffe, wie etwa Weichmacher, ausgewaschen werden.According to a further embodiment of the invention, the electrodes are provided with a thermoplastic, in particular polypropylene or polyethylene, or with a thermosetting plastic, in particular a UV-curable plastic or a two-component adhesive, at least compressed in the region of the implementation. Prerequisite for the plastic used is the resistance in the electrolyte, without that harmful substances, such as plasticizers, are washed out.
Auf diese Weise ergibt sich eine besonders einfache Herstellung.In this way, a particularly simple production.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden im Wesentlichen parallel zu der Membran angeordnet.According to a further embodiment of the invention, the electrodes are arranged substantially parallel to the membrane.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden mattenförmig ausgebildet.In a further preferred embodiment of the invention, the electrodes are mat-shaped.
Auf diese Weise ergibt sich eine vorteilhafte Anordnung für die Elektroden und eine gute elektrochemische Wechselwirkung zwischen den Elektroden und dem durch die betreffenden Halbzellen strömenden elektrochemisch aktiven Medium.In this way, an advantageous arrangement for the electrodes and a good electrochemical interaction between the electrodes and the flowing through the respective half-cells electrochemically active medium results.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Zellwände und die Elektroden im Bereich der Durchführungen durch die Zellwände in einem gemeinsamen Formgebungsschritt verbunden, vorzugsweise durch Spritzgießen.According to a further embodiment of the invention, the cell walls and the electrodes are connected in the region of the passages through the cell walls in a common shaping step, preferably by injection molding.
Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Herstellung gewährleistet.In this way, a simple and inexpensive production is guaranteed.
Gemäß einer weitere Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden der ersten und der letzten in Serie miteinander verschalteten Zellen als poröse Elektroden ausgebildet, die im Bereich der jeweiligen Durchführung durch die Zellwand jeweils mit einem Kunststoff zu einem fluiddichten, elektrisch leichtfähigen, Festkörper verdichtet sind, der fluiddicht mit der Zellwand verbunden ist.According to a further embodiment of the invention, the electrodes of the first and the last connected in series with each other cells are formed as porous electrodes, which are compacted in the region of the respective passage through the cell wall each with a plastic to a fluid-tight, electrically conductive, solid, the fluid-tight connected to the cell wall.
Auf diese Weise ist auch die Kontaktierung der Elektroden außerhalb der Zellen auf einfache und zuverlässige Weise realisierbar.In this way, the contacting of the electrodes outside the cells in a simple and reliable manner can be realized.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden außerhalb der Zellwände mit einer Beschichtung aus einem elektrisch leitfähigen Material, vorzugsweise aus Kupfer oder Silber, versehen, vorzugsweise mit einer galvanisch applizierten Beschichtung oder mit einer aufgespritzten Beschichtung versehen.According to a further embodiment of the invention, the electrodes are provided outside the cell walls with a coating of an electrically conductive material, preferably of copper or silver, preferably provided with a galvanically applied coating or with a sprayed coating.
Auf diese Weise ergibt sich eine einfache und wirksame Kontaktierung der Elektroden außerhalb der Zellen.In this way results in a simple and effective contacting of the electrodes outside the cells.
Gemäß einer alternativen Ausführung der Erfindung sind die Elektroden mit Kontaktschichten versehen, die vorzugsweise über Ausnehmungen in den Kontaktschichten stoffschlüssig mit den porösen Elektroden verbunden und damit verpresst sind und durch die Zellwände nach außen geführt sind.According to an alternative embodiment of the invention, the electrodes are provided with contact layers, which are preferably connected via recesses in the contact layers cohesively with the porous electrodes and thus pressed and are guided by the cell walls to the outside.
Auch auf diese Weise lässt sich eine besonders einfache und wirksame Kontaktierung der Elektroden außerhalb der Zellen gewährleisten.In this way too, a particularly simple and effective contacting of the electrodes outside the cells can be ensured.
Eine Redox-Flussbatterie lässt sich in einfacher Weise unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verbundes aufbauen. Hierbei sind ein Speicher für einen Katolyten und ein Speicher für einen Anolyten vorgesehen, die jeweils über eine Pumpe und zugeordnete Leitungen mit den katodischen Halbzellen und den anodischen Halbzellen in Verbindung stehen, um diese zu durchströmen. Extern wird der Stromkreis über einen Verbraucher bzw. eine Spannungsquelle geschlossen, wobei die Verbindung über zugeordnete Elektrodenanschlüsse an der ersten und letzten Zelle des Verbundes erfolgt. Alle kathodischen Halbzellen und alle anodischen Halbzellen sind hierbei vorzugsweise strömungsmäßig parallel geschaltet und sind über entsprechende Verteiler mit den Speichern für den Katolyt bzw. den Anolyt gekoppelt.A redox flux battery can be constructed in a simple manner using the composite according to the invention. Here, a storage for a catholyte and an accumulator for anolyte are provided, which are in each case via a pump and associated lines with the cathodic half-cells and the anodic half-cells in communication to flow through them. Externally, the circuit is closed via a load or a voltage source, wherein the connection via associated electrode connections takes place at the first and last cell of the network. All cathodic half-cells and all anodic half-cells are in this case preferably connected in parallel in terms of flow and are coupled via corresponding distributors with the accumulators for the catholyte or the anolyte.
Ein erfindungsgemäßer Verbund aus elektrochemischen Zellen lässt sich auf einfache Weise herstellen, indem zunächst ein erster Halbverbund und ein zweiter Halbverbund jeweils mit einer Folge von Halbzellen durch ein Formgebungsverfahren, wie etwa Spritzgießen, aus Kunststoff hergestellt werden und dann unter Zwischenlage einer Membran miteinander verbunden werden, vorzugsweise stoffschlüssig, etwa durch Verspritzen oder Verkleben, oder formschlüssig, etwa durch Vernieten oder Verschrauben. A composite of electrochemical cells according to the invention can be produced in a simple manner by first producing a first half-composite and a second half-composite each having a sequence of half-cells by a shaping process, such as injection molding, from plastic and then bonding them together with the interposition of a membrane, preferably cohesively, for example by spraying or gluing, or positively, for example by riveting or screwing.
Auf diese Weise ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung des Zellverbundes gewährleistet.In this way, a particularly simple and cost-effective production of the cell composite is ensured.
In bevorzugter Weiterbildung dieses Verfahrens werden die Elektroden aus einem durchgehenden Elektrodenmaterial hergestellt, das in die zugehörige Form eingelegt wird, und in den Bereichen, in denen eine elektrische Isolierung zwischen benachbarten Halbzellen gewünscht ist, durch einen subtraktiven Bearbeitungsschritt, wie etwa Stanzen, Schneiden, Laserablation, Funkenerosion, entfernt wird.In a preferred development of this method, the electrodes are produced from a continuous electrode material which is inserted into the associated form and, in the regions in which electrical insulation between adjacent half-cells is desired, by a subtractive processing step, such as stamping, cutting, laser ablation , Spark erosion, is removed.
Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Einbindung der Elektroden an den Stellen, an denen monolithische Elektroden benachbarte Halbzellen miteinander verbinden sollen, und eine Trennung der Elektroden an den Stellen ermöglicht, an denen benachbarte Halbzellen elektrisch gegeneinander isoliert sein sollen.In this way, a simple and cost-effective integration of the electrodes at the locations where monolithic electrodes are intended to connect adjacent half-cells to one another, and a separation of the electrodes at the locations, where adjacent half-cells are to be electrically isolated from each other.
In alternativer Weise werden die Elektroden aus einem durchgehenden Elektrodenmaterial hergestellt, das in die zugehörige Form eingelegt wird und in den Bereichen, in denen eine elektrische Isolierung zwischen benachbarten Halbzellen gewünscht ist, durch eine bestimmte Formgebung der verwendeten Spritzgießform und eine entsprechende lokale Steuerung des Spritzdruckes lokal getrennt wird und durch eingespritzten Kunststoff isoliert wird.Alternatively, the electrodes are made of a continuous electrode material which is inserted into the associated mold and in the areas in which an electrical insulation between adjacent half-cells is desired, by a specific shape of the injection mold used and a corresponding local control of the injection pressure locally is separated and isolated by injected plastic.
Auf diese Weise lässt sich gezielt eine Unterbrechung der Elektroden in den gewünschten Bereichen gewährleisten und gleichzeitig eine Isolierung an diesen Stellen.In this way, a targeted interruption of the electrodes in the desired areas and at the same time provide insulation at these locations.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:
Außerhalb der Zellwand
In
Der Verbund
Es versteht sich, dass sich weitere Zellen anschließen können, wie in
In den jeweiligen Halbzellen erstrecken sich Elektroden
Die Anordnung der Zellen
Diese etwa aus porösem Graphitfilz bestehende Elektrode
An der ersten Zelle
Die einzelnen Halbzellen werden senkrecht zur Zeichenebene von elektrochemisch aktivem Medium durchströmt, wie beispielhaft bei der ersten anodischen Halbzelle
Dabei ist die Anordnung der Zuflussöffnungen
Eine Herstellung des Verbundes
Bei der Herstellung der beiden Halbverbunde
Da es sich bei der Elektrodenmatte um ein faserartiges Material, wie etwa Graphitvlies, handelt, kann in alternativer Weise die Trennung an den jeweiligen Bereichen der Elektrodenmatte auch durch eine bestimmte Formgebung der verwendeten Spritzgießform und eine entsprechende lokale Steuerung des Spritzdruckes während des Spritzgießverfahrens erreicht werden, wobei in dem getrennten Bereich Kunststoff mit eingespritzt wird, um die gewünschte Isolierung an der jeweiligen Stelle zu erhalten.Since the electrode mat is a fibrous material, such as graphite nonwoven, alternatively, the separation at the respective areas of the electrode mat can also be achieved by a specific shape of the injection mold used and a corresponding local control of the injection pressure during the injection molding process, wherein in the separate area plastic is injected with in order to obtain the desired insulation at the respective location.
Eine derartige Ausgestaltung führt zu einer weiteren Vereinfachung bei der Herstellung.Such a configuration leads to a further simplification in the production.
Zusätzlich zu dem so erzeugten Stoffschluss kann ggf. ein Formschluss etwa durch geeignete Hinterschneidungen erzeugt werden, um bei erhöhter Strömungsbelastung einer Desintegration entgegen zu wirken.In addition to the material bond produced in this way, it is possible, if necessary, to produce a form-fitting connection, for example by means of suitable undercuts, in order to counteract disintegration in the event of increased flow stress.
Anhand der
Während gemäß
Wie vorstehend bereits erläutert, wird die Elektrode
Anhand von
Der einzige Unterschied zum Verbund gemä0
In
Redox-Flussbatterien basieren auf dem Prinzip, dass zwei Elektrolyte durch die Halbzellen einer elektrochemischen Zelle strömen und dabei auf der Oberfläche der Elektroden ihre Oxidationsstufe ändern. Die bei den Halbzellreaktionen abgegebenen bzw. aufgenommenen Elektroden verrichten über einen externen Stromkreis Arbeit (Entladebetrieb) oder werden über den externen Stromkreis geladen (Ladebetrieb). Geschlossen wird der Stromkreis durch eine ionenleitfähige Trennschicht oder Membran, welche für den Ladungsausgleich zwischen den beiden Halbzellen sorgt.Redox flux batteries are based on the principle that two electrolytes flow through the half cells of an electrochemical cell, changing their oxidation state on the surface of the electrodes. The electrodes delivered or received during the half-cell reactions perform work (discharge operation) via an external circuit or are charged via the external circuit (charging operation). The circuit is closed by an ion-conductive separating layer or membrane, which ensures the charge balance between the two half-cells.
In
Für den Katolyt (positiv geladener Elektrolyt) und den Anolyt (negativ geladener Elektrolyt) sind getrennte Speicher
Aus Vereinfachungsgründen sind in
Der Stromkreis wird extern über Elektrodenanschlüsse
Es versteht sich, dass in der Regel weitere Zellen seriell mit dem Verbund
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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