DE102020130693A1 - Bauteil für eine elektrochemische Zelle, sowie Redox-Flow-Zelle, Brennstoffzelle und Elektrolyseur - Google Patents

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Mehmet Oete
Bertram Haag
Jan-Peter Viktor Schinzel
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Bauteil (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) für eine elektrochemische Zelle, wobei das Bauteil (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) in Form einer Elektrode für eine Redox-Flow-Zelle (8) oder in Form einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle (90) oder einen Elektrolyseur oder in Form einer Fluiddiffusionslage (22a, 22b) für einen Elektrolyseur vorliegt, umfassend ein Substrat (2), das aus einem Material in Form eines Metallblechs (2a) und/oder eines Streckmetallgitters (2b, 2b') gebildet ist, wobei das Material aus einer Zinn-Nickel-Legierung oder einer Zinn-Silber-Legierung oder einer Zinn-Zink-Legierung oder einer Zinn-Bismut-Legierung oder einer Zinn-Antimon-Legierung gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Redox-Flow-Zelle (8), eine Brennstoffzelle (90) und einen Elektrolyseur.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bauteil für eine elektrochemische Zelle, wobei das Bauteil in Form einer Elektrode für eine Redox-Flow-Zelle oder in Form einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur oder in Form einer Fluiddiffusionslage für einen Elektrolyseur vorliegt. Das Bauteil umfasst ein Substrat, das aus einem Material in Form eines Metallblechs und/oder eines Streckmetallgitters gebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Redox-Flow-Zelle, eine Brennstoffzelle und einen Elektrolyseur.
  • Bauteile in Form von Elektroden sowie damit ausgestattete Redox-Flow-Zellen, insbesondere Redox-Flow-Batterien oder Flussbatterien, sind hinreichend bekannt. Die Redox-Flow-Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie, wobei die elektrische Energie in flüssigen chemischen Verbindungen beziehungsweise Elektrolyten, einem sogenannten Anolyt und einem sogenannten Katholyt, gespeichert vorliegt. Die Elektrolyte befinden sich in zwei Reaktionsräumen, die durch eine lonenaustauschmembran voneinander getrennt sind. Über diese Membran erfolgt ein Ionenaustausch zwischen Anolyt und Katholyt, wobei elektrische Energie frei wird. Die frei werdende elektrische Energie wird über je eine Elektrode, die in Kontakt zum Anolyten und Katholyten steht, abgegriffen. Die Elektrolyte werden in den Reaktionsräumen mittels Pumpen jeweils zirkuliert und fließen an der jeweiligen zugewandten Oberfläche der Membran entlang. Da die Elektrolyte in beliebig groß ausgeführten Tanks gespeichert werden können, ist die in der Redox-Flow-Batterie gespeicherte Energiemenge nur von der Größe der verwendeten Tanks abhängig.
  • Flussbatteriesysteme als Speichersysteme ermöglichen eine nachhaltige Energieversorgung für stationäre und mobile Anwendungsfelder mittels erneuerbarer Energien. Um hohe Wirkungsgrade und Leistungsdichten zu erreichen, werden möglichst kompakte Zellaufbauten in Batteriestacks angestrebt. Hohe Leistungsdichten stellen jedoch große Herausforderungen an die einzelnen Komponenten eines Batteriestacks dar.
  • Die WO 2018/145720 A1 beschreibt eine Elektrodeneinheit sowie eine Redox-Flow-Batterie, in welcher diese Elektrodeneinheit eingesetzt wird. Dabei ist unter anderem beschrieben, das Substrat der Elektrodeneinheit aus einem Kompositmaterial auszubilden.
  • Die WO 2018/146342 A1 offenbart verschiedene Elektrolyt-Zusammensetzungen auf Lignin-Basis zur Verwendung für Redox-Flow-Batterien.
  • Die Veröffentlichung „A biomimetic high-capacity phenazine-based anolyte for aqueous organic redox flow batteries“, Aaron Hollas et al., Nature energy, Vol. 3, Juni 2018, Seiten 508 - 514, beschreibt Anolyte für Redox-Flow-Batterien auf Basis wässriger „organischer“ Elektrolyte beziehungsweise auf Basis wässriger Elektrolyte mit einer redox-aktiven organischen Spezies. Diese gewinnen zunehmend an Bedeutung.
  • Derzeit werden als korrosionsbeständige Substrate für Elektroden von Redox-Flow-Batterien aufgrund der Verwendung stark basischer oder saurer Elektrolyte häufig plattenförmige Komposite aus Kunststoff und Graphit verwendet. Diese Substrate sind meist mit einer beidseitig aufgebrachten Kohlenstoffbeschichtung versehen oder es ist ein durchströmbarer Kohlenstoff-Filz zwischen der Membran und der Elektrode vorhanden. Eine Gesamtplattendicke der Elektrode im Bereich von etwa 0,7 - 1,2 mm ist dabei üblich. Solche Elektroden werden häufig in einem elektrisch isolierenden Kunststoffrahmen gehalten, was mit zusätzlichem Kostenaufwand für den Rahmen und das Montageverfahren verbunden ist. Die Größe und die Herstellungserfordernisse solcher Elektroden stehen einer platzsparenden und insbesondere kompakten Geometrie von Redox-Flow-Zellen und deren rationeller industrieller Fertigung derzeit im Wege.
  • Zum technischen Hintergrund wird hier auf die Veröffentlichung „Engineering aspects of the design, construction and performance of modular redox flow batteries for energy storage“, L.F. Arenas et al., Journal of Energy Storage 11 (2017), Seiten 119 - 153, verwiesen.
  • Aber auch andere elektrochemische Zellen, wie Brennstoffzellen und Elektrolyseure, insbesondere mit Polymerelektrolytmembranen, benötigen korrosionsbeständige Substrate im Bereich der Bipolarplatten und Fluiddiffusionslagen.
  • Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil in Form einer Elektrode für eine Redox-Flow-Zelle oder in Form einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle oder einen Elektrolyseur oder in Form einer Fluiddiffusionslage für einen Elektrolyseur bereitzustellen, das kostengünstig herzustellen ist. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine Redox-Flow-Zelle, eine Brennstoffzelle und einen Elektrolyseur mit mindestens einem solchen Bauteil bereitzustellen.
  • Die Aufgabe wird für das Bauteil umfassend ein Substrat, das aus einem Material in Form eines Metallblechs und/oder eines Streckmetallgitters gebildet ist, dadurch gelöst, dass das Material aus einer Zinn-Nickel-Legierung oder einer Zinn-Silber-Legierung oder einer Zinn-Zink-Legierung oder einer Zinn-Bismut-Legierung oder einer Zinn-Antimon-Legierung gebildet ist.
  • Es können unvermeidbare Verunreinigungen im ppm-Bereich in der Zinn-Nickel-Legierung oder der Zinn-Silber-Legierung oder der Zinn-Zink-Legierung oder der Zinn-Bismut-Legierung oder der Zinn-Antimon-Legierung vorhanden sein. Ein Zusatz mindestens eines weiteren Metalls mit einem Gehalt aller weiteren Metalle von insgesamt nicht mehr als 1 Gew.-% ist möglich.
  • Ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form der Elektrode ist insbesondere im neutralen und stark alkalischen, gegenüber einem Elektrolyten einer Redox-Flow-Zelle mit seinem Aktivmaterial elektrochemisch stabil. Es weist geringe Überspannungen gegenüber den erforderlichen Reaktionen in den Elektrolyten (sog. katalytische Aktivität) sowie geringste Grenzflächenwiderstände vergleichbar mit denen von Goldbeschichtungen auf. Das Bauteil in Form der Elektrode ist zudem kostengünstig mit wenigen Herstellschritten produzierbar.
  • Je nach Dimension einer Elektrode, einer Bipolarplatte oder einer Fluiddiffusionslage ist es vorteilhaft, zur Sicherstellung der mechanischen Stabilität mit zunehmender Fläche auch die Dicke zu erhöhen. So sind für solche Bauteile prinzipiell Metallbleche und Streckmetallgitter ab einer Dicke von 0,1 mm verwendbar. Es hat sich aber bewährt, wenn das Metallblech und das Streckmetallgitter jeweils in einer Dicke von maximal 5 mm ausgebildet ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Bauteils weist das Metallblech und/oder das Streckmetallgitter zumindest bereichsweise eine dreidimensionale Profilierung auf. Dies erhöht die später zur Verfügung stehende Kontaktfläche des Metallblechs oder Streckmetallgitters zu einem vorbeiströmenden Fluid.
  • Das Substrat kann lediglich ein Metallblech, lediglich ein Streckmetallgitter (gegebenenfalls in Kombination mit einer elektrisch leitenden, nicht von Fluid durchdringbaren Stützplatte, z.B. aus Nickel oder Graphit-Komposit) oder eine Kombination von Metallblech und Streckmetallgitter umfassen.
    Sofern nur ein Streckmetallgitter vorgesehen ist, das von einem Fluid durchströmbar ist, kann dieses zu einem Wickel aufgerollt, in Lagen übereinander gestapelt oder einlagig vorgesehen sein.
    Bei einer Kombination eines Metallblechs mit einem Streckmetallgitter wird das Streckmetallgitter dem Fluid zugewandt angeordnet, wobei vorzugsweise lediglich eine Klemmung zwischen Metallblech und Streckmetallgitter erfolgt. Allerdings kann das Streckmetallgitter zur Vereinfachung einer späteren Montage des Bauteils auch über einzelne Schweißpunkte an dem Metallblech angeheftet oder stellenweise mit dem Metallblech verklebt oder verlötet sein.
  • Bevorzugt weist das Substrat einseitig oder vorzugsweise beidseitig zumindest bereichsweise eine dreidimensionale Profilierung unter Ausbildung eines Flussfeldes auf. Die Einbringung eines solches Flussfeldes in ein Substrat ist durch Prägen oder dergleichen in kostengünstiger Weise möglich. Ein solches Flussfeld lenkt die Strömung eines Fluids in definierte Bahnen und ist gleichbedeutend mit einer dreidimensionalen Struktur im Bereich der Oberfläche des Substrats. Es sorgt für eine homogene Verteilung und Strömung des Fluids an und entlang einer Membrane.
  • Das Bauteil umfasst bevorzugt weiterhin eine Beschichtung, welche auf dem Substrat aufgebracht ist, wobei die Beschichtung entweder
    1. a) aus Kohlenstoff oder Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung oder einem Metallnitrid oder mindestens einem Material aus der Gruppe umfassend Hafnium, Niob, Tantal, Bismut, Nickel, Zinn, Zinn-Nickel-Legierung, gebildet ist oder
    2. b) aus einer homogenen oder heterogenen festen Lösung oder Verbindung aus mindestens einer der Materialienkombinationen aus der Gruppe gebildet ist umfassend: Ir-C, Ir-Ru-C, Ru-C, Ag-C, W-C, Cu-C, Mo-C, Cr-C, Mg-C, Pt-C, Ta-C, Nb-C, wobei ein Anteil an Kohlenstoff in der Beschichtung im Bereich von 35 bis 99,99 At.-% liegt, oder
    3. c) aus einer hinsichtlich einer chemischen Zusammensetzung unterschiedlich zum Substrat gewählten Beschichtung aus einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Zinn-Nickel-Legierung oder einer Zinn-Silber-Legierung oder einer Zinn-Zink-Legierung oder einer Zinn-Bismut-Legierung oder einer Zinn-Antimon-Legierung.
  • Weiterhin können in der Beschichtung Spuren von Wasserstoff, Stickstoff, Bor, Fluor oder Sauerstoff vorhanden sein.
  • Eine Beschichtung gemäß c) unterscheidet sich vom Material des Substrats hinsichtlich der chemischen Zusammensetzung, kann also die gleichen Metalle enthalten, jedoch in einer unterschiedlichen Konzentration, oder kann andere Metalle enthalten.
  • Das Aufbringen einer Beschichtung verbessert die chemische Stabilität des Bauteils weiterhin und verlängert die Lebensdauer signifikant.
  • Die Beschichtung weist insbesondere eine Dicke im Bereich von 2 bis 500 nm auf. Es hat sich bewährt, wenn die Beschichtung das Substrat zumindest einseitig, bevorzugt beid- oder allseitig bedeckt. Insbesondere im Bereich der Kanten eines Metallblechs können unbeschichtete Bereiche oder Bereiche mit sehr geringer Schichtdicke vorliegen. Insbesondere sollte die Beschichtung das Substrat in einem Kontaktbereich zu einem Elektrolyten einer Redox-Flow-Zelle bedecken, also in einem Bereich, der in direktem Kontakt zu einem Anolyten oder Katholyten eingesetzt wird.
  • Die Beschichtung ist vorzugsweise mittels eines PVD-Verfahrens oder eines kombinierten PVD/PACVD-Verfahrens auf dem Substrat gebildet. Dabei ist es von Vorteil, wenn die Beschichtung möglichst porenfrei abgeschieden ist oder zumindest nur Poren mit einem Durchmesser kleiner 0,1 mm aufweist, um einen korrosiven Angriff des Fluids auf das Substrat weiter zu verringern. Die Beschichtung kann aber auch durch ein alternatives Beschichtungsverfahren, beispielsweise galvanisch oder durch thermisches Spritzen, aufgebracht werden.
  • Die Beschichtung kann weiterhin in Form einer Plattierung vorliegen, sofern diese metallisch ausgebildet wird. Als Plattieren bezeichnet man in der Metallbearbeitung das ein- bzw. zweiseitige Aufbringen einer oder mehrerer Metalllage(n) auf ein dazu unterschiedliches Grundmetall. Dabei wird eine untrennbare Verbindung durch Druck und/oder Temperatur bzw. nachfolgende Wärmebehandlung (z. B. Diffusionsglühen) erzielt. Das Plattieren kann insbesondere durch ein Aufwalzen von dünner Metallfolie erfolgen.
  • Insbesondere hat es sich bewährt, wenn die Elektrode aus einem Metallblech wird, das ein- oder beidseitig mit einer Beschichtung versehen wird, die durch Plattieren mit einem der in Gruppe a) oben genannten metallischen Werkstoffe für die Beschichtung, insbesondere durch Zinn, gebildet wird.
  • Die Aufgabe wird weiterhin für die Redox-Flow-Zelle, insbesondere Redox-Flow-Batterie, gelöst, umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form einer Elektrode und mindestens einen Elektrolyten. Insbesondere wird dabei ein Elektrolyt mit einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 14 gewählt.
  • Die Redox-Flow-Zelle umfasst insbesondere mindestens zwei Elektroden, einen ersten Reaktionsraum und einen zweiten Reaktionsraum, wobei jeder Reaktionsraum in Kontakt mit einer der Elektroden steht und wobei die Reaktionsräume durch eine lonenaustauschmembran voneinander getrennt sind. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Elektrode ermöglicht geringe Abstände zur Membran und damit einen platzsparenden Aufbau einer Redox-Flow-Zelle.
  • Die Elektrode ist undurchlässig für die Elektrolyte, so dass eine einwandfreie Trennung der Reaktionsräume innerhalb einer Redox-Flow-Zelle gewährleistet ist. Gleichzeitig weisen derartige Elektroden Oberflächen auf, die neben den hohen Anforderungen an die elektrochemische Stabilität auch den Forderungen nach einem niedrigen Grenzflächenwiderstand sowie hoher katalytischer Aktivität gerecht werden.
  • Insbesondere Flussbatterien mit wässrigen Elektrolyten umfassend eine redox-aktive Spezies auf der Anolyt-Seite sind bevorzugte Anwendungen für die erfindungsgemäße Elektrode.
  • Es können aufgrund der geringen möglichen Dicken der Elektroden kleinbauende Redox-Flow-Batterien hergestellt werden, die zudem einen geringen Herstellungspreis aufweisen. So werden zur Ausbildung einer Redox-Flow-Batterie bevorzugt mehr als 10, insbesondere mehr als 50 Redox-Flow-Zellen elektrisch miteinander verschaltet eingesetzt.
  • Als für eine Redox-Flow-Zelle oder eine Redox-Flow-Batterie geeigneter Anolyt wird hier beispielhaft genannt:
    • 1.4 M 7,8-Dihydroxyphenazin-2-sulfonsäure (kurz: DHPS)
    • gelöst in 1 molarer Natronlauge
  • Als für eine Redox-Flow-Zelle oder eine Redox-Flow-Batterie geeigneter Katholyt wird hier beispielhaft genannt:
    • 0.31 M Kaliumhexacyanoferrat(lI) und 0.31 M Kaliumhexacyanoferrat(III)
    • gelöst in 2 molarer Natronlauge.
  • Es werden bevorzugt Elektrolyt-Kombinationen mit wässrigen Elektrolyten mit einer redox-aktiven organischen Spezies auf der Anolyt-Seite zur Bildung einer Redox-Flow-Zelle oder einer Redox-Flow-Batterie verwendet.
  • Eine Brennstoffzelle umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form einer Bipolarplatte sowie mindestens eine Polymerelektrolytmembrane hat sich als langzeitstabil erwiesen.
  • Weiterhin hat sich ein Elektrolyseur umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Bauteil in Form einer Bipolarplatte oder einer Fluiddiffusionslage sowie umfassend mindestens eine Polymerelektrolytmembrane als langzeitstabil erwiesen.
  • Die 1 bis 6 zeigen beispielhaft erfindungsgemäße Bauteile in Form von Elektroden und eine Redox-Flow-Zelle beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie. Die 7 und 8 zeigen beispielhaft eine Brennstoffzelle und eine Elektrolysezelle eines Elektrolyseurs. So zeigt
    • 1 eine Elektrode umfassend ein Substrat in der Draufsicht auf die Substratebene,
    • 2 einen Querschnitt durch eine Elektrode umfassend eine Beschichtung,
    • 3 einen Querschnitt durch eine Elektrode mit einer Profilierung,
    • 4 einen Querschnitt durch eine Elektrode umfassend ein Substrat aus einem Metallblech und einem Streckmetallgitter,
    • 5 eine Elektrode mit einem Flussfeld,
    • 6 eine Redox-Flow-Zelle beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie mit einer Redox-Flow-Zelle,
    • 7 einen Elektrolyseur im Schnittbild und
    • 8 einen Brennstoffzellenstapel in einer dreidimensionalen Ansicht.
  • 1 zeigt ein Bauteil 1 in Form einer Elektrode umfassend ein Substrat 2 in der Draufsicht auf die Substratebene. Das Substrat 2 ist hier aus einem Metallblech 2a in einer Dicke kleiner 0,5 mm gebildet. Das Metallblech 2a ist aus einer Zinn-Silber-Legierung gebildet.
  • 2 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauteil 1 in Form einer Elektrode umfassend ein Substrat 2 in Form eines Metallblechs 2a aus einer Zinn-Antimon-Legierung, das beidseitig eine Beschichtung 3 aufweist. Dabei kann die Beschichtung 3 aber auch nur auf einer Seite des Metallblechs 2a aufgebracht sein, wobei die Beschichtung 3 das Substrat 2 zumindest in einem Kontaktbereich zu einem Elektrolyten einer Redox-Flow-Zelle 8 bedecken soll (vergleiche 6).
  • 3 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauteil 1 in Form einer Elektrode umfassend ein Substrat 2 in Form eines Metallblechs 2a aus Zinn-Bismut-Legierung. Das Metallblech 2a weist eine dreidimensionale Profilierung 4 auf, die die spätere Kontaktfläche des Metallblechs 2a zu einem Elektrolyten einer Redox-Flow-Zelle 8 erhöht.
  • 4 zeigt einen Querschnitt durch ein Bauteil 1' in Form einer Elektrode umfassend ein Substrat 2, das ein Metallblech 2a und ein Streckmetallgitter 2b umfasst. Das Metallblech 2a und das Streckmetallgitter 2b sind aus einer Zinn-Silber-Legierung gebildet.
  • 5 zeigt ein Bauteil 1 in Form einer Elektrode in dreidimensionaler Ansicht umfassend ein Substrat 2 in Form eines Metallblechs 2a aus Zinn-Silber-Legierung mit einer Profilierung 4, die ein Flussfeld 7 ausbildet. In dem Substrat 2 ist beidseitig eine Profilierung 4 zur Ausbildung jeweils eines Flussfeldes 7 vorhanden, so dass eine dreidimensionale Strukturierung der Oberfläche der Elektrode resultiert, die in einer Redox-Flow-Zelle 8 von einem Elektrolyten angeströmt werden soll.
  • 6 zeigt eine Redox-Flow-Zelle 8 beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie mit einer Redox-Flow-Zelle 8. Die Redox-Flow-Zelle 8 umfasst zwei Bauteile 1a, 1b in Form von Elektroden, einen ersten Reaktionsraum 10a und einen zweiten Reaktionsraum 10b, wobei jeder Reaktionsraum 10a, 10b in Kontakt mit einer der Elektroden steht. Die Reaktionsräume 10a, 10b sind durch eine lonenaustauschmembran 9a voneinander getrennt. Ein flüssiger Anolyt 11a wird aus einem Tank 13a über eine Pumpe 12a in den ersten Reaktionsraum 10a gepumpt und zwischen dem Bauteil 1a und der lonenaustauschmembran 9a hindurchgeführt. Ein flüssiger Katholyt 11b wird aus einem Tank 13b über eine Pumpe 12b in den zweiten Reaktionsraum 10b gepumpt und zwischen dem Bauteil 1b und der lonenaustauschmembran 9a hindurchgeführt. Es erfolgt ein Ionentausch über die lonenaustauschmembran 9a hinweg, wobei aufgrund der Redox-Reaktion an den Elektroden elektrische Energie frei wird.
  • 7 zeigt eine Elektrolysezelle 20 eines Elektrolyseurs umfassend eine Polymerelektrolytmembrane 9, welche eine Anodenseite A und eine Kathodenseite K voneinander trennt. Beiderseits der Polymerelektrolytmembrane 9 ist jeweils eine Katalysatorschicht 21a, 21b umfassend jeweils ein Katalysatormaterial sowie eine Fluiddiffusionslage 22a, 22b an die Katalysatorschicht 21a, 21b angrenzend angeordnet. Die Fluiddiffusionslagen 22a, 22b sind jeweils angrenzend an eine elektrisch leitfähige Platte 24a, 24b angeordnet, wobei die Fluiddiffusionslagen 22a und 22b aus einem Streckmetall 2b, 2b' aus einer Zinn-Silber-Legierung gebildet sind. Die Platten 24a, 24b weisen jeweils Strömungskanäle 23a, 23b auf ihren den Fluiddiffusionslagen 22a, 22b zugewandten Seiten auf, um eine Zufuhr von Reaktionsmedium (Wasser) und eine Abfuhr von Reaktionsprodukten (Wasser, Wasserstoff, Sauerstoff) zu verbessern.
  • 8 zeigt schematisch einen Brennstoffzellenstapel 100 umfassend mehrere Brennstoffzellen 90. Jede Brennstoffzelle 90 umfasst eine Polymerelektrolytmembrane 9, die zu beiden Seiten von Bauteilen 1c, 1d in Form von Bipolarplatten benachbart ist. Eine jede Bipolarplatte weist ein Substrat aus einer Zinn-Silber-Legierung auf. Die Bipolarplatte weist einen Einströmbereich mit Öffnungen 80a sowie einen Auslassbereich mit weiteren Öffnungen 80b auf, die zur Versorgung einer Brennstoffzelle (90) mit Prozessgasen und Kühlmittel und Abführung von Reaktionsprodukten aus der Brennstoffzelle (90) und Kühlmittel dienen. Die Bipolarplatte weist weiterhin auf jeder Seite eine Gasverteilerstruktur 7' auf, die zur Anlage an die Polymerelektrolytmembrane 9 vorgesehen ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d
    Bauteil
    2
    Substrat
    2a
    Metallblech
    2b, 2b'
    Streckmetallgitter
    3
    Beschichtung
    4
    Profilierung
    7
    Flussfeld
    7'
    Gasverteilerstruktur
    8
    Redox-Flow-Zelle oder Redox-Flow-Batterie
    9
    Polymerelektrolytmembran
    9a
    lonenaustauschmembran
    10a
    erster Reaktionsraum
    10b
    zweiter Reaktionsraum
    11a
    Anolyt
    11b
    Katholyt
    12a, 12b
    Pumpe
    13a, 13b, 13c
    Tank
    20
    Elektrolysezelle eines Elektrolyseurs
    21a, 21b
    Katalysatormaterial
    22a, 22b
    Fluiddiffusionslage
    23a, 23b
    Strömungskanäle
    24a, 24b
    elektrisch leitfähige Platte
    80a, 80b
    Öffnungen
    90
    Brennstoffzelle
    100
    Brennstoffzellenstapel
    A
    Anodenseite
    K
    Kathodenseite
    d
    Dicke des Metallblechs oder Streckmetalls
    D
    Dicke der Beschichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2018/145720 A1 [0004]
    • WO 2018/146342 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Bauteil (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) für eine elektrochemische Zelle, wobei das Bauteil (1, 1', 1a, 1b, 1c, 1d) in Form einer Elektrode für eine Redox-Flow-Zelle (8) oder in Form einer Bipolarplatte für eine Brennstoffzelle (90) oder einen Elektrolyseur oder in Form einer Fluiddiffusionslage (22a, 22b) für einen Elektrolyseur vorliegt, umfassend ein Substrat (2), das aus einem Material in Form eines Metallblechs (2a) und/oder eines Streckmetallgitters (2b, 2b') gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus einer Zinn-Nickel-Legierung oder einer Zinn-Silber-Legierung oder einer Zinn-Zink-Legierung oder einer Zinn-Bismut-Legierung oder einer Zinn-Antimon-Legierung gebildet ist.
  2. Bauteil (1, 1', 1a, 1b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech (2a) und das Streckmetallgitter (2b, 2b') jeweils in einer Dicke von maximal 5 mm ausgebildet ist.
  3. Bauteil (1, 1', 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Metallblech (2a) und/oder das Streckmetallgitter (2b, 2b') zumindest bereichsweise eine dreidimensionale Profilierung (4) aufweist.
  4. Bauteil (1, 1', 1a, 1b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass diese weiterhin eine Beschichtung (3) umfasst, welche auf dem Substrat (2) aufgebracht ist, wobei die Beschichtung (3) entweder a) aus Kohlenstoff oder Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung oder einem Metallnitrid oder mindestens einem Material aus der Gruppe umfassend Hafnium, Niob, Tantal, Bismut, Nickel, Zinn, Zinn-Nickel-Legierung, gebildet ist oder b) aus einer homogenen oder heterogenen festen Lösung oder Verbindung aus mindestens einer der Materialienkombinationen aus der Gruppe gebildet ist umfassend: Ir-C, Ir-Ru-C, Ru-C, Ag-C, W-C, Cu-C, Mo-C, Cr-C, Mg-C, Pt-C, Ta-C, Nb-C, wobei ein Anteil an Kohlenstoff in der Beschichtung (3) im Bereich von 35 bis 99,99 At.-% liegt, oder c) aus einer hinsichtlich einer Materialzusammensetzung unterschiedlich zum Substrat (2) gewählten Beschichtung (3) aus einer Kupfer-Zinn-Legierung oder einer Zinn-Nickel-Legierung oder einer Zinn-Silber-Legierung oder einer Zinn-Zink-Legierung oder einer Zinn-Bismut-Legierung oder einer Zinn-Antimon-Legierung.
  5. Bauteil (1, 1', 1a, 1b) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) eine Dicke (D) im Bereich von 2 bis 500 nm aufweist.
  6. Bauteil (1, 1', 1a, 1b) in Form der Elektrode für die Redox-Flow-Zelle (8) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (3) das Substrat (2) zumindest in einem Kontaktbereich zu einem Elektrolyten der Redox-Flow-Zelle (8) bedeckt.
  7. Redox-Flow-Zelle (8), insbesondere Redox-Flow-Batterie, umfassend mindestens eine Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und mindestens einen Elektrolyten, insbesondere mit einem pH-Wert im Bereich von 7 bis 14.
  8. Redox-Flow-Zelle (8) nach Anspruch 7, umfassend mindestens zwei Elektroden, einen ersten Reaktionsraum (10a) und einen zweiten Reaktionsraum (10b), wobei jeder Reaktionsraum (10a, 10b) in Kontakt mit einer der Elektrode steht und wobei die Reaktionsräume (10a, 10b) durch eine lonenaustauschmembran (9a) voneinander getrennt sind.
  9. Brennstoffzelle (90) umfassend mindestens eine Bipolarplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie mindestens eine Polymerelektrolytmembrane (9).
  10. Elektrolyseur umfassend mindestens eine Bipolarplatte oder eine Fluiddiffusionslage (22a, 22b) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 sowie mindestens eine Polymerelektrolytmembrane (9).
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