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Die Erfindung betrifft ein für die Verwendung in einer Redox-Flow-Zelle geeignetes Elektrodenblech sowie eine Redox-Flow-Zelle.
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Eine Redox-Flow-Zelle nutzt chemisch gespeicherte Energie zur Erzeugung elektrischer Energie mittels Redox-Reaktionen, wobei Elektrolytlösungen, die zur Energiespeicherung verwendet werden, die Redox-Flow-Zelle durchströmen. Die Elektrolyte, welche jeweils durch eine Halbzelle der Redox-Flow-Zelle strömen, werden auch als Katholyt und Anolyt bezeichnet. Je nach Ausbildung einer Redox-Flow-Zelle können Katholyt, auch als Posolyt bezeichnet, und Anolyt, auch als Negolyt bezeichnet, ineinander umwandelbar sein. In prinzipiell vergleichbarer Weise wie ein Akkumulator kann aus einer Vielzahl an Redox-Flow-Zellen eine Redox-Flow-Batterie aufgebaut sein. Ein grundsätzlicher Vorteil einer Redox-Flow-Batterie im Vergleich zu einem Akkumulator liegt darin, dass die Kapazität und elektrische Leistung einer Redox-Flow-Batterie unabhängig voneinander skalierbar sind, da die Elektrolytlösungen im Fall einer Redox-Flow-Batterie in Tanks bereitgehalten werden, deren Größe von der Geometrie und Anzahl der Redox-Flow-Zellen unabhängig ist.
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Ein gemeinsames Merkmal einer elektrochemischen Zelle, wie sie in Akkumulatoren zum Einsatz kommt, und einer Redox-Flow-Zelle ist eine Membran oder Ionenaustauschmembran, welche in definierter Weise für bestimmte Ionen oder auch Moleküle durchlässig, für Elektronen jedoch undurchlässig ist. Ionen beziehungsweise Moleküle, welche die Membran einer Redox-Flow-Zelle durchdringen, das heißt von der einen Halbzelle in die andere Halbzelle wandern, können an Elektroden, welche sich in den Halbzellen befinden, Elektronen abgeben oder aufnehmen, was eine Oxidation beziehungsweise Reduktion darstellt. Die Elektroden können insbesondere als Wandungen der Halbzellen ausgebildet sein.
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Sind mehrere Redox-Flow-Zellen zu einer Redox-Flow-Batterie zusammengesetzt, so sind Elektrodenbleche verwendbar, welche eine Halbzelle ersten Typs, die einer ersten Redox-Flow-Zelle zuzurechnen ist, von einer Halbzelle zweiten Typs abgrenzt, die einer weiteren Redox-Flow-Zelle zuzurechnen ist. Bei einem solchen Aufbau eines sogenannten Stacks aus Redox-Flow-Zellen ist jedes Elektrodenblech, mit Ausnahme der an den beiden Außenseiten des Stacks befindlichen Bleche, somit beim Betrieb der Redox-Flow-Batterie auf einer Seite vom Katholyt und auf der gegenüberliegenden Seite vom Anolyt umströmt. Auf den beiden Seiten eines jeden Elektrodenblechs finden somit unterschiedliche Reaktionen statt. Dementsprechend wird in diesem Fall von Bipolarplatten gesprochen. Lediglich die beiden Elektrodenbleche, welche den Stack nach außen begrenzen, stellen Monopolarplatten dar.
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Aus der
WO 2018/146282 A1 ist eine für die Verwendung in einer Redox-Flow-Batterie vorgesehene Elektrode bekannt, welche einen Strömungskanal begrenzt. Hierbei sind einzelne Strömungsquerschnitte durch Barrieren, welche durch die Elektrode gebildet sind, voneinander getrennt.
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Eine weitere Elektrode für Redox-Batterien ist in der
DE 10 2009 018 028 B3 offenbart. Die Elektrode besteht in diesem Fall aus einem metallischen Träger, einer porösen Sintermetallschicht und einer dünnen elektrisch leitenden Graphitschicht. Zum Umpumpen eines oxidierenden und eines reduzierenden Elektrolyten sind bei der Redox-Batterie nach der
DE 10 2009 018 028 B3 insgesamt vier Pumpen vorgesehen.
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Eine in der
DE 10 2018 119 930 A1 beschriebene Redox-Flow-Batterie arbeitet mit lediglich zwei Pumpen, wobei die beiden Pumpen über einen gemeinsamen Antriebsmotor antreibbar sind.
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Ein aus der
DE 84 13 919 U1 bekanntes Elektrodenblech zur Verwendung in Elektrolytischen Flüssigkeiten weist ein Kernblech, insbesondere Kupferblech, auf, auf welches Deckschichten durch Walzplattieren aufgebracht sind. Das Elektrodenblech soll beispielsweise derart verformbar sein, dass es in mehrfach abgeknickter Form als Einsatz für eine flüssigkeitsdichte Wanne verwendbar ist.
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Verschiedene redoxaktive Komponenten für Redox-Flow-Zellen sind aus der
DE 10 2015 010 083 A1 bekannt. Die redoxaktiven Komponenten können gelöst oder dispergiert in einem Elektrolytlösungsmittel enthalten sein, wobei darin auch Leitsalze und weiter Additive gelöst sein können.
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Ein möglicher mechanischer Aufbau einer Redox-Flow-Batterie ist in der
WO 2020/127207 A1 beschrieben. In diesem Fall können Aluminiumprofile als Abdichtelemente oder Spannrohre vorgesehen sein.
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Die
DE 10 2015 224 181 A1 beschreibt einen für die Verwendung in einem Redox-Brennstoffzellensystem vorgesehenen Generator, welcher Strömungskanäle zum Durchleiten einer Katholytlösung umfasst. Es wird vorgeschlagen, Regeneratorplatten, welche Strömungskanäle begrenzen, aus Kunststoff zu fertigen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für die Verwendung in einer Redox-Flow-Zelle geeignetes Elektrodenblech gegenüber dem genannten Stand der Technik insbesondere unter fertigungstechnischen Aspekten weiterzuentwickeln, wobei zugleich strömungstechnische Gesichtspunkte hinreichend berücksichtigt sein sollen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Elektrodenblech mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Das für die Verwendung in einer Redox-Flow-Zelle vorgesehene Elektrodenblech weist eine Prägestruktur auf, die eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Prägeelemente umfasst, bei welchen es sich um erhabene Prägeelemente und vertiefte Prägeelemente einheitlicher Grundform handelt.
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Die Ausgestaltung der Erhebungen und Vertiefungen als Prägeelemente ermöglicht eine rationelle spanlose Formgebung. Zugleich sind auf beiden Seiten des Elektrodenblechs gleiche strömungstechnische Verhältnisse herstellbar, welche eine Umströmung einer im Vergleich zur Grundfläche des Elektrodenblechs großen Oberfläche mit Elektrolytlösung ermöglichen.
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Das Elektrodenblech ist insbesondere zur Verwendung als Hauptkomponente einer Flussplatte einer Redox-Flow-Batterie geeignet. Abweichend hiervor sind auch Ausgestaltungen realisierbar, in welchen das Elektrodenblech entweder beidseitig vom Posolyt (= Katholyt) oder beidseitig vom Negolyt (= Anolyt) umströmt ist. In diesem Fall können zwei Redox-Flow-Zellen, welche durch ein und dasselbe Elektrodenblech begrenzt sind, elektrisch parallelgeschaltet werden. Insgesamt ermöglicht das Elektrodenblech verschiedenste Varianten von Reihen- und Parallelschaltungen von Redox-Flow-Zellen.
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Zusätzlich zu ihrer strömungstechnischen Funktion haben die Prägeelemente in zahlreichen Ausführungsformen auch eine mechanisch stabilisierende Funktion. Insbesondere können die Prägeelemente derart angeordnet sein, dass keine in der Ebene des Elektrodenbleches liegende Gerade existiert, welche ausschließlich durch nicht umgeformte Bereiche des Elektrodenblechs verläuft. Eine solche Gerade würde eine Linie darstellen, an welcher das Elektrodenblech leicht biegbar oder knickbar ist. Um eine derartige Knicklinie zu vermeiden, sind die Erhebungen und Vertiefungen in vorteilhafter Ausgestaltung derart auf dem Elektrodenblech verteilt, dass das Elektrodenblech in keiner Weise, auch nicht partiell, geometrisch abrollbar ist.
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Die verschiedenen Prägeelemente sind in einer Längsrichtung des Elektrodenblechs beispielsweise alternierend angeordnet. Unter der Längsrichtung wird innerhalb der vollständig montierten Redox-Flow-Zelle die Strömungsrichtung der Elektrolyten verstanden. Jede Bipolarplatte, welche genau ein Elektrodenblech umfasst, ist mit Mitteln zur Abdichtung der Fluidräume, das heißt der vom Elektrolyten zu durchströmenden Hohlräume der Halbzellen, ausrüstbar. Ferner kann bereits vor dem Zusammenbau der einzelnen Redox-Flow-Zellen zu einer Redox-Flow-Batterie jedes Elektrodenblech als Teil einer Bipolarplatte mit einer Membran mechanisch verbunden sein. Analoges gilt für Elektrodenbleche, die Teil einer Monopolarplatte sind.
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Bei Draufsicht auf die Elektrodenplatte können gleichartige Prägeelemente jeweils in Reihenform angeordnet sein, wobei zueinander parallele Reihen an Prägeelementen gegenüber der genannten Längsrichtung einen spitzen Winkel einschließen. Unabhängig von der Form und Anordnung der einzelnen Prägeelemente gehen diese in bevorzugter Ausgestaltung knickfrei in die ebene Grundfläche des Elektrodenblechs über. Damit werden sowohl mechanische Spannungsspitzen innerhalb des Elektrodenblechs als auch Toträume, in denen die Strömung der Elektrolyt-Lösung behinderts ist, vermieden. Vielmehr sorgen die Prägeelemente für eine flächendeckend turbulente Strömung des Elektrolyten.
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Die Prägestruktur ist insbesondere derart beschaffen, dass die Höhe der Prägeelemente größer als die Blechdicke des Elektrodenbleches ist. Damit ist ein besonders günstiges Verhältnis zwischen Masse und Stabilität des Elektrodenbleches bei zugleich sehr ausgeprägter strömungsleitender Wirkung erzielbar. Insbesondere beträgt die Höhe eines jeden Prägeelementes mindestens das 3-fache der Dicke des Elektrodenbleches.
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Gemäß einer geometrisch einfachen, fertigungstechnisch besonders vorteilhaften Ausgestaltung beschreiben die verschiedenen Prägeelemente jeweils eine konvexe beziehungsweise konkave Kalottenform, das heißt zumindest näherungsweise sphärische Form.
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In einer alternativen Ausgestaltung sind die Prägeelemente jeweils in Form eines dreiarmigen Sterns ausgebildet. Jedes Prägeelement kann hierbei einen zylindrischen Abschnitt als ersten Arm und einen von diesem Abschnitt ausgehenden Torusabschnitt, durch welchen die zwei weiteren Arme gebildet sind, aufweisen. Durch den zylindrisch geformten Arm ist eine Vorzugsrichtung gegeben, welche insbesondere der Strömungsrichtung der Elektrolyt-Lösung entspricht. Bei dem zumindest abschnittsweise zylindrisch geformten Arm kann es sich um den längsten der drei Arme handeln. Die einzelnen, sternförmigen Prägeelement sind derart auf dem Elektrodenblech platzierbar, dass Überlappungen zwischen den Prägeelementen sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung des Elektrodenbleches gegeben sind, was dem Elektrodenblech insgesamt eine besonders hohe mechanische Stabilität verleiht und zugleich eine strömungstechnisch optimierte Gestaltung der Redox-Flow-Zelle begünstigt.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung des Elektrodenblechs umfasst Prägeelemente, durch die ein hexagonales Muster gebildet ist. Ein solches Muster ist im Vergleich zu sternförmigen, insbesondere sogenannten hahnenfußförmigen Prägungen mit relativ simplen Prägewerkzeugen erzeugbar, wobei auch in diesem Fall abgerundete Übergänge zwischen den einzelnen Prägeelementen und der Grundfläche des Elektrodenblechs ausgebildet sein können.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch eine Redox-Flow-Zelle umfassend mindestens ein erfindungsgemäßes Elektrodenblech gelöst. Insbesondere ist eine Redox-Flow-Batterie umfassend mehrere Redox-Flow-Zellen gebildet.
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Insbesondere umfasst die Redox-Flow-Zelle mindestens zwei Elektrodenbleche, einen ersten Reaktionsraum und einen zweiten Reaktionsraum, wobei jeder Reaktionsraum in Kontakt mit einem der Elektrodenbleche steht und wobei die Reaktionsräume durch eine lonenaustauschmembran voneinander getrennt sind.
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Es sind auch Ausgestaltungen realisierbar, in welchen ein Elektrodenblech entweder beidseitig vom Posolyt (= Katholyt) oder beidseitig vom Negolyt (= Anolyt) umströmt ist. In diesem Fall können zwei Redox-Flow-Zellen, welche durch ein und dasselbe Elektrodenblech begrenzt sind, elektrisch parallelgeschaltet werden. Insgesamt ermöglicht das Elektrodenblech verschiedenste Varianten von Reihen- und Parallelschaltungen von Redox-Flow-Zellen.
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Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:
- 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Elektrodenblechs für eine Redox-Flow-Zelle,
- 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Elektrodenblechs für eine Redox-Flow-Zelle,
- 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Elektrodenblechs für eine Redox-Flow-Zelle,
- 4 das Elektrodenblech nach 1 in einer Schnittdarstellung,
- 5 und 6 Einzelheiten des Elektrodenblechs nach 2,
- 7 ein Detail des Elektrodenblechs nach 3,
- 8 das Elektrodenblech nach 3 in einer Schnittdarstellung,
- 9 ein einzelnes Prägeelement des Elektrodenblechs nach 3,
- 10 in einer Explosionsdarstellung einen aus einer Vielzahl an Flussplatten, welche jeweils ein Elektrodenblech aufweisen, aufgebauten Stack einer Redox-Flow-Batterie,
- 11 ein Detail der Anordnung nach 10,
- 12 in symbolisierter Darstellung die Verteilung von kalottenförmigen Prägeelementen auf der Grundfläche eines Elektrodenblechs der Redox-Flow-Batterie nach 11, und
- 13 eine Redox-Flow-Zelle beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie mit einer Redox-Flow-Zelle in schematischer Darstellung.
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Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämtliche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile und Konturen sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
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Ein mit 1 gekennzeichnetes Elektrodenblech ist zur Verwendung in einer in den 1 bis 9 nicht weiter dargestellten Redox-Flow-Zelle (vergleiche 13) vorgesehen. Hinsichtlich der prinzipiellen Funktion des Elektrodenblechs 1 wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen. Das Elektrodenblech 1 ist aus Stahlblech hergestellt und kann in nicht dargestellter Weise mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung verbunden sein. Das Elektrodenblech 1 wird innerhalb der Redox-Flow-Zelle von Elektrolyt umspült.
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Das Elektrodenblech 1 ist, wie in 10 beispielhaft dargestellt, Teil einer Flussplatte 15, wobei eine Vielzahl an Flussplatten 15 zusammen mit zwei Endplatten 22 einen Stack 20 einer Redox-Flow-Batterie bilden. Stäbe 24, welche in 10 nur andeutungsweise dargestellt sind, halten den Stack 22, das heißt Stapel an Redox-Flow-Zellen, zusammen. Jede Flussplatte 15 weist einen Flussrahmen 16 und eine Deckplatte 17 zur Halterung eines einzigen Elektrodenblechs 1 auf. Weiter ist eine Membran 19, die parallel vom Elektrodenblech 1 beabstandet ist und innerhalb der Redox-Flow-Batterie zwei Halbzellen voneinander trennt, der Flussplatte 15 zuzurechnen. Dichtungen 18, welche die Deckplatten 17 umgeben und ebenfalls durch jeweils eine Flussplatte 15 bereitgestellt werden, dichten die einzelnen Flussplatten 15 gegeneinander ab. Um eine Durchströmung des Stacks 20 mit Elektrolytlösung zu ermöglichen, sind durch die Flussplatten 15 Öffnungsquerschnitte 21 gebildet, welche derart angeordnet sind, dass die Elektrolytlösung in definierter Weise durch die zwischen den Elektrodenblechen 1 und den Membranen 19 gebildeten Hohlräume strömt. Um einen elektrischen Anschluss der Elektrodenbleche 1 zu ermöglichen, weisen diese jeweils einen streifenförmigen Anschlussbereich 23 auf, der über den Flussrahmen 16 an einer seiner Längsseiten hinausragt.
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Der das Elektrodenblech 1 umspülende Elektrolyt wird beeinflusst durch eine Prägestruktur 2 des Elektrodenblechs 1. Die Prägestruktur 2 ist gebildet durch eine Vielzahl einzelner voneinander beabstandeter Prägeelemente 3, 4. Bei den Prägeelementen 3, 4 handelt es sich um erhabene Prägeelemente 3 und vertiefte Prägeelemente 4 gleicher Form. Die Begriffe „erhaben“ und „vertieft“ hängen vom Standpunkt des Betrachters ab und werden ohne Beschränkung der Allgemeinheit verwendet. Von jeder Seite des Elektrodenblechs 1 aus betrachtet, weist die Prägestruktur 2 die gleiche Gestalt auf. Die Prägestruktur 2 spielt nicht nur hinsichtlich der Strömungsdynamik, sondern auch hinsichtlich der mechanischen Stabilität des Elektrodenblechs 1 eine Rolle. Wie der Name Prägestruktur bereits ausdrückt, ist diese durch Prägung, das heißt ein umformendes Verfahren, erzeugt.
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Das gesamte Elektrodenblech 1 weist eine näherungsweise einheitliche Dicke t auf. Die Höhe eines jeden Prägeelementes 3, 4 ist mit h bezeichnet und beträgt mindestens das 3-fache und höchstens das 20-fache der Dicke t. Damit beträgt die Gesamtdicke D des Elektrodenblechs 1 einschließlich der Prägeelemente 3, 4 mindestens das 7-fache und höchstens das 41-fache der Blechdicke t. Der Anteil der Fläche des Elektrodenblechs 1, welcher von den Prägeelementen 3, 4 eingenommen wird, beträgt in allen Ausführungsbeispielen mehr als 30 %, in den Ausführungsbeispielen nach den 2 und 3 sogar mehr als 80 %.
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Im Ausführungsbeispiel nach 1 haben die Prägeelemente 3, 4 die Form kalottenförmiger Erhebungen beziehungsweise Vertiefungen. Jedes Prägeelement 3, 4 stellt dabei näherungsweise eine Halbkugel dar. Die Prägeelemente 3, 4 gehen knickfrei in eine mit 5 bezeichnete Grundfläche des Elektrodenblechs 1 über. In Draufsicht auf das Elektrodenblech 1 sind durch die erhabenen Prägeelemente 3 mehrere jeweils V-förmige Anordnungen gebildet. Entsprechendes gilt für die vertieften Prägeelemente 4. Bei jeder Art von Prägeelementen 3, 4 sind mehrere V-förmige Anordnungen an Prägeelementen 3, 4 aneinandergesetzt, sodass sich insgesamt zickzackförmige Anordnungen gleichartiger Prägeelemente 3, 4 ergeben. Sieht man jede durch gleichartige Prägeelemente 3, 4 gebildete V-Struktur als Pfeil an, so fließt der Elektrolyt in Pfeilrichtung beziehungsweise gegen die Pfeilrichtung. Die Flussrichtung des Elektrolyten ist mit FE bezeichnet und als Hauptflussrichtung zu verstehen. Tatsächlich bildet sich beim Betrieb der Redox-Flow-Zelle eine flächendeckend turbulente Strömung des Elektrolyten aus. VS bezeichnet eine durch die Prägestruktur 2 gebildete V-Struktur. Dies gilt auch für das Ausführungsbeispiel nach 3.
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Das Ausführungsbeispiel nach 2 unterscheidet sich von den Ausführungsbeispielen nach den 1 und 3 unter anderem dadurch, dass durch die Prägeelemente 3, 4 eine Linienstruktur LS gebildet ist. Hierbei sind Prägeelemente 3, 4 erster Art in einer geraden Reihe angeordnet, welche das komplette Elektrodenblech 1 durchzieht und schräg zur Flussrichtung FE des Elektrolyten angeordnet ist. Parallel zu dieser Reihe ist eine Reihe an Prägeelemente 4, 3 der anderen Art angeordnet.
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Jedes einzelne Prägeelement 3, 4 des Elektrodenblechs 1 nach 2 hat eine als Hahnenfuß bezeichnete Form, welche in Flussrichtung FE ausgerichtet ist. Allgemein beschreibt der sogenannte Hahnenfuß, welcher durch das Prägeelement 3, 4 ausgebildet ist, die Form eines dreiarmigen Sterns. Dieser weist einen ersten Arm 6 auf, an welchen sich zwei weitere Arme 7, 8 anschließen. Hauptbestandteil des ersten Arms 6 ist ein zylindrischer Abschnitt 9. An den zylindrischen Abschnitt 9 schließt ein ebenfalls noch dem ersten Arm 6 zuzurechnender sphärischer Übergangsabschnitt 10 an, welcher am Ende des Armes 6 in die Grundfläche 5 übergeht. Sämtliche Übergänge der Arme 6, 7, 8 in die Grundfläche 5 sind abgerundet ausgeführt. Die beiden Arme 7, 8 des Prägeelementes 3, 4 bilden zusammen einen Torusabschnitt 11. Der Mittelpunkt des durch die Arme 7, 8 beschriebenen Torus liegt außerhalb des Prägeelementes 3, 4. In ähnlicher Weise wie der zylindrische Abschnitt 9 läuft auch der Torusabschnitt 11 in Form von sphärischen Übergangsabschnitten 12, welche die Arme 7, 8 abschließen, aus.
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Die verschiedenen hahnenfußartigen Prägeelemente 3, 4 sind, wie insbesondere aus 5 hervorgeht, derart ineinander geschachtelt, dass keine Gerade existiert, welche ausschließlich durch die Grundfläche 5 des Elektrodenblechs 1 läuft. Dadurch, dass jegliche derartige Gerade, welche einen Knicklinie darstellen könnte, vermieden wird, weist das Elektrodenblech 1 nach 2 eine besonders hohe mechanische Stabilität auf. Gleichzeitig ist damit sichergestellt, dass Elektrolyt nicht an einer ebenen Oberfläche des Elektrodenblechs 1 in Flussrichtung FE das Elektrodenblech 1 passieren kann, was wesentlich zur turbulenten Strömung der Elektrolyt-Lösung beiträgt. In Flussrichtung FE wechselt sich stets ein erhabenes Prägeelement 3 mit einem vertieften Prägeelement 4 ab.
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Eine abwechselnde Anordnung von erhöhten Prägeelementen 3 und vertieften Prägeelementen 4, in Flussrichtung FE betrachtet, ist auch beim Ausführungsbeispiel nach 3 gegeben. In diesem Fall sind die Prägeelemente 3, 4 als hexagonale Elemente gestaltet, sodass sich insgesamt ein optischer Eindruck ergibt, welcher an eine Bienenwabenstruktur erinnert.
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Jedes Prägeelement 3, 4 weist sechs zur Grundfläche 5 des Elektrodenblechs 1 schräggestellte Seitenflächen 13 auf, die an eine mit 14 bezeichnete mittige Abschlussfläche des Prägeelementes 3, 4 anschließen. Die Breite der Abschlussfläche 14 ist mit a bezeichnet. Die Gesamtbreite des Prägeelementes 3, 4 beträgt das Doppelte hiervon, das heißt 2a, und weicht von der Gesamtdicke D des Elektrodenblechs 1 um nicht mehr als 40 % ab. Im Ausführungsbeispiel ist, wie aus 8 hervorgeht, die Gesamtbreite 2a eines jeden Prägeelementes 3, 4 geringer als die Gesamtdicke D des Elektrodenblechs 1. Ferner zeichnet sich dieses Ausführungsbeispiel dadurch aus, dass die Grundfläche 5 nur einen besonders geringen Teil des Elektrodenblechs 1 einnimmt. Zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seitenflächen 13 des Prägeelementes 3, 4 ist ein Winkel α eingeschlossen, welcher im Ausführungsbeispiel 60° beträgt. Eine Seitenfläche 13 eines erhabenen Prägeelementes 3 und eine Seitenfläche 13 eines benachbarten vertieften Prägeelementes 4 liegen, wie aus 8 hervorgeht, in parallel voneinander beabstandeten Ebenen.
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Im Ausführungsbeispiel nach den 10 bis 12 weisen die einzelnen Prägeelemente 3, 4, ebenso wie im Ausführungsbeispiel nach 1, eine sphärische Grundform auf. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach 1 sind jedoch, wie in 12 abstrahiert dargestellt, die Prägeelemente 3, 4 in Form von Reihen und Spalten angeordnet, wobei sich in jeder Reihe und in jeder Spalte stets ein erhabenes Prägeelement 3 mit einem vertieften Prägeelement 4 abwechselt. Die Mittelpunkte der einzelnen Prägeelemente 3, 4 liegen auf den Kreuzungspunkten eines Gitters, welches durch sich rechtwinklig kreuzende äquidistante Linien gebildet ist. Was die Einbindung des Elektrodenblechs 1 in die Flussplatte 15 und die Gestaltung des gesamten Stacks 20 der Redox-Flow-Batterie betrifft, entspricht das Ausführungsbeispiel nach den 10 bis 12 den Ausführungsbeispielen nach den 1 bis 9.
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13 zeigt eine Redox-Flow-Zelle 80 beziehungsweise eine Redox-Flow-Batterie mit einer Redox-Flow-Zelle 80 in einer schematischen Darstellung. Die Redox-Flow-Zelle 80 umfasst hier zwei Elektrodenbleche 1a, 1b, einen ersten Reaktionsraum 90a und einen zweiten Reaktionsraum 90b, wobei jeder Reaktionsraum 90a, 90b in Kontakt mit einem der Elektrodenbleche 1a, 1b steht. Die Elektrodenbleche 1a, 1b sind in eine nicht dargestellte Flussplatte eingebunden. Die Reaktionsräume 90a, 90b sind durch eine lonenaustauschmembran 19 voneinander getrennt. Ein flüssiger Anolyt 91a wird aus einem Tank 93a über eine Pumpe 92a in den ersten Reaktionsraum 90a gepumpt und zwischen dem Elektrodenblech 1a und der Membran 19 hindurchgeführt. Ein flüssiger Katholyt 91b wird aus einem Tank 93b über eine Pumpe 92b in den zweiten Reaktionsraum 90b gepumpt und zwischen dem Elektrodenblech 1b und der Membran 19 hindurchgeführt. Es erfolgt ein Ionentausch über die Membran 19 hinweg, wobei aufgrund der Redox-Reaktion an den Elektrodenblechen 1a, 1b elektrische Energie frei wird.
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Die 13 soll lediglich die Funktionsweise einer Redox-Flow-Zelle mit einer Membrane 19 aufzeigen. Es sind jedoch Aufbauten mit mindestens 10 oder mehr Membranen 19 möglich.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1a, 1b
- Elektrodenblech
- 2
- Prägestruktur
- 3
- erhabenes Prägeelement
- 4
- vertieftes Prägeelement
- 5
- Grundfläche
- 6
- Arm
- 7
- Arm
- 8
- Arm
- 9
- zylindrischer Abschnitt
- 10
- sphärischer Übergangsabschnitt
- 11
- Torusabschnitt
- 12
- sphärischer Übergangsabschnitt
- 13
- Seitenfläche
- 14
- Abschlussfläche
- 15
- Flussplatte
- 16
- Flussrahmen
- 17
- Deckplatte
- 18
- Dichtung
- 19
- Membran
- 20
- Stack
- 21
- Öffnungsquerschnitt
- 22
- Endplatte
- 23
- Anschlussbereich
- 24
- Stab
- 80
- Redox-Flow-Zelle
- 90a
- erster Reaktionsraum
- 90b
- zweiter Reaktionsraum
- 91a
- Anolyt
- 91b
- Katholyt
- 92a, 92b
- Pumpe
- 93a, 93b
- Tank
- α
- Winkel zwischen zwei Seitenflächen
- a
- Breite der Abschlussfläche
- D
- Gesamtdicke des Elektrodenblechs mit Prägeelementen
- FE
- Flussrichtung des Elektrolyten
- h
- Höhe des Prägeelementes
- LS
- Linienstruktur
- t
- Dicke des Elektrodenblechs
- VS
- V-Struktur
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2018/146282 A1 [0005]
- DE 102009018028 B3 [0006]
- DE 102018119930 A1 [0007]
- DE 8413919 U1 [0008]
- DE 102015010083 A1 [0009]
- WO 2020/127207 A1 [0010]
- DE 102015224181 A1 [0011]
