DE102020134157A1

DE102020134157A1 - Modularer Flussrahmen für eine elektrochemische Zelle, Flussrahmen-Elektroden-Einheit, Zelle, Zellstack, sowie Verfahren zur Herstellung eines Flussrahmens

Info

Publication number: DE102020134157A1
Application number: DE102020134157.1A
Authority: DE
Inventors: Andreas Schiegl; Udo Martin; Lars Kühnle; Christian Teufel
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2020-12-18
Filing date: 2020-12-18
Publication date: 2022-06-23
Also published as: WO2022128737A1; EP4085487A1; AU2021399753A1; KR20230122091A; JP2024500031A; CN116686126A; US20240047710A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen modularen Flussrahmen 10 für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Zelle eines Redox-Flow-Batterie-Stacks, umfassend einen Rahmengrundkörper 14, welcher eine Rahmenöffnung 18 definiert, wobei der Rahmengrundkörper ein einseitig, in Richtung der Rahmenöffnung offenes, vorzugsweise im Wesentlichen U-förmiges, Querschnittsprofil aufweist, sodass ein zu der Rahmenöffnung hin offener Profilaufnahmeraum 26 gebildet ist, außerdem umfassend einen Einleger 16, welcher in dem Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers angeordnet ist, wobei der Einleger Kanalstrukturen zur Verteilung von Fluiden in der Rahmenöffnung aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Flussrahmen-Elektroden-Einheit, eine Zelle, einen Zellstack sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Flussrahmens.

Description

Die Erfindung betrifft einen modularen Flussrahmen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für einen Redox-Flow-Batterie-Stack. Die Erfindung betrifft auch eine Flussrahmen-Elektroden-Einheit, eine Zelle, einen Zellstack sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Flussrahmens.
Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Energiespeicher mit fließfähigen, insbesondere flüssigen, Speichermedien, in denen ein redox-aktives Material bzw. eine redox-aktive Substanz in einem flüssigen Elektrolyten gelöst ist. Die Elektrolyten (je nach Polarität Anolyt bzw. Katholyt genannt) werden separat bereitgestellt, z.B. in separaten Tanks gelagert und bei Bedarf einer elektrochemischen Energiewandlereinheit (der sog. Zelle der Redox-Flow-Batterie) für den Lade- oder Entladeprozess zugeführt. Beim Lade- bzw. Entladeprozess werden die redox-aktiven Materialien in der Zelle in getrennten Halbzellen oxidiert bzw. reduziert. Hierbei wird beim Entladeprozess chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt und beim Ladeprozess elektrische Energie in chemische Energie zurück umgewandelt. Ein Vorteil von Redox-Flow-Batterien besteht insbesondere darin, dass Leistung (Anzahl und Größe der elektrochemischen Energiewandler/Zellen) und Kapazität (Elektrolytvolumen, Größe und Anzahl der Tanks) unabhängig voneinander einstellbar sind, sodass zentrale und dezentrale Speichersysteme im Maßstab von wenigen Kilowatt bis Megawatt realisierbar sind.
Eine Redox-Flow-Batterie umfasst üblicherweise eine Vielzahl von baugleichen Zellen, welche fluidisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Zellen sind insbesondere zu einem Stapel, dem sog. Zellstack, zusammengefügt und über ein Verspannsystem verpresst und ggf. mittels Zugankern verspannt. Das Verspannsystem umfasst üblicherweise Endplatten aus Kunststoff und/oder Nichteisenmetallen wie Aluminium, zwischen denen die Einzelzellen angeordnet sind. Zusätzlich kann das Verspannsystem Kunststoff-Isolierplatten zur Trennung der stromführenden Einzelzellen von den Endplatten, Stromabnehmer mit elektrischen Anschlüssen zur Ableitung bzw. Zuführung des Lade- oder Entladestroms sowie Medienanschlüsse für die Zu- und Abführung des Elektrolyten (Anolyt/Katholyt) aufweisen.
Zur elektrischen Verbindung der Einzelzellen untereinander ist zwischen zwei Einzelzellen üblicherweise eine sogenannte Bipolarplatte, bspw. aus einem Graphit-Kunststoff-Komposit-Material, angeordnet. Jede Einzelzelle ist wiederum aus zwei Halbzellen aufgebaut, die durch eine ionenleitende Membran getrennt sind. Die Halbzellen umfassen ihrerseits in der Regel einen Flussrahmen und eine Elektrode, an welcher die Redoxvorgänge stattfinden. In einem Zellstack sind insofern die Einzelbauteile in folgender Reihenfolge zwischen den Endplatten gestapelt: Bipolarplatte, Flussrahmen mit Elektrode, Membran, Flussrahmen mit Elektrode, Bipolarplatte, Flussrahmen mit Elektrode, usw.
Die Flussrahmen definieren gemeinsam mit den Elektroden den eigentlichen Wirkraum einer jeweiligen Halbzelle, also den aktiven Bereich, in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen. Hierbei erfüllen die Flussrahmen mehrere Funktionen. Insbesondere dienen die Flussrahmen einerseits dazu, den Wirkraum mit Hilfe von in den Flussrahmen-Oberflächen integrierten Dichtungen fluidisch gegen die Umgebung abzudichten (Abdichtfunktion), und andererseits dazu, die Halbzellen einer Zelle voneinander elektrisch zu isolieren (Isolierfunktion). Zudem umfassen die Flussrahmen in der Regel integrierte Strömungskanäle zur Zu- und Abführung sowie zur Verteilung des Elektrolyten im Wirkraum der Zelle (Fluid-Verteilerfunktion) .
Bekannt, bspw. aus der US 2018/0062188 A1 , sind einteilige, plattenförmige Flussrahmen, welche integrierte Strömungskanäle zur Elektrolytzu- und -abführung sowie zur flächigen Verteilung des Elektrolyten im Wirkraum der Zelle umfassen. Aus der US 2016/0006046 A1 ist außerdem ein einteiliger Flussrahmen aus einem Elastomermaterial bekannt, in den Verteilkanalstrukturen für den Elektrolyt eingearbeitet sind. Die bekannten Flussrahmen sind aufgrund ihres Aufbaus vergleichsweise aufwändig in der Herstellung. Üblicherweise werden solche Flussrahmen durch spanende Bearbeitung (Fräsen, Bohren, etc.) oder mittels Spritzguss- oder Spritzprägeprozessen hergestellt. Während spanende Bearbeitung durch den hohen apparativen Aufwand und lange Maschinenlaufzeiten vergleichsweise zeit- und kostenintensiv ist, sind bei Spritzgussverfahren vor allem hohe Investitionskosten für Werkzeuge und hohe technologische Herausforderungen hinsichtlich Formgebung, Ebenheit, Maßhaltigkeit, Oberflächengüte, etc. nachteilig. Insbesondere bei Spritzgussverfahren sind Größe des Flussrahmens und spezifische Ausgestaltung der Kanalstrukturen durch das verwendete Spitzgusswerkzeug festgelegt und nicht ohne größeren Investitionsaufwand veränderbar.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, für eine Redox-Flow-Batterie eine an verschiedene Anforderungen flexibel anpassbare Konfiguration zu ermöglichen. Insbesondere soll ein Flussrahmen bereitgestellt werden, welcher kostengünstig herstellbar und flexibel an unterschiedliche Anforderungen anpassbar ist.
Diese Aufgabe wird durch einen Flussrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Der Flussrahmen ist für eine Verwendung in einer elektrochemischen Zelle ausgebildet, insbesondere zur Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flow-Batterie.
Der Flussrahmen ist modular aufgebaut und umfasst einen Rahmengrundkörper, welcher eine, vorzugsweise mittige, Rahmenöffnung umgrenzt. Insbesondere definiert die Rahmenöffnung den eigentlichen Wirkraum der Zelle.
Der Rahmengrundkörper weist in Umfangsrichtung um die Rahmenöffnung betrachtet zumindest abschnittsweise ein einseitig, nämlich in Richtung der Rahmenöffnung offenes Querschnittsprofil auf, sodass ein zu der Rahmenöffnung hin offener Profilaufnahmeraum gebildet ist. Der Profilaufnahmeraum kann die Rahmenöffnung insbesondere vollständig oder partiell umlaufen.
Der Flussrahmen umfasst außerdem einen Einleger, welcher in dem Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers angeordnet ist. Der Profilaufnahmeraum bildet insofern insbesondere eine Art Aufnahmetasche für den Einleger. Der Einleger ist insbesondere insofern separat ausgebildet, als dass der Einleger zum Zusammenbau des Flussrahmens als separates Element bereitgestellt wird und dann in den Profilaufnahmeraum eingelegt wird.
Der Einleger umfasst Kanalstrukturen zur, insbesondere flächigen, Verteilung von Fluiden in der Rahmenöffnung. Insbesondere umfasst der Einleger Kanalstrukturen zur flächigen Verteilung von Elektrolytflüssigkeit in dem Wirkraum. Die Kanalstrukturen können vorzugsweise kamm- oder fächerförmig ausgebildet sein, was eine homogene Verteilung eines Fluids, insbesondere von Elektrolytflüssigkeit, in der Rahmenöffnung ermöglicht. Insbesondere weist der Einleger zusätzlich Kanalstrukturen zur Zu- und/oder Abführung des Fluids auf. Zu diesem Zweck kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Rahmengrundkörper entsprechende Fluidkanäle zur Speisung der Kanalstrukturen des Einlegers aufweist, insbesondere in Form von Bohrungen.
Der Einleger dient als Distanzstück innerhalb des Profilaufnahmeraums und zur Verteilung der Elektrolytflüssigkeit im Wirkraum. Der Einleger kann insbesondere in den Profilaufnahmeraum lose eingelegt sein, also zerstörungsfrei lösbar mit dem Rahmengrundkörper zusammengefügt sein. Denkbar ist aber auch, dass der Einleger mit dem Rahmengrundkörper stoffschlüssig verbunden ist, bspw. durch Verschweißen und/oder Verkleben. Der Einleger kann die Rahmenöffnung vollständig oder partiell umlaufen. Der Einleger kann insbesondere in Form eines ein- oder mehrteiligen Einlegerahmens ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der Einleger formschlüssig in dem Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers aufgenommen. Außerdem kann es vorteilhaft sein, wenn der Einleger derart ausgebildet und in dem Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers angeordnet ist, dass der Einleger nicht aus dem Profilaufnahmeraum herausragt. Der Einleger kann insofern an drei Seiten von dem Rahmengrundkörper umschlossen und durch diesen abgedichtet sein.
Bei einem solchen modular aufgebauten Flussrahmen sind Abdichtfunktion und Fluid-Verteilerfunktion auf unterschiedliche Bauteile - Rahmengrundkörper und Einleger - verteilt und somit voneinander entkoppelt. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität erzielt werden. Insbesondere ermöglicht es ein solcher modularer Aufbau, Flussrahmen mit individuell angepassten Eigenschaften auf einfache und zugleich kostengünstige Weise herzustellen. Beispielsweise ist es möglich, durch die Verwendung unterschiedlicher Einleger ein Strömungsprofil durch die Rahmenöffnung - beispielsweise in Abhängigkeit eines eingesetzten Elektrolyten - bedarfsgerecht einzustellen, ohne dass der Rahmengrundkörpers in seiner Grundform verändert werden muss. Dies macht es beispielsweise möglich, einen einheitlichen Typus von Rahmengrundköper bereitzustellen, in den dann - je nach Anforderung - unterschiedliche Einleger eingelegt werden können.
Dadurch, dass der Einleger von dem Rahmengrundkörper separat ausgebildet ist, können Rahmengrundkörper und Einleger insbesondere aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein. Dies ermöglicht es, für die jeweiligen Funktionen des Rahmengrundkörpers bzw. Einlegers individuell vorteilhafte Materialien zu wählen und in einem Flussrahmen zu kombinieren. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Rahmengrundkörper aus einem vergleichsweise weichen Material gefertigt ist, um eine gute Abdichtwirkung zu benachbarten Bauteilen (bspw. zu Membran, Bipolarplatte oder weiteren Flussrahmen bei Verwendung in einem Zellstack) zu erzielen, während der Einleger aus einem vergleichsweise harten Material hergestellt ist, um eine hinreichende mechanische Formstabilität der Kanalstrukturen bereitzustellen, welche für einen zuverlässigen Elektrolytdurchfluss erforderlich ist.
Ein aus Rahmengrundkörper und Einleger modular aufgebauter Flussrahmen ist zudem auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Dadurch, dass in dem Rahmengrundkörper keine Fluidverteilerstrukturen integriert werden müssen, kann der Rahmengrundkörper aus vergleichsweise einfach ausgestalteten und somit kostengünstig herstellbaren Profilelementen hergestellt sein. Zu diesem Zweck ist es insbesondere vorteilhaft, wenn das Querschnittsprofil des Rahmengrundkörpers extrudierbar ausgebildet ist, also derart ausgebildet ist, dass das Querschnittsprofil mittels Extrusionsverfahren herstellbar ist.
Vorzugsweise ist das Querschnittsprofil im Wesentlichen U-förmig ausgebildet. Dann umfasst das Querschnittsprofil insbesondere zwei lange Schenkel und einen kurzen Schenkel. Dabei können die langen Schenkel gleich oder unterschiedlich lang ausgebildet sein. U-förmig schließt im Sinne der Erfindung nicht aus, dass der Rahmengrundkörper im Querschnitt gesehen an seiner Außenseite lokale Ausnehmungen und/oder Vorsprünge aufweist.
Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Rahmengrundkörper eine Mehrzahl von extrudierten Profilteilen umfassen. Dies ermöglicht es, auf einfache und kosteneffiziente Weise, Rahmengrundkörper unterschiedlicher Größe und Geometrie herzustellen und somit Redox-Flow-Zellen mit unterschiedlicher aktiver Wirkfläche und damit Leistung zu realisieren. Lediglich der Einleger mit den Elektrolyt-Verteilstrukturen muss entsprechend variiert und angepasst werden. Die Profilteile weisen insbesondere ein einseitig offenes Querschnittsprofil auf, sodass jeweils ein Profilteilaufnahmeraum gebildet ist. Die Profilteilaufnahmeräume der Profilteile stellen dann den Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers bereit. Vorzugsweise weisen die extrudierten Profilteile bereits das gewünschte Querschnittsprofil des Rahmengrundkörpers auf, beispielsweise ein im Wesentlichen U-förmiges Querschnittsprofil. Grundsätzlich ist es aber auch denkbar, dass die Profilteile aus mehreren extrudierten Profilsegmenten anderer Geometrie, z.B. L-Profilen, zusammengesetzt sind.
Insbesondere weisen zumindest eine Teilmenge, vorzugsweise aber alle Profilteile des Rahmengrundkörpers das gleiche Querschnittsprofil auf. Insofern sind die einzelnen Profilteile vorzugsweise in ihrer Grundform identisch ausgebildet und nur in ihrer Länge unterschiedlich. Bei einer solchen Ausgestaltung ist es insbesondere möglich, die Profilteile mittels derselben Extrusionsmatrize herzustellen, bspw. durch Ablängen eines entsprechenden Endlosprofilstrangs.
Der Rahmengrundkörper kann aus einer Mehrzahl von Profilteilen zusammengesetzt sein. Vorzugsweise sind die Profilteile an ihren Enden miteinander zu dem Rahmengrundkörper verbunden. Die Profilteilaufnahmeräume der Profilteile bilden dann gemeinsam einen die Rahmenöffnung vollständig umlaufenden Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers. Zum Beispiel kann ein Rahmengrundkörper mit rechteckiger Grundform aus zwei kurzen Profilteilen und zwei langen Profilteilen zusammengesetzt sein.
Es ist auch möglich, dass die Profilteile über Verbindungsteile miteinander verbunden sind. Insbesondere kann der Rahmengrundkörper zwei Profilteile und zwei die Profilteile miteinander verbindende Verbindungsteile umfassen. Die Verbindungsteile sind dann insbesondere derart ausgebildet und zwischen den Profilteilen angeordnet, dass sie mit einem jeweiligen Endabschnitt in die Profilaufnahmeteilräume der Profilteile, insbesondere formschlüssig, eingreifen. Die Verbindungsteile bilden insofern gemeinsam mit den Profilteilen den Rahmengrundkörper. Die Verbindungsteile sind insbesondere nicht vollständig in den Profilteilaufnahmeräumen aufgenommen, sondern bilden mit einem Mittelabschnitt selbst einen Teil der die Rahmenöffnung unmittelbar begrenzenden Struktur. Die Verbindungsteile und die Profilteile sind insbesondere insofern separat ausgebildet, als dass die Profilteile und die Verbindungsteile zum Zusammenbau des Flussrahmens als separate Elemente bereitgestellt werden und miteinander zusammengefügt werden. Für eine sichere Verbindung kann es zudem vorteilhaft sein, wenn die Verbindungsteile an ihren Endabschnitten Verbindungskonturen, bspw. in Form von Verbindungszapfen, aufweisen. Dann können die Profilelemente entsprechende Gegenverbindungskonturen, bspw. in Form von entsprechenden Aussparungen, aufweisen, in welche die Verbindungskonturen in der zusammengesetzten Konfiguration eingreifen. Die Verbindungsteile können bspw. mittels Extrusionsprozessen oder Spritzgussverfahren hergestellt sein. Bei einer Ausgestaltung mit Verbindungsteilen umfasst der Einleger insbesondere mehrere separate Einlegerteile, wobei in jedem Profilteilaufnahmeraum der beiden Profilteile jeweils ein Einlegerteil angeordnet ist.
Vorzugsweise sind die Profilteile miteinander fluiddicht verbunden. Zu diesem Zweck kann es bei einer Ausgestaltung des Rahmengrundkörpers ohne Verbindungsteile vorteilhaft sein, wenn die Profilteile an ihren Enden auf Gehrung abgelängt und stoffschlüssig miteinander verbunden sind, bspw. mittels Verkleben und/oder Verschweißen. Bei einer Ausgestaltung des Rahmengrundkörpers mit Verbindungsteilen können die Profilteile über die Verbindungsteile miteinander fluiddicht verbunden sein. Vorzugsweise sind die Verbindungsteile mit den Profilteilen stoffschlüssig verbunden, bspw. durch Verschweißen und/oder Verkleben. Dadurch, dass die Verbindungsteile in die Profilaufnahmeräume der Profilteile eingreifen, wird eine vergleichsweise große Verbindungsfläche bereitgestellt, was eine zuverlässige Abdichtung begünstigt.
Die Kanalstrukturen des Einlegers können im Inneren des Einlegers verlaufen. Insofern können die Kanalstrukturen innenliegend, also von Einlegermaterial umschlossen, ausgebildet sein. Bevorzugt ist jedoch, wenn die Kanalstrukturen des Einlegers durch Ausnehmungen an der Außenseite des Einlegers gebildet sind. Insofern sind die Kanalstrukturen vorzugsweise außenliegend an einer Oberfläche des Einlegers ausgebildet. Solche außenliegenden Kanalstrukturen sind vergleichsweise einfach herstellbar, bspw. durch abtragende Bearbeitung der Außenseite des Einlegers oder durch Prägeverfahren. Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Kanalstrukturen dann einseitig offen. Insbesondere sind die außenliegenden Kanalstrukturen dann bei bestimmungsgemäßem Einbau des Einlegers im Rahmengrundkörper von einer Innenwandung des Rahmengrundkörpers verschlossen, sodass in Zusammenwirkung mit dem Rahmengrundkörper geschlossene Fluidkanäle gebildet sind.
In diesem Zusammenhang kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Einleger an seiner Außenfläche Dichtungskonturen zur Abdichtung gegen den Rahmengrundkörper aufweist. Vorzugsweise sind Dichtungskonturen zur Abdichtung der, insbesondere außenliegenden, Kanalstrukturen des Einlegers vorgesehen. Zu diesem Zweck können die Dichtungskonturen insbesondere derart angeordnet sein, dass sie zwischen sich eine Kanalstruktur einschließen, insbesondere einem Verlauf der Kanalstruktur folgen. Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Dichtungskonturen kann insbesondere darin bestehen, dass der Einleger an seiner Außenseite wenigstens einen, insbesondere umlaufenden, Vorsprung aufweist. Bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Einlegers in dem Profilaufnahmeraum kann sich dann der wenigstens eine Vorsprung des Einlegers in den, vorzugsweise weicheren, Rahmengrundkörper eingraben und auf diese Weise eine Dichtwirkung bereitstellen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass der Rahmengrundkörper entsprechende Gegendichtungskonturen aufweist. Beispielsweise kann der Rahmengrundkörper an seiner dem Profilaufnahmeraum zugewandten Innenwandung wenigstens eine entsprechende, insbesondere umlaufende, Nut aufweisen, in welche der wenigstens eine Vorsprung des Einlegers bei bestimmungsgemäßer Anordnung des Einlegers in dem Profilaufnahmeraum eingreift. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der Einleger die wenigstens eine Nut aufweist und der Rahmengrundkörper den wenigstens einen Vorsprung.
Um eine gute Dichtwirkung zwischen Einleger und Rahmengrundkörper sowie zwischen benachbarten Rahmengrundkörpern, bspw. bei einer Verwendung des Flussrahmens in einem Zellstack, zu erzielen, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Rahmengrundkörper aus einem chemisch gegen den Elektrolyten beständigen Elastomer hergestellt ist, insbesondere daraus besteht. Bei einer Ausgestaltung des Rahmengrundkörpers aus Profilteilen ist es insbesondere bevorzugt, wenn die Profilteile aus einem chemisch gegen den Elektrolyten beständigen und zugleich extrudierbaren Elastomer hergestellt sind. Vorzugsweise ist der Rahmengrundkörper bzw. sind die Profilteile aus einem thermoplastischen Elastomer hergestellt, insbesondere aus thermoplastischem Polyethylen (TPE), thermoplastischem Polystyrol (TPS), thermoplastischem Polyurethan (TPU), aus einem thermoplastischen Vulkanisat (TPV) oder Kombinationen dieser Materialien.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Elastomer, aus welchem der Rahmengrundkörper bzw. die Profilteile hergestellt sind, eine Shorehärte im Bereich von 40 bis 90 Shore A, vorzugsweise im Bereich 50 bis 80 Shore A, aufweist. Ein solches Elastomer ist weich genug, um eine gute Abdichtung zwischen dem Rahmengrundkörper und benachbarten Bauteilen (z.B. Einleger, Bipolarplatte, Membran, etc.) zu erzielen, aber trotzdem hinreichend mechanisch belastbar, bspw. um bei einem späteren Verpressen des Rahmengrundkörpers in einem Zellstack eine ausreichende Formstabilität bereitzustellen.
Der Einleger ist insbesondere aus einem anderen Material als der Rahmengrundkörper hergestellt. Vorzugsweise ist der Einleger aus einem im Vergleich zu dem Rahmengrundkörper-Material härteren und/oder steiferen Kunststoff hergestellt. Durch die Kombination aus weicherem Rahmengrundkörper-Material und härterem Einleger-Material kann zum einen eine gute Abdichtung zwischen beiden Bauteilen erzielt werden, bspw. über vorstehend beschriebene Dichtungskonturen. Zudem anderen kann durch die Ausbildung des Einlegers aus einem vergleichsweise harten Material sichergestellt werden, dass ein Querschnitt der Kanalstrukturen des Einlegers bei einem Verpressen des Flussrahmens in einem Zellstack nicht bzw. nur sehr geringfügig verändert wird. Hierdurch kann ein zuverlässiger Fluiddurchfluss gewährleistet werden. Vorzugsweise ist der Einleger aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt, insbesondere aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polyvinylchlorid (PVC). Die Einleger können auf einfache Weise mechanisch bspw. durch Fräsen oder bei größeren Stückzahlen durch einen kostengünstigen Spritzgussprozess hergestellt werden.
Der Einleger kann einteilig, insbesondere monolithisch, ausgebildet sein, beispielsweise in Form eines Einlegerahmens. Dies ermöglicht ein einfaches Handling des Einlegers beim Zusammenbau des Flussrahmens.
Der Einleger kann aber auch mehrteilig ausgebildet sein. Insbesondere kann der Einleger wenigstens zwei, vorzugsweise zwei oder vier, separat ausgebildete Einlegerteile umfassen. Die Einlegeteile können dann auf einfache Weise separat in den Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers bzw. in die Profilteilaufnahmeräume der Profilteile eingelegt werden. Eine mehrteilige Ausgestaltung des Einlegers ermöglicht es, eine Elektrolytverteilung in dem Wirkraum auf einfache Weise an verschiedene Anforderungen (z.B. in Abhängigkeit des eingesetzten Elektrolyten oder in Abhängigkeit einer Größe und Geometrie des Rahmengrundkörpers, etc.) flexibel anzupassen. Beispielsweise kann durch spezifische Anordnung und Ausgestaltung der Einlegerteile ein Strömungsprofil der Elektrolytflüssigkeit in dem Wirkraum individuell eingestellt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass ein Set an Standard-Einlegerteilen bereitgestellt wird, welche dann je nach Anforderung flexibel kombiniert werden können. Ein solcher modularer Aufbau aus Standardbauteilen ist besonders kosteneffizient. Grundsätzlich ist es beispielsweise denkbar, dass an unterschiedlichen Positionen um die Rahmenöffnung Einlegerteile mit unterschiedlichen Kanalstrukturen vorgesehen sind. Es ist auch denkbar, dass nur eine Teilmenge der Einlegerteile überhaupt Kanalstrukturen aufweist. Die Einlegerteile können insbesondere unterschiedliche Geometrien aufweisen, beispielsweise rechteckige, L-förmige, oder Trapezförmige Grundformen aufweisen. Es ist auch möglich, dass die Einlegerteile unterschiedlich geformte Kanalstrukturen aufweisen.
Bei einer Ausgestaltung des Rahmengrundkörpers mit rechteckiger Grundform kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn, vorzugsweise nur, diejenigen Einlegerteile, welche an den Längsseiten des Rahmengrundkörpers angeordnet sind, Kanalstrukturen zur Verteilung des Fluids in der Rahmenöffnung aufweisen. Der Elektrolyt muss dann nur einen vergleichsweise kurzen Strömungsweg durch eine in der Rahmenöffnung angeordnete Elektrode zurücklegen (nämlich längs der kurzen Seiten des Flussrahmens), sodass der Druckabfall beim Durchströmen der Elektrode gering ist.
Vorzugsweise sind die Einlegerteile bei bestimmungsgemäßer Anordnung im Rahmengrundkörper fluiddicht miteinander verbunden. Zu diesem Zweck können die Einlegerteile insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig, beispielsweise über Nut-und-Feder-Verbindungen, miteinander zu einem Einlegerahmen verbunden sein.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung des Flussrahmens kann der Flussrahmen einen Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Bipolarplatte (Bipolarplatten-Aufnahmebereich) aufweisen und/oder einen Aufnahmebereich zur Aufnahme einer Membran (Membran-Aufnahmebereich) aufweisen. Bei einer Verwendung des Flussrahmens in einer Zelle bzw. einem Zellstack können dann in dem jeweiligen Aufnahmebereich eine Membran bzw. eine Bipolarplatte angeordnet sein. Die Aufnahmebereiche ermöglichen dabei eine einfache Positionierung von Bipolarplatte bzw. Membran und begünstigen zugleich eine sichere, positionsgenaue Halterung der Membran bzw. Bipolarplatte. Insbesondere sind ein Bipolarplatten-Aufnahmebereich und ein Membran-Aufnahmebereich an gegenüberliegenden Außenseiten des Flussrahmens ausgebildet.
Eine bevorzugte Ausgestaltung besteht darin, dass der jeweilige Aufnahmebereich durch eine Ausnehmung an einer Außenseite des Rahmengrundkörpers gebildet ist. Insbesondere kann der Rahmengrundkörper zumindest an einer derjenigen Außenseiten, welche parallel zu einer von der Rahmenöffnung aufgespannten Rahmenebene orientiert sind, eine an die Rahmenöffnung angrenzende und diese umlaufende Ausnehmung aufweisen. Vorzugsweise ist die Ausnehmung im Querschnitt entlang der Umlaufrichtung betrachtet stufenförmig ausgebildet. Insofern weist der Rahmengrundkörper insbesondere eine sich orthogonal zu der Rahmenebene erstreckende und die Rahmenöffnung umlaufende Kante auf, welche einen Anschlag für die Bipolarplatte oder die Membran bildet. Eine den Bipolarplatten-Aufnahmebereich bildende Ausnehmung und eine den Membran-Aufnahmebereich bildende Ausnehmung sind insbesondere an gegenüberliegenden Außenseiten des Rahmengrundkörpers angeordnet.
Ist der Rahmengrundkörper aus mehreren Profilteilen zusammengesetzt, können insofern die Profilteile zumindest an einer derjenigen Außenseiten, welche orthogonal zu der offenen Seite orientiert sind, insbesondere an beiden gegenüberliegenden Außenseiten, eine stufenförmige Ausnehmung aufweisen, welche sich entlang der gesamten Längserstreckung der Profilteile erstreckt. Ein solches Profilteil ist dann insofern extrudierbar ausgebildet.
Zur Abdichtung einer in dem Bipolarplatten-Aufnahmebereich angeordneten Bipolarplatte bzw. zur Abdichtung einer in dem und Membran-Aufnahmebereich angeordneten Membran kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Rahmengrundkörper umlaufende Dichtungslippen zur fluiddichten Abdichtung einer aufliegenden Bipolarplatte und/oder Membran aufweist.
Zur Abdichtung von nebeneinander angeordneten Flussrahmen, z.B. bei Verwendung in einem Zellstack, kann es ferner vorteilhaft sein, wenn der Rahmengrundkörper an einer derjenigen Außenseiten, welche parallel zu einer von der Rahmenöffnung aufgespannten Rahmenebene orientiert sind, eine die Rahmenöffnung umlaufende Nut aufweist und an der gegenüberliegenden Außenseite einen korrespondierenden, die Rahmenöffnung umlaufenden Vorsprung aufweist. Der Rahmenkörper ist insofern insbesondere derart ausgebildet, dass nebeneinander angeordnete Flussrahmen nach Art von Nut und Feder, insbesondere fluiddicht, miteinander verbindbar sind.
Ist der Rahmengrundkörper aus mehreren Profilteilen zusammengesetzt, können insofern die einzelnen Profilteile an einer derjenigen Außenseiten, welche orthogonal zu der offenen Seite orientiert sind, eine sich entlang ihrer Längserstreckung, insbesondere von ihrem jeweiligen ersten Ende bis zu dem zweiten Ende, erstreckende Nut aufweisen und an ihrer gegenüberliegenden Außenseite einen entsprechenden Vorsprung aufweisen. Ein solches Profilteil ist insofern extrudierbar ausgebildet.
Zur Lösung des eingangs genannten Problems wird ferner eine Flussrahmen-Elektroden-Einheit vorgeschlagen, welche insbesondere einen vorstehend beschriebenen Flussrahmen und eine Elektrode umfasst. Vorzugsweise ist die Elektrode innerhalb der Rahmenöffnung angeordnet, also insbesondere von dem Flussrahmen umgrenzt. Insbesondere ist die Elektrode derart ausgebildet und angeordnet, dass sie die Rahmenöffnung vollständig ausfüllt. Bei der Elektrode kann es sich insbesondere um eine Filz-Elektrode handeln, vorzugsweise aus einem Kohlenstoffmaterial, bspw. aus einem Graphitfilz.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Elektrode insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sein, dass sich die Elektrode bündig an die der Rahmenöffnung zugewandten Innenkanten des Rahmengrundkörpers anschließt. Bei einer solchen Ausgestaltung ist der Profilaufnahmeraum insofern an seiner offenen Seite von der Elektrode verschlossen. Eine über die Kanalstrukturen des Einlegers in Richtung der Rahmenöffnung strömende Elektrolytflüssigkeit kann dann unmittelbar von der Elektrode aufgenommen und in dieser reduziert bzw. oxidiert werden.
Im Rahmen einer alternativen vorteilhaften Ausgestaltung kann die Elektrode auch derart ausgebildet und angeordnet sein, dass die Elektrode abschnittsweise in den Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers eindringt. Eine Eindringtiefe beträgt dabei vorzugsweise 1 bis 5 mm. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass eine aus den Kanalstrukturen des Einlegers ausströmende Elektrolytflüssigkeit zuerst auf die Elektrode trifft, sodass dort eventuell vorhandene elektrische Potentialunterschiede zwischen Elektrolyt und Zelle abgebaut werden können. Zu diesem Zweck kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die Elektrode formschlüssig in dem Profilaufnahmeraum aufgenommen ist.
Ferner wird eine Zelle für eine Redox-Flow-Batterie vorgeschlagen, welche eine erste und eine zweite vorstehend erläuterte Flussrahmen-Elektroden-Einheit umfasst. Die Zelle umfasst außerdem eine Membran, welche zwischen der ersten und der zweiten Flussrahmen-Elektroden-Einheit angeordnet ist. Die Flussrahmen-Elektroden-Einheiten bilden insbesondere jeweils eine Halbzelle der Zelle. Die Membran ermöglicht einen Ionenaustausch zwischen den Halbzellen. Zu diesem Zweck ist die Membran ionenleitend ausgebildet, insbesondere aus einem ionenleitenden Material hergestellt. Die Membran ist vorzugsweise in einem vorstehend beschriebenen Membran-Aufnahmebereich des Flussrahmens aufgenommen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung einer solchen Zelle können die beiden Flussrahmen identisch ausgebildet sein. Dann kann der Flussrahmen der zweiten Flussrahmen-Elektroden-Einheit insbesondere relativ zu dem Flussrahmen der ersten Flussrahmen-Elektroden-Einheit um 180° um eine seiner Außenkanten geklappt sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist insofern nur ein Flussrahmentyp für den Aufbau einer Zelle erforderlich, was eine besonders kosteneffiziente Herstellung der Zelle ermöglicht.
Für einen Einsatz in einer Redox-Flow-Batterie kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Zellen zu einem Zellstack gestapelt sind. Es wird insofern zur Lösung der Aufgabe auch ein Zellstack vorgeschlagen, welcher eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Zellen umfasst. Die Zellen sind insbesondere entlang einer zu der von dem Flussrahmen aufgespannten Rahmenebene orthogonalen Stapelrichtung aufeinandergestapelt. Dabei ist zwischen benachbarten Zellen jeweils eine Bipolarplatte angeordnet. Eine Bipolarplatte ist insofern jeweils zwei benachbarten Halbzellen zugeordnet. Vorzugsweise sind die Bipolarplatten in den vorstehend beschriebenen Bipolarplatten-Aufnahmebereichen angeordnet.
Insbesondere bedeckt eine jeweilige Bipolarplatte die Rahmenöffnung der angrenzenden Flussrahmen vollständig. Um eine gute Abdichtung zwischen Flussrahmen und Bipolarplatte bzw. zwischen Flussrahmen und Membran zu erzielen, kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn die Bipolarplatten und/oder die Membranen derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie - bei Blickrichtung in Stapelrichtung - in einer Richtung orthogonal zu der Stapelrichtung mit dem jeweiligen Einleger der angrenzenden Flussrahmen-Elektroden-Einheiten teilweise überlappen. Die Bipolarplatte und/oder die Membran erstrecken sich insofern insbesondere derart radial über die Rahmenöffnung hinaus, dass sie bei Blickrichtung in Stapelrichtung den Einleger des angrenzenden Flussrahmens abschnittsweise überdecken. Bei einem Verpressen der Bauteile im Zellstack werden dann Bipolarplatte bzw. Membran durch den Einleger abgestützt. Hierdurch kann eine homogene Kraftverteilung erzielt werden, was eine gute Abdichtung zwischen den einzelnen Bauteilen eines Zellstacks, insbesondere zwischen Bipolarplatte, Rahmengrundkörper, Einleger und Membran, begünstigt. Vorzugsweise beträgt ein Überlapp zwischen Bipolarplatte und Einleger bzw. zwischen Membran und Einleger 1 bis 40 mm, insbesondere 5 bis 15 mm.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung des Zellstacks kann darin bestehen, dass ein jeweiliger Flussrahmen mit dem weiteren zu der gleichen Zelle gehörenden Flussrahmen und/oder mit dem Flussrahmen einer benachbarten Zelle fluiddicht verbunden ist. Insbesondere können die Flussrahmen über vorstehend beschriebene Nut-Feder-Verbindung miteinander verbunden und gegeneinander abgedichtet sein. Grundsätzlich besteht aber auch die Möglichkeit, dass die einzelnen Flussrahmen an den umlaufenden Oberflächen, bspw. mittels Schweißen und/oder Kleben, fluiddicht zusammengefügt sind. Durch zusätzliche Dichtungslippen können die Flächenkräfte für die Verpressung der Komponenten des Zellstacks (Rahmengrundkörper, Einleger, Membran, Bipolarplatte, etc.) untereinander reduziert werden.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch die Verwendung eines vorstehend beschriebenen Flussrahmens in einer Redox-Flow-Batterie, insbesondere in einer Zelle einer Redox-Flow-Batterie, gelöst. Wie bereits erläutert, ermöglicht es der modulare Aufbau des Flussrahmens, Redox-Flow-Batterien mit unterschiedlicher aktiver Wirkfläche und damit Leistung auf einfache und kostengünstige Weise zu realisieren. Im Übrigen wird auf die vorstehend im Zusammenhang mit dem Flussrahmen erläuterten Merkmale und Vorteile verwiesen.
Zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen Flussrahmens wird insbesondere ein Verfahren vorgeschlagen, welches die folgenden Schritte umfasst. Dabei können die vorstehend im Zusammenhang mit dem Flussrahmen als solchen erläuterten Merkmale und Vorteile zur Ausgestaltung des Verfahrens dienen.
Gemäß dem Verfahren wird eine Mehrzahl von Profilteilen bereitgestellt. Hierzu wird insbesondere ein Profilstrang extrudiert, welcher ein einseitig offenes, vorzugsweise im Wesentlichen U-förmiges, Querschnittsprofil aufweist, sodass ein einseitig offener Profilteilaufnahmeraum gebildet ist. Der Profilstrang wird dann zur Bildung der Profilteile entsprechend einer gewünschten Größe des späteren Flussrahmens abgelängt.
Optional können in zumindest einer Teilmenge der Profilteile Fluidkanalstrukturen erzeugt werden. Zu diesem Zweck können insbesondere örtlich definierte Aussparungen in den entsprechenden Profilteilen erzeugt werden, vorzugsweise durch Bohren oder Ausstanzen.
Für die weitere Montage kann es vorteilhaft sein, wenn die Profilteile in eine Montagevorrichtung eingelegt werden. Die Montagevorrichtung ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie einen reckteckförmigen Aufnahmeraum definiert, dessen Innenumfang im Wesentlichen einer Außenabmessung des späteren Rahmengrundkörpers entspricht.
In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Profilteile an Verbindungsabschnitten fluiddicht, insbesondere stoffschlüssig, zu dem Rahmengrundkörper verbunden. Zu diesem Zweck können nach dem Ablängen an den jeweiligen Enden, insbesondere an den Stirnseiten, der Profilteile Verbindungskonturen erzeugt werden, bspw. durch Ausschneiden oder Ausstanzen. Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Profilteile zunächst an den jeweiligen Stirnseiten auf Gehrung abgelängt und im Anschluss an ihren Stirnseiten durch Verschweißen und/oder Kleben miteinander verbunden werden. Die Profilteile können auch über vorstehend beschriebene Verbindungsteile miteinander verbunden werden. Dann werden zunächst die Profilteile und die Verbindungsteile mechanisch zusammengefügt und im Anschluss miteinander stoffschlüssig verbunden.
Gemäß dem Verfahren wird ferner ein Einleger bzw. eine Mehrzahl von Einlegerteilen bereitgestellt und in die Profilaufnahmeräume der Profilteile eingelegt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können der Einleger bzw. die Einlegerteile vor dem Verbinden der Profilteile zu dem Rahmengrundkörper in die Profilteilaufnahmeräume der einzelnen Profilteile eingelegt werden. Es ist aber auch möglich, dass der Einleger bzw. die Einlegeteile erst nach Verbinden der Profilteile zu dem Rahmengrundkörper in den Profilaufnahmeraum des Rahmengrundkörpers eingelegt werden.
In einem optionalen weiteren Verfahrensschritt können der Einleger bzw. die Einlegeteile mit den Profilteilen, insbesondere stoffschlüssig, verbunden werden, vorzugsweise im Zuge des Verbindens der Profilteile zu dem Rahmengrundkörper.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen:

1 skizzierte Darstellung einer Ausgestaltung eines Flussrahmens in einer Draufsicht;
2 skizzierte Darstellung des Flussrahmens gemäß 1 in einer Schnittansicht entlang der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II;
3a-e skizzierte Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen eines Rahmengrundkörpers in einer Schnittansicht entsprechend der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II;
4a-c skizzierte Darstellungen verschiedener Ausgestaltungen eines Einlegerteils in einer Draufsicht;
5 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Flussrahmens in einer Schnittansicht entsprechend der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II;
6 skizzierte Darstellung eines Ausschnitts einer Redox-Flow-Zelle in einer Schnittansicht entlang einer der in 1 eingezeichneten Schnittebene II-II entsprechenden Schnittebene;
7a-b skizzierte Darstellungen zweier Ausgestaltungen einer Halbzelle;
8 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Flussrahmens in einer Draufsicht;
9 skizzierte Darstellung des Flussrahmens gemäß 8 in einer Schnittansicht entlang der in 8 eingezeichneten Schnittebene IX-IX; und
10 skizzierte Darstellung einer weiteren Ausgestaltung des Flussrahmens in einer der 9 entsprechenden Ansicht.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 zeigt eine Ausgestaltung eines Flussrahmens, welcher insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Der Flussrahmen 10 ist insbesondere zur Verwendung in einer nachfolgend noch im Detail beschriebenen und in 6 abschnittsweise dargestellten Redox-Flow-Zelle 12 ausgebildet.
Der Flussrahmen 10 ist modular aufgebaut und umfasst einen Rahmengrundkörper 14 und einen in dem Rahmengrundkörper 14 angeordneten Einleger 16 (in 1 mit Strichlinien eingezeichnet).
Wie aus 1 ersichtlich, umgrenzt der Rahmengrundkörper 14 eine zentrale Rahmenöffnung 18, welche den eigentlichen Wirkraum der Zelle 12 definiert (nachfolgend noch näher erläutert). Der Rahmengrundkörper 14 ist aus einer Mehrzahl, im dargestellten Beispiel vier, Profilteilen 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 zusammengesetzt. Die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 sind beispielhaft und bevorzugt mittels Extrusionsverfahren hergestellt (s.u.). In dem dargestellten Beispiel weisen Rahmengrundkörper 14 und Rahmenöffnung 18 jeweils eine rechteckige Grundform auf. Insofern sind zwei lange Profilteile 15-2, 15-4 und zwei kurze Profilteile 15-1, 15-3 vorgesehen. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen sind jedoch auch andere Vieleck-Geometrien denkbar.
Wie aus 1 ersichtlich, sind die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 beispielhaft an ihren jeweiligen Enden 20 auf Gehrung abgelängt und zu dem Rahmengrundkörper 14 verbunden. Beispielhaft und bevorzugt sind die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 fluiddicht miteinander verbunden, beispielsweise mittels Kleben und/oder Verschweißen.
Wie aus 2 ersichtlich, weisen die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 und somit der aus diesen zusammengesetzte Rahmengrundkörper 14 in Umfangsrichtung um die Rahmenöffnung 18 betrachtet ein einseitig, in Richtung der Rahmenöffnung 18 offenes Querschnittsprofil auf. In dem dargestellten Beispiel ist das Querschnittsprofil im Wesentlichen U-förmig ausgebildet mit einem kurzen Schenkel 22 und zwei langen Schenkeln 24-1, 24-2.
Wie aus den 2 und 3a bis 3e ersichtlich, begrenzen die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 jeweils einen innenliegenden Profilteilaufnahmeraum 26', welcher einseitig durch eine Profilöffnung 28 offen ist. Sind die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 zu dem Rahmengrundkörper 14 zusammengesetzt, ist insofern ein die Rahmenöffnung 18 umlaufender und in Richtung der Rahmenöffnung 18 offener Profilaufnahmeraum 26 gebildet.
Die 3a bis 3e zeigen weitere beispielhafte Querschnittsprofile, welche der Rahmengrundkörper 14 aufweisen kann. So kann der Rahmengrundkörper 14 beispielsweise spiegelsymmetrisch zu einer von der Rahmenöffnung 18 aufgespannten Rahmenebene ausgebildet sein (vgl. 3a und 3b). Es ist auch möglich, dass der Rahmengrundkörper 14 an seinen orthogonal zu der Rahmenebene orientierten Außenseiten 30, 32 Ausnehmungen 70', 72', 82 oder Vorsprünge 78, 84 aufweist (vgl. 3b bis 3e, nachfolgend noch im Detail beschrieben). Wie in 3c dargestellt, kann der Profilteilaufnahmeraum 26' zudem eine innenliegende Stufe 34 aufweisen.
Der Rahmengrundkörper 14 ist beispielhaft und bevorzugt aus einem thermoplastischen Elastomer mit einer Shore-Härte von 50 bis 80 Shore A hergestellt.
Wie aus 2 ersichtlich, ist der vorstehend erwähnte Einleger 16 in dem Profilaufnahmeraum 26 des Rahmengrundkörpers 14 angeordnet. Der Einleger 16 ist von dem Rahmengrundkörper 14 separat ausgebildet und wird zum Zusammenbau des Flussrahmens 10 in den Profilaufnahmeraum 26 eingelegt (nachfolgend in Bezug auf das Herstellungsverfahren noch näher erläutert).
Beispielhaft und bevorzugt ist der Einleger 16 aus einem steiferen Material als der Rahmengrundkörper 14 hergestellt, insbesondere aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polyvinylchlorid (PVC).
Wie aus 1 ersichtlich, ist der Einleger 16 beispielhaft derart ausgebildet, dass er die Rahmenöffnung 18 vollständig umläuft. In dem dargestellten Beispiel ist der Einleger 16 zudem derart bemessen, dass er nicht aus dem Profilaufnahmeraum 26 herausragt und formschlüssig in dem Profilaufnahmeraum 26 aufgenommen ist (vgl. 2).
Wie in 2 gezeigt, umfasst der Einleger 16 nachfolgend noch näher erläuterte Kanalstrukturen 36, welche dazu ausgebildet sind, Elektrolytflüssigkeit in der Rahmenöffnung 18 zu verteilen. Der Einleger 16 kann derart ausgebildet sein, dass entlang seines gesamten Umfangs Kanalstrukturen 36 vorgesehen sind. Beispielhaft und bevorzugt sind die Kanalstrukturen 36 jedoch nur an den Längsseiten 38-1, 38-2 des Flussrahmens 10 angeordnet.
Der Einleger 16 kann einteilig ausgebildet sein, beispielsweise in der Gestalt eines Einlegerahmens (in 1 beispielhaft dargestellt). Bei einer alternativen Ausgestaltung kann der Einleger 16 auch aus einer Mehrzahl von separat bereitgestellten Einlegerteilen 16' gebildet sein. Diese können voneinander separat in den Profilaufnahmeraum 26 eingelegt sein und optional miteinander fluiddicht, insbesondere stoffschlüssig, verbunden sein.
Die Einlegerteile 16' können grundsätzlich verschieden ausgestaltet sein. Eine Auswahl an beispielhaften Ausgestaltungen der Einlegerteile 16' ist in den 4a bis 4c dargestellt. Beispielsweise können die Einlegeteile 16' eine trapezförmige (vgl. 4a) oder rechteckförmige (vgl. 4b) oder L-förmige (vgl. 4c) Grundform aufweisen. Je nach Anforderung, können unterschiedliche Einlegerteile 16' verwendet und miteinander kombiniert sein.
Die in den 4a bis 4c dargestellten Einlegerteile 16' umfassen jeweils vorstehend erwähnte Kanalstrukturen 36. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen können Einlegerteile 16' aber auch frei von Kanalstrukturen 36 ausgebildet sein. In dem dargestellten Beispiel umfassen die Kanalstrukturen 36 einen Fluidanschluss 40, eine - im dargestellten Beispiel mäanderförmige - Fluidführung 42, sowie kammförmige Verteilerstrukturen 44, welche bei bestimmungsgemäßem Einbau der Einlegerteile 16' in die Rahmenöffnung 18 münden. Diese, in den Figuren nur für die Einlegerteile 16' beispielhaft dargestellte Ausgestaltung der Kanalstrukturen 36, 40, 42, 44 kann auch in entsprechender Weise bei einer einteiligen Ausführung des Einlegers 16 vorgesehen sein.
Die Kanalstrukturen 36, 40, 42, 44 sind beispielhaft und bevorzugt durch entsprechende Ausnehmungen 46 an einer Außenseite 48 des Einlegers 16 bzw. der Einlegerteile 16' gebildet (vgl. 2). Bei bestimmungsgemäßem Einbau des Einlegers 16 bzw. der Einlegerteile 16' in dem Profilaufnahmeraum 26 sind die Kanalstrukturen 36, 40, 42, 44 dann von einer Innenwandung 50 des Rahmengrundkörpers 14 verschlossen (vgl. 2). Zur Speisung der Kanalstrukturen 36 mit Elektrolytflüssigkeit weist der Rahmengrundkörper 14 in dem in 1 dargestellten Beispiel entsprechende Bohrungen 52 auf, welche im zusammengebauten Zustand des Flussrahmens 10 mit den Fluidanschlüssen 40 des Einlegers 16 bzw. der Einlegerteile 16' fluchten.
Wie in 5 beispielhaft dargestellt, kann der Einleger 16 bzw. die Einlegerteile 16' - zur Abdichtung der Kanalstrukturen 36 und/oder von nachfolgend noch näher erläuterten Fluiddurchführungen 52 gegenüber dem Rahmengrundkörper 14 - an seiner Außenseite 48 optionale Vorsprünge 54-1, 54-2 derart aufweisen, dass eine abzudichtende Kanalstruktur 36 zwischen den Vorsprüngen 54-1, 54-2 eingeschlossen ist. Bei bestimmungsgemäßem Einbau des Einlegers 16 bzw. der Einlegerteile 16' in dem Profilaufnahmeraum 26 können sich dann die Vorsprünge 54-1, 54-2 des Einlegers 16 in die Innenwandung 50 des weicheren Rahmengrundkörpers 14 eingraben und somit eine Dichtwirkung bereitstellen. Es ist auch möglich, dass der Rahmengrundkörper 14 an der dem Profilaufnahmeraum 26 zugewandten Innenwandung 50 des Rahmengrundkörpers 14 korrespondierende Nuten 56-1, 56-2 aufweist, in welche die Vorsprünge 54-1, 54-2 eingreifen.
Wie bereits erwähnt, dient ein vorstehend beschriebener Flussrahmen 10 insbesondere zur Verwendung in einer Redox-Flow-Zelle 12. Ein Ausschnitt einer möglichen Ausgestaltung einer solchen Zelle 12 ist in 6 skizziert dargestellt. Dabei zeigt die 6 die Zelle 12 in einer Schnittansicht entlang einer der Schnittebene II-II in 1 entsprechenden Schnittebene.
Die Zelle 12 umfasst zwei Halbzellen 58-1, 58-2, zwischen denen eine Membran 60 angeordnet ist. Jede Halbzellen 58-1, 58-2 umfasst eine Flussrahmen-Elektroden-Einheit 62-1, 62-2, welche ihrerseits jeweils einen Flussrahmen 10 und eine in der Rahmenöffnung 18 des Flussrahmens 10 angeordnete Elektrode 64 umfasst (nachfolgend in Bezug auf die 7a und 7b noch im Detail beschrieben). Wie aus 6 ersichtlich, sind in dem dargestellten Beispiel die Flussrahmen 10 der beiden Flussrahmen-Elektroden-Einheiten 62-1, 62-2 zueinander identisch ausgebildet, jedoch relativ zueinander um 180° um die Membranebene geklappt. Die Membran 60 ist vorzugsweise derart ausgebildet und angeordnet, dass die Rahmenöffnung 18 und die darin angeordnete Elektrode 64 von der Membran 60, insbesondere vollständig, bedeckt ist.
In einer Redox-Flow-Batterie sind vorzugsweise eine Mehrzahl solcher Zellen 12 in einer Stapelrichtung 66 zu einem Zellstack (nicht dargestellt) aufeinandergestapelt und durch ein Verspannsystem (nicht dargestellt) gegeneinander verpresst. In einem solchen Zellstack ist dann zwischen den einzelnen Zellen jeweils eine Bipolarplatte 68 vorgesehen, welche zwei benachbarte Zellen 12 elektrisch verbindet. In 6 sind beispielhaft zwei solcher Bipolarplatten 68 dargestellt, welche jeweils an derjenigen Außenseite 30 des entsprechenden Flussrahmens 10 angeordnet sind, die der Membran 60 gegenüberliegt. Vorzugsweise bedeckt eine Bipolarplatte 68 ebenfalls die Rahmenöffnung 18 vollständig.
Wie aus 7a ersichtlich, welche eine Halbzelle 58-1 der Zelle 12 gemäß 6 in Alleinstellung zeigt, ist die Membran 60 in dem dargestellten Beispiel in einem Membran-Aufnahmebereich 70 aufgenommen, welcher an einer ersten Außenseite 32 des Rahmengrundkörpers 14 ausgebildet ist. In analoger Weise ist in dem dargestellten Beispiel auch die Bipolarplatte 68 in einem entsprechenden Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 angeordnet, welcher an der gegenüberliegenden Außenseite 30 des Rahmengrundkörpers 14 ausgebildet ist.
Im Konkreten sind der Membran-Aufnahmebereich 70 und der Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 durch eine im Querschnitt betrachtet stufenförmige Ausnehmung 70', 72' an denjenigen Außenseiten 30, 32 des Rahmengrundkörpers 14 gebildet, welche parallel zu einer von der Rahmenöffnung 18 aufgespannten Rahmenebene orientiert sind (vgl. auch 2). Die jeweilige stufenförmige Ausnehmung 70', 72' grenzt dabei an die Rahmenöffnung 18 an und umläuft diese vorzugsweise vollständig. Wie in den 7a und 2 gezeigt, ist durch die stufenförmigen Ausnehmungen 70', 72' jeweils eine Kante 74 bzw. 76 gebildet, welche sich orthogonal zu der von der Rahmenöffnung 18 aufgespannten Rahmenebene erstreckt und einen Anschlag für die Membran 60 bzw. die Bipolarplatte 68 bildet.
Beispielhaft und bevorzugt sind Einleger 16 und Membran-Aufnahmebereich 70 bzw. Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 derart aufeinander abgestimmt, dass eine an der jeweiligen Kante 74 bzw. 76 anliegende Membran 60 bzw. Bipolarplatte 68 bei Betrachtung in Stapelrichtung 66 mit dem Einleger 16 teilweise überlappt (vgl. 7a).
Wie aus den 3a bis 3e hervorgeht, sind in Bezug auf die Aufnahmebereiche 70, 72 grundsätzlich verschiedene Ausgestaltungen des Rahmengrundkörpers 14 denkbar. Dabei können die in den 3a bis 3e gezeigten Ausgestaltungen der Aufnahmebereiche 70, 72 bzw. Ausnehmungen 70', 72' unabhängig von den weiteren, in den betreffenden Figuren konkret gezeigten Ausgestaltungsmerkmalen des Rahmengrundkörpers 14 (bspw. relative Dicke der Schenkel 24-1, 24-2 oder das Vorhandensein von weiteren Konturelementen wie Vorsprüngen 78, 84 oder Ausnehmungen 82) vorgesehen sein. Bei einer ersten Ausgestaltung gemäß 3a sind weder Membran-Aufnahmebereich 70 noch Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 vorgesehen. Membran 60 bzw. Bipolarplatte 69 liegen dann insbesondere an den beiden planen Außenseiten 30, 32 des Rahmengrundkörpers 14 an. Bei einer weiteren Ausgestaltung gemäß 3b ist an beiden Außenseiten 30, 32 eine stufenförmige Ausnehmung 70 bzw. 72' vorgesehen, also sowohl Membran-Aufnahmebereich 70 als auch Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72. Es ist auch möglich, dass nur an einer der Außenseiten 30, 32 eine stufenförmige Ausnehmung 70', 72' vorgesehen ist, welche dann entweder Membran-Aufnahmebereich 70 oder Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 bildet (vgl. 3c und 3d). Wie in 3e beispielhaft für eine Ausnehmung 72' dargestellt, kann innerhalb einer solchen stufenförmigen Ausnehmung 70' bzw. 72' zusätzlich ein lokaler Vorsprung 78 vorgesehen sein, welcher insbesondere als Dichtungslippe und/oder Positionshilfe dienen kann. Ein solcher Vorsprung 78 kann in dem Membran-Aufnahmebereich 70 und/oder in dem Bipolarplatten-Aufnahmebereich 72 vorgesehen sein.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 7a und 7b zwei beispielhafte Ausgestaltungen einer Flussrahmen-Elektroden-Einheit 62 beschrieben, welche sich nur in der konkreten Ausgestaltung und Anordnung der Elektrode 64 unterscheiden. In beiden Fällen ist die Elektrode 64 beispielhaft und bevorzugt als Filz-Elektrode ausgebildet, bspw. aus einem Graphitfilz hergestellt.
Bei der in 7a dargestellten Ausgestaltung (entspricht der in 6 dargestellten Ausgestaltung) ist die Elektrode 64 derart ausgebildet und angeordnet, dass sie sich bündig an die der Rahmenöffnung 18 zugewandten Innenkanten 80 des Rahmengrundkörpers 14 anschließt. Im Querschnitt betrachtet schließt sich die Elektrode 64 also bündig an die freien Enden 80 der beiden langen Schenkel 24-1, 24-2 des Rahmengrundkörpers 14 an. Insofern ist die Profilöffnung 28 durch die Elektrode 64 verschlossen. In dem dargestellten Beispiel ist der Einleger 16 derart bemessen, dass er unmittelbar an der Elektrode 64 anliegt.
Bei der Ausgestaltung gemäß 7b ist die Elektrode 64 derart ausgebildet und angeordnet, dass sie abschnittsweise in den Profilaufnahmeraum 26 des Rahmengrundkörpers 14 eindringt und dort formschlüssig aufgenommen ist. Wie aus 7b hervorgeht, sind Einleger 16 und Elektrode 64 auch hier derart ausgebildet, dass die Elektrode 64 unmittelbar an dem Einleger 16 anliegt.
Zur Abdichtung von nebeneinander angeordneten Flussrahmen 10, z.B. bei Verwendung in einem vorstehend erwähnten Zellstack, können die Rahmengrundkörper 14 der Flussrahmen 10 nach Art von Nut und Feder miteinander fluiddicht verbunden sein. In 3e ist eine beispielhafte Ausgestaltung einer solchen Nut-Feder-Verbindung im Querschnitt dargestellt. In dem dargestellten Beispiel weist der Rahmengrundkörper 14 an einer ersten Außenseite 32 eine die Rahmenöffnung 18 umlaufende Nut 82 auf und an der gegenüberliegenden Außenseite 30 einen korrespondierenden, die Rahmenöffnung umlaufenden Vorsprung 84 (Feder) auf.
Wie in 8 beispielhaft dargestellt, können die Profilteile 15-2, 15-4 auch über Verbindungselemente 86-1, 86-2 miteinander verbunden sein. In dem dargestellten Beispiel ist der Flussrahmen 14 aus zwei Profilteilen 15-2, 15-4 und zwei Verbindungsteilen 86-1, 86-2 zusammengesetzt. Die Verbindungsteile 86-1, 86-2 sind zwischen den Profilteilen 15-2, 15-4 angeordnet und greifen mit einem jeweiligen Endabschnitt 88 in die Profilaufnahmeräume 26' der Profilteile 15-2, 15-4 ein (in 9a beispielhaft für eine Verbindungsstelle gezeigt). Beispielhaft und bevorzugt sind die Verbindungsteile 86-1, 86-2 mit den Profilteilen 15-2, 15-4 stoffschlüssig verbunden. Bei dem in 8 dargestellten Beispiel ist in den Profilaufnahmeräumen 26' der beiden Profilteile 15-2, 15-4 jeweils ein Einlegerteil 16'-1, 16'-2 angeordnet, welche vorzugsweise jeweils vorstehend beschriebene Kanalstrukturen 36 aufweisen. Für die weitere Ausgestaltung der Profilteile 15-2, 15-4 sowie der Einlegerteile 16'-1, 16'-2 wird auf die vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen verwiesen.
Wie in 10 beispielhaft dargestellt, können die Verbindungsteile 86-1, 86-2 zusätzlich an ihren Endabschnitten 88 Verbindungskonturen, bspw. in Form von Verbindungszapfen 90, aufweisen. Dann weisen die Profilteile 15-2, 15-4 vorzugsweise jeweils entsprechende Aussparungen 92 auf, in welche die Verbindungszapfen 90 bei bestimmungsgemäßer Anordnung formschlüssig aufgenommen sind.
Im Folgenden wird eine Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung des Flussrahmens gemäß 1 beschrieben.Gemäß dem Verfahren werden zunächst die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 und der Einleger 16 bzw. die Einlegeteile 16' hergestellt.
Zur Herstellung der Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 wird zunächst ein Profilstrang, welcher das gewünschte Querschnittsprofil (vgl. 3a bis 3e) aufweist, extrudiert und entsprechend einer gewünschten Größe des späteren Rahmengrundkörpers 14 abgelängt. Zur Herstellung des in 1 dargestellten Flussrahmens 10 werden beispielsweise zwei kurze Profilteile 15-1, 15-3 und zwei lange Profilteile 15-2, 15-4 erzeugt.
Im Anschluss werden die jeweiligen Enden 20 der Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 Verbindungskonturen 21 erzeugt (vgl. 1). Beispielhaft und bevorzugt werden die Verbindungskonturen 21 dadurch erzeugt, dass die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 an ihren Enden 20 auf Gehrung abgelängt werden, bspw. durch Schneiden oder Stanzen. In einem optionalen weiteren Schritt werden zumindest in einer Teilmenge der Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 - zur Herstellung der in 1 dargestellten Ausgestaltung, in den langen Profilteilen 15-2, 15-4 - Ausnehmungen 52 zur Elektrolytzuführung erzeugt, beispielhaft durch Bohren oder Ausstanzen.
Der Einleger 16 bzw. die Einlegeteile 16' werden beispielhaft durch Urformen, Umformen, Trennen oder durch Spritzgussverfahren hergestellt.
Die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 und der Einleger 16 bzw. die Einlegeteile 16' werden dann zu dem Flussrahmen 10 zusammengesetzt. Hierzu werden zunächst der Einleger 16 bzw. die Einlegeteile 16' in die Profilteilaufnahmeräume 26' der Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 eingelegt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 an ihren Enden 20 zu dem Rahmengrundkörper 14 fluiddicht verbunden, beispielhaft durch Verschweißen und/oder Kleben. Optional können dabei im gleichen Arbeitsschritt auch die Einlegeteile 16' untereinander und/oder mit den Profilteilen 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 stoffschlüssig verbunden werden.
Bei einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens können die Einlegeteile 16' auch erst nach dem Verbinden der Profilteile 15-1, 15-2, 15-3, 15-4 in den Profilaufnahmeraum 26 eingelegt werden.
Zur Herstellung des in 8 dargestellten Flussrahmens 10 werden zunächst in vorstehend beschriebener Weise zwei Profilteile 15-2, 15-4 und zwei Einlegerteile 16'-1, 16'-2 hergestellt. Darüber hinaus werden die Verbindungsteile 86-1, 86-2 hergestellt, bspw. mittels Spritzgussverfahren. Zur Montage des Rahmengrundkörpers 14 werden dann zunächst die Einlegerteile 16'-1, 16'-2 in die Profilteilaufnahmeräume 26' der Profilteile 15-2, 15-4 eingelegt und im Anschluss die Profilteile 15-2, 15-4 mit den Verbindungsteilen 86-1, 86-2 zusammengefügt und stoffschlüssig miteinander verbunden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2018/0062188 A1 [0006]
US 2016/0006046 A1 [0006]

Claims

Modularer Flussrahmen (10) für eine elektrochemische Zelle (12), insbesondere für eine Zelle (12) einer Redox-Flow-Batterie, umfassend - einen Rahmengrundkörper (14), welcher eine Rahmenöffnung (18) definiert, wobei der Rahmengrundkörper (14) ein einseitig, in Richtung der Rahmenöffnung (18) offenes, vorzugsweise im Wesentlichen U-förmiges, Querschnittsprofil aufweist, sodass ein zu der Rahmenöffnung (18) hin offener Profilaufnahmeraum (26) gebildet ist; - einen Einleger (16), welcher in dem Profilaufnahmeraum (26) des Rahmengrundkörpers (14) angeordnet ist, wobei der Einleger (16) Kanalstrukturen (36) zur Verteilung von Fluiden in der Rahmenöffnung (18) aufweist.
Flussrahmen (10) nach Anspruch 1, wobei der Rahmengrundkörper (14) eine Mehrzahl von extrudierten Profilteilen (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) umfasst, wobei die Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) jeweils einen Profilteilaufnahmeraum (26') begrenzen, insbesondere wobei die Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) das gleiche Querschnittsprofil aufweisen.
Flussrahmen (10) nach Anspruch 2, wobei der Rahmengrundkörper (14) zwei Profilteile (15-2, 15-4) und zwei die Profilteile (15-2, 15-4) miteinander verbindende Verbindungsteile (86-1, 86-2) umfasst, wobei die Verbindungsteile (86-1, 86-2) mit einem jeweiligen Endabschnitt (88) in die Profilteilaufnahmeräume (26') der Profilteile (15-2, 15-4) eingreifen.
Flussrahmen (10) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, wobei die Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) miteinander und/oder die Profilteile (15-2, 15-3) mit den Verbindungsteile (86-1, 86-2) fluiddicht verbunden sind.
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Kanalstrukturen (36, 40, 42, 44) des Einlegers (16) durch Ausnehmungen (46) an der Außenseite (48) des Einlegers (16) gebildet sind.
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Einleger (16) an seiner Außenseite (48) Dichtungskonturen (54-1, 54-2) zur Abdichtung, insbesondere der Kanalstrukturen (36), gegen den Rahmengrundkörper (14) aufweist, insbesondere wobei der Rahmengrundkörper (14) entsprechende Gegendichtungskonturen (56-1, 56-2) aufweist.
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rahmengrundkörper (14) aus einem Elastomer hergestellt ist, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Elastomer, weiter vorzugsweise aus thermoplastischem Polyethylen (TPE), thermoplastischem Polystyrol (TPS), thermoplastischem Polyurethan (TPU) und/oder aus einem thermoplastischen Vulkanisat (TPV).
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Einleger (16) aus einem, insbesondere im Vergleich zu dem Rahmengrundkörper-Material härteren und/oder steiferen Kunststoff hergestellt ist, vorzugsweise aus einem thermoplastischen Kunststoff, weiter vorzugsweise aus Polypropylen (PP), Polyethylen (PE) und/oder Polyvinylchlorid (PVC).
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Einleger (16) mehrteilig ausgebildet ist, umfassend wenigstens zwei Einlegerteile (16`), insbesondere wobei die Einlegerteile (16') zu einem Einlegerahmen stoffschlüssig und/oder formschlüssig, vorzugsweise über Nut-und-Feder-Verbindungen, verbunden sind.
Flussrahmen (10) nach Anspruch 8, wobei der Rahmengrundkörper (14) eine rechteckige Grundform aufweist und wobei diejenigen Einlegerteile (16`), welche an den Längsseiten (38-1, 38-2) des Rahmengrundkörpers (14) angeordnet sind, Kanalstrukturen (36) zur Verteilung eines Fluids in der Rahmenöffnung (18) aufweisen.
Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Rahmengrundkörper (14) zumindest an einer derjenigen Außenseiten (30, 32), welche parallel zu einer von der Rahmenöffnung 18 aufgespannten Rahmenebene orientiert sind, insbesondere an beiden gegenüberliegenden Außenseiten (30, 32), eine an die Rahmenöffnung 18 angrenzende und diese umlaufende, stufenförmige Ausnehmung (70', 72') aufweist.
Flussrahmen-Elektroden-Einheit (62-1, 62-2), umfassend einen Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine, vorzugsweise die Rahmenöffnung (18) ausfüllende, Elektrode (64), insbesondere wobei die Elektrode (64) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass sich die Elektrode (64) bündig an die der Rahmenöffnung (18) zugewandten Innenkanten (80) des Rahmengrundkörpers (14) anschließt oder wobei die Elektrode (64) derart ausgebildet und angeordnet ist, dass die Elektrode (64) abschnittsweise in den Profilaufnahmeraum (26) des Rahmengrundkörpers (14) eindringt.
Zelle (12) für eine Redox-Flow-Batterie, umfassend eine erste und eine zweite Flussrahmen-Elektroden-Einheit (62-1, 62-2) nach Anspruch 12, wobei zwischen der ersten und der zweiten Flussrahmen-Elektroden-Einheit (62-1, 62-2) eine Membran (60) angeordnet ist, insbesondere wobei der Flussrahmen (10) der zweiten Flussrahmen-Elektroden-Einheit (62-2) relativ zu dem Flussrahmen (10) der ersten Flussrahmen-Elektroden-Einheit (62-1) um 180° um eine seiner Außenkanten geklappt ist.
Zellstack für eine Redox-Flow-Batterie, umfassend eine Mehrzahl von Zellen (12) nach Anspruch 13, wobei die Zellen (12) entlang einer Stapelrichtung (66) aufeinandergestapelt sind, insbesondere wobei zwischen benachbarten Zellen (12) jeweils eine Bipolarplatte (68) angeordnet ist und wobei die Bipolarplatten (68) und/oder die Membranen (60) derart ausgebildet und angeordnet sind, dass sie, bei Blickrichtung in Stapelrichtung (66), in einer Richtung orthogonal zur Stapelrichtung (66) mit dem jeweiligen Einleger (16) der angrenzenden Flussrahmen-Elektroden-Einheiten (62-1, 62-2) teilweise überlappen, insbesondere wobei eine Überlappung 1 bis 40 mm, vorzugsweise 5 bis 15 mm beträgt.
Verfahren zur Herstellung eines Flussrahmens (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, umfassend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Mehrzahl von Profilteilen (15-1, 15-2, 15-3, 15-4), wobei ein Profilstrang extrudiert wird, welcher ein einseitig offenes, vorzugsweise im Wesentlichen U-förmiges, Querschnittsprofil aufweist, sodass ein einseitig offener Profilteilaufnahmeraum (26') gebildet ist, und wobei der Profilstrang zur Bildung der Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) abgelängt wird; b) Einlegen des Einlegers (16) bzw. der Einlegerteile (16') in die Profilteilaufnahmeräume (26') der Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4); c) Fluiddichtes, insbesondere stoffschlüssiges, Verbinden der Profilteile (15-1, 15-2, 15-3, 15-4) an Verbindungsabschnitten (21, 88, 90, 92).