DE102022005063A1 - Redox flow battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flussbatterie (1), mit mindestens einer Zelle (2), dadurch gekennzeichnet, dass in Tanks (3,4) zur Speicherung von Elektrolytflüssigkeiten (5,6) jeweils zumindest eine Lanze (3-1,4-1) für einen Vorlauf der Elektrolytflüssigkeit (5,6) zu der mindestens einen Zelle (1) und jeweils zumindest eine Lanze (3-2,4-2) für einen Rücklauf der Elektrolytflüssigkeit (5,6) von der mindestens einen Zelle (2) angeordnet ist, wobei entlang einer Erstreckungsrichtung der Lanzen (3-1,3-2,4-1,4-2) innerhalb der Tanks (3,4) jeweils mehrere in einer Wandung der Lanzen (3-1,3-2,4-1,4-2) angeordnete Löcher (10) ausgebildet sind.The invention relates to a redox flow battery (1) with at least one cell (2), characterized in that at least one lance (3-1,4- 1) for a feed of the electrolyte liquid (5,6) to the at least one cell (1) and at least one lance (3-2,4-2) for a return of the electrolyte liquid (5,6) from the at least one cell ( 2) is arranged, wherein along a direction of extension of the lances (3-1,3-2,4-1,4-2) within the tanks (3,4) in each case several in a wall of the lances (3-1,3- 2,4-1,4-2) arranged holes (10) are formed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Redox-Flussbatterie.The invention relates to a redox flow battery.
Eine Redox-Flussbatterie, welche auch als Flüssigbatterie, Nasszelle oder nach dem Englischen als Redox-Flow-Batterie bezeichnet wird, ist eine Ausführungsform eines Akkumulators. Die Redox-Flussbatterie kann zukünftig eine große Bedeutung bei der Speicherung elektrischer Energie aus regenerativen Energiequellen erlangen, da sie fluktuierende Energien wie Sonnen- und/oder Windenergie speichern und bei Bedarf wieder abgeben kann. Ein die Redox-Flussbatterie charakterisierendes Merkmal ist, dass die Speicherung der chemischen Energie nicht wie üblich in einem Feststoff, sondern in einem flüssigen Elektrolyten erfolgt. Dieser lagert in der Regel in zwei separaten Tanks und kann bei Bedarf in einer Zelle der Redox-Flussbatterie umgesetzt werden. In einem Inneren der Zelle befinden sich zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode. Eine, insbesondere ionenleitende, Membran trennt beziehungsweise unterteilt die Zelle in zwei Halbzellen, dabei ist jeweils eine Elektrode in jeweils einer der Halbzellen angeordnet.A redox flow battery, which is also referred to as a liquid battery, wet cell or as a redox flow battery, is an embodiment of an accumulator. In the future, the redox flow battery can be of great importance for the storage of electrical energy from regenerative energy sources, since it can store fluctuating energies such as solar and/or wind energy and release them again when required. A feature that characterizes the redox flow battery is that the chemical energy is not stored in a solid, as is usually the case, but in a liquid electrolyte. This is usually stored in two separate tanks and can be converted into a cell of the redox flow battery if required. In an interior of the cell are two electrodes, an anode and a cathode. A membrane, in particular an ion-conducting membrane, separates or subdivides the cell into two half-cells, with one electrode each being arranged in one of the half-cells.
Ein häufig verwendeter Typ der Redox-Flussbatterie ist die Vanadium-Redox-Flussbatterie, bei welcher in beiden Elektrolyten, also dem Elektrolyten, welcher an einer Anode vorbeifließt, sowie dem Elektrolyten, welcher an einer Kathode vorbeifließt, Vanadiumverbindungen enthalten sind. Beim Entladen der Redox-Flussbatterie findet dann an der Anode folgende Oxidation statt: V2+↔HV3++e-. An der Kathode findet beim Entladen folgende Reduktion statt: VO2++2H++e-↔VO2++H2O. An der Anode werden Elektronen zur Verfügung gestellt, welche die Kathode aufnimmt, wodurch ein Strom zwischen beiden Elektroden fließt. Aufgrund der jeweiligen Elektrodenreaktion entsteht zwischen den beiden Halbzellen ein Ladungsungleichgewicht, weshalb ein Ladungsaustausch durch die Membran stattzufinden hat. Diese Reaktion ist bei der Redox-Flussreaktion umkehrbar, sodass die Redox-Flussbatterie wieder aufgeladen werden kann. In der Regel umfasst solch eine Redox-Flussbatterie nicht nur eine Zelle, sondern es sind mehrere Zellen zu einem sogenannten Stack zusammengefasst, wodurch beispielsweise ein Vielfaches an Leistung erreicht werden kann.A frequently used type of redox flow battery is the vanadium redox flow battery, in which both electrolytes, ie the electrolyte which flows past an anode and the electrolyte which flows past a cathode, contain vanadium compounds. When the redox flow battery is discharged, the following oxidation then takes place at the anode: V 2+ ↔HV 3+ +e - . The following reduction takes place at the cathode during discharging: VO 2+ +2H + +e - ↔VO 2+ +H 2 O. Electrons are made available at the anode, which the cathode absorbs, causing a current to flow between the two electrodes. Due to the respective electrode reaction, a charge imbalance occurs between the two half-cells, which is why a charge exchange has to take place through the membrane. This reaction is reversible in the redox flow reaction, allowing the redox flow battery to be recharged. As a rule, such a redox flow battery does not only have one cell, but several cells are combined to form a so-called stack, which means that, for example, a multiple of the power can be achieved.
Um eine maximale Kapazität der Redox-Flussbatterie zu erreichen, wird angestrebt, möglichst den gesamten flüssigen Elektrolyten beim Laden und Entladen umzusetzen. In order to achieve a maximum capacity of the redox flow battery, the aim is to convert as much of the liquid electrolyte as possible during charging and discharging.
Daher ist es wichtig, dass sich in den Tanks keine toten Zonen bilden können, in denen sich Elektrolytflüssigkeit befindet, die nicht durch die Zelle gepumpt wird und deren Ladung daher nicht verändert werden kann.Therefore, it is important that no dead zones can form in the tanks, in which there is electrolyte liquid that is not pumped through the cell and whose charge can therefore not be changed.
Aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Redox-Flussbatterie im Hinblick auf eine Durchmischung der Elektrolytflüssigkeiten in den Tanks und einer Vermeidung von toten Zonen in den Tanks zu verbessern.The object of the invention is to improve a redox flow battery with regard to mixing the electrolyte liquids in the tanks and avoiding dead zones in the tanks.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Redox-Flussbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved according to the invention by a redox flow battery having the features of
Insbesondere wird eine Redox-Flussbatterie geschaffen, mit mindestens einer Zelle, wobei in Tanks zur Speicherung von Elektrolytflüssigkeiten jeweils zumindest eine Lanze für einen Vorlauf der Elektrolytflüssigkeit zu der mindestens einen Zelle und/oder für einen Rücklauf der Elektrolytflüssigkeit von der mindestens einen Zelle angeordnet ist, wobei entlang einer Erstreckungsrichtung der mindestens einen Lanze innerhalb der Tanks jeweils mehrere in einer Wandung der mindestens Lanze angeordnete Löcher ausgebildet sind.In particular, a redox flow battery is created, with at least one cell, wherein at least one lance for a supply of the electrolyte liquid to the at least one cell and/or for a return of the electrolyte liquid from the at least one cell is arranged in tanks for storing electrolyte liquids, wherein in each case a plurality of holes arranged in a wall of the at least one lance are formed within the tank along a direction in which the at least one lance extends.
Die Redox-Flussbatterie ermöglicht es, die Elektrolytflüssigkeiten derart aus dem Tank zu entnehmen (Vorlauf vom Tank zur Zelle) und/oder derart zurückzuführen (Rücklauf von der Zelle zum Tank), dass in dem Tank eine turbulente Strömung entsteht, welche zu einer Durchmischung der Elektrolytflüssigkeit im gesamten Tank führt. Hierdurch kann insbesondere das Entstehen von toten Zonen innerhalb des Tanks verhindert werden, sodass eine Ladung der gesamten Elektrolytflüssigkeit für das Laden/Entladen zur Verfügung steht. Dies wird dadurch erreicht, dass jeder Tank der Redox-Flussbatterie zumindest eine Lanze für einen Vorlauf und/oder einen Rücklauf aufweist, über die die Elektrolytflüssigkeit entnommen bzw. wieder zurückgeführt wird. Die mindestens eine Lanze ist insbesondere langgestreckt und innen hohl bzw. als Hohlkörper ausgebildet und weist entlang einer Erstreckungsrichtung der mindestens einen Lanze innerhalb der Tanks jeweils mehrere in einer Wandung der Lanzen angeordnete Löcher auf, durch die die Elektrolytflüssigkeit beim Vorlauf vom Tank in die Lanze eintritt (auch als Vorlauflanze bezeichnet) und durch die beim Rücklauf die Elektrolytflüssigkeit vom Inneren der Rücklauflanze in den Tank austritt (auch als Rücklauflanze bezeichnet). Jeder der Tanks der Redox-Flussbatterie weist zumindest eine derartige Lanze für einen Vorlauf und/oder einen Rücklauf auf. Insbesondere weist jeder der Tanks zumindest eine derartige Lanze für den Rücklauf auf (Rücklauflanze). Durch die mehreren Löcher in der Wandung der mindestens einen Lanze wird die turbulente Strömung in den Tanks erzeugt, welche zu einer effizienten Durchmischung der jeweiligen Elektrolytflüssigkeit führt. Die turbulente Strömung wird insbesondere durch das jeweilige Austreten bzw. Eintreten der Elektrolytflüssigkeit durch die Löcher hindurch erzeugt, da sich im Bereich der einzelnen Löcher durch die auftretenden Volumenströme Verwirbelungen bilden, die sich in das Innere des Tanks fortpflanzen und somit im gesamten Tank zu einer turbulenten Strömung und effektiven Durchmischung führen.The redox flow battery makes it possible to remove the electrolyte liquids from the tank (flow from the tank to the cell) and/or return them (return from the cell to the tank) in such a way that a turbulent flow occurs in the tank, which leads to a mixing of the Electrolyte liquid leads throughout the tank. In this way, in particular, the formation of dead zones within the tank can be prevented, so that a charge of the entire electrolyte liquid is available for charging/discharging. This is achieved in that each tank of the redox flow battery has at least one lance for a flow and/or a return, via which the electrolyte liquid is removed or fed back again. The at least one lance is in particular elongated and hollow on the inside or designed as a hollow body and has a plurality of holes arranged in a wall of the lances along a direction of extension of the at least one lance within the tank, through which the electrolyte liquid enters the lance as it flows from the tank (also referred to as the flow lance) and through which the electrolyte liquid exits from the inside of the return lance into the tank during the return (also referred to as the return lance). Each of the tanks of the redox flow battery has at least one such lance for a flow and/or a return. In particular each of the tanks has at least one such lance for the return (return lance). The multiple holes in the wall of the at least one lance generate the turbulent flow in the tanks, which leads to efficient mixing of the respective electrolyte liquid. The turbulent flow is generated in particular by the respective exiting or entering of the electrolyte liquid through the holes, since turbulences form in the area of the individual holes due to the volume flows that occur, which propagate into the interior of the tank and thus lead to a turbulent flow in the entire tank Lead flow and effective mixing.
Ein Vorteil der offenbarten Redox-Flussbatterie ist, dass innerhalb der Tanks keine beweglichen Teile notwendig sind, um eine Durchmischung und insbesondere eine turbulente Strömung zu erzeugen. Ferner sind die Lanzen einfach herzustellen und können auf einfache Weise in den Tanks angeordnet und an und/oder in diesen befestigt werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Lanzen in die Tanks eingeschoben und mit dem jeweiligen Tank verschraubt werden. Es ist aber auch möglich, die Lanzen mit den Tanks fest zu verschweißen (nachträglich) oder die Lanzen bereits bei der Herstellung der Tanks in diese zu integrieren.An advantage of the redox flow battery disclosed is that no moving parts are necessary within the tanks in order to generate mixing and in particular a turbulent flow. Furthermore, the lances are easy to manufacture and can be arranged in and attached to and/or in the tanks in a simple manner. Provision can be made, for example, for the lances to be pushed into the tanks and screwed to the respective tank. However, it is also possible to permanently weld the lances to the tanks (subsequently) or to integrate the lances into the tanks during manufacture.
Die Redox-Flussbatterie weist mindestens eine Zelle auf. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mehrere Zellen zu einem Stapel (Stack) zusammengefasst sind. Einem Stack sind dann mehrere Zellen und zwei Tanks mit den Elektrolytflüssigkeiten zugeordnet. In jedem der beiden Tanks ist dann zumindest eine Lanze angeordnet.The redox flow battery has at least one cell. However, it can also be provided that several cells are combined to form a stack (stack). Several cells and two tanks with the electrolyte liquids are then assigned to a stack. At least one lance is then arranged in each of the two tanks.
Die Löcher in den Wandungen der Lanzen sind beispielsweise in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen über eine Längserstreckungsrichtung der Lanzen verteilt angeordnet.The holes in the walls of the lances are distributed, for example, at regular or irregular intervals over a longitudinal extension direction of the lances.
Die Lanzen sind beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff ausgebildet oder umfassen einen solchen Kunststoff. Beispielsweise können Polyethylen (PE) oder Polypropylen (PP) verwendet werden. Grundsätzlich eignen sich aufgrund ihrer Medienbeständigkeit aber auch Polyvinylchlorid (PVC-U, PVC-C), Polycarbonat (PC), Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Ethylen-Tetrafluorethylen-Copolymer (ETFE). Die Lanzen können weitere Elemente zur mechanischen Fixierung und/oder Schnittstellenelemente zum Anbinden an einen Pumpkreislauf und zum Abdichten aufweisen, wie beispielsweise Schraubverschlüsse, Einlegeteile, Dichtungen, Überwurfmuttern etc. Es kann auch vorgesehen sein, dass derartige Einzelteile miteinander verschweißt sind oder verschweißt werden oder bereits bei der Fertigung des jeweiligen Tanks miteingebracht und fest mit diesem verbunden werden.The lances are made of a suitable plastic, for example, or include such a plastic. For example, polyethylene (PE) or polypropylene (PP) can be used. In principle, polyvinyl chloride (PVC-U, PVC-C), polycarbonate (PC), polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinylidene fluoride (PVDF) and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) are also suitable due to their media resistance. The lances can have other elements for mechanical fixation and/or interface elements for connection to a pump circuit and for sealing, such as screw caps, inserts, seals, union nuts, etc. It can also be provided that such individual parts are or are welded to one another or are already welded brought into the production of the respective tank and firmly connected to it.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass in den Tanks jeweils zumindest eine Lanze für einen Vorlauf der Elektrolytflüssigkeit zu der mindestens einen Zelle und jeweils zumindest eine Lanze für einen Rücklauf der Elektrolytflüssigkeit von der mindestens einen Zelle angeordnet sind. Hierdurch kann das Erzeugen der turbulenten Strömung innerhalb der Tanks und eine Durchmischung der jeweiligen Elektrolytflüssigkeiten weiter gesteigert werden, da sowohl die Vorlauflanze als auch die Rücklauflanze hierzu beitragen. Die Lanzen sind insbesondere an gegenüberliegenden Seiten des jeweiligen Tanks angeordnet. Hierdurch kann eine turbulente Strömung in einem gesamten Tankvolumen erzeugt werden. Bei einem rechteckigen oder quadratischen Querschnitt des Tanks, kann auch vorgesehen sein, dass die Lanzen in gegenüberliegenden Ecken (bzw. entlang der Ecken) angeordnet sind.In one embodiment it is provided that at least one lance for feeding the electrolyte liquid to the at least one cell and at least one lance for returning the electrolyte liquid from the at least one cell are arranged in the tanks. As a result, the generation of the turbulent flow within the tanks and a thorough mixing of the respective electrolyte liquids can be further increased, since both the flow lance and the return lance contribute to this. In particular, the lances are arranged on opposite sides of the respective tank. As a result, a turbulent flow can be generated in an entire tank volume. If the tank has a rectangular or square cross section, it can also be provided that the lances are arranged in opposite corners (or along the corners).
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lanzen zylinderförmig ausgebildet sind. Insbesondere umfassen die Lanzen einen Hohlzylinder. Hierdurch können Standardbauteile, insbesondere (Standard-)Rohre, verwendet werden, um die Lanzen auszubilden. Zum Herstellen einer Lanze wird ein Rohr beispielsweise mit Bohrungen zum Ausbilden der Löcher versehen. Die Löcher sind insbesondere in einer Mantelfläche des Hohlzylinders ausgebildet.In one embodiment it is provided that the lances are cylindrical. In particular, the lances comprise a hollow cylinder. As a result, standard components, in particular (standard) pipes, can be used to form the lances. To produce a lance, a tube is provided with bores for forming the holes, for example. The holes are formed in particular in a lateral surface of the hollow cylinder.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lanzen an einem im Tankinneren endenden Ende verschlossen sind. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Elektrolytflüssigkeit ausschließlich durch die in den Lanzen angeordneten Löcher hindurchtritt.In one embodiment it is provided that the lances are closed at an end ending inside the tank. In this way it can be achieved that the electrolyte liquid only passes through the holes arranged in the lances.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lanzen vertikal im Tank angeordnet sind und sich zumindest über einen Großteil einer Höhe der Tanks erstrecken. Hierdurch kann die Elektrolytflüssigkeit über eine gesamte Höhe bzw. eine gesamte Erstreckungsrichtung des Tanks entnommen (Vorlauf) bzw. zurückgeführt (Rücklauf) werden. Insbesondere ermöglicht dies das Ausbilden einer turbulenten Strömung über ein gesamtes Tankvolumen.In one embodiment it is provided that the lances are arranged vertically in the tank and extend at least over a large part of the height of the tank. As a result, the electrolyte liquid can be removed (supply) or fed back (return) over an entire height or an entire extension direction of the tank. In particular, this enables a turbulent flow to form over an entire tank volume.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Löcher an jeweils einander gegenüberliegenden Seiten der Wandung der Lanzen ausgebildet sind. Hierdurch kann die Elektrolytflüssigkeit auf beiden (Längs-)Seiten der Lanzen ein- bzw. austreten. Das Ausbilden der turbulenten Strömung kann hierdurch weiter verbessert werden.In one embodiment it is provided that the holes are formed on opposite sides of the wall of the lances. This allows the electrolyte liquid to enter or exit on both (long) sides of the lances. This can further improve the formation of the turbulent flow.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Durchtrittsrichtungen durch die Löcher jeweiliger Lanzen für den Vorlauf und Lanzen für den Rücklauf der Tanks zueinander parallel angeordnet sind. Hierdurch kann die turbulente Strömung besonders effektiv erzeugt werden. Anders ausgedrückt sind die Löcher der Vorlauflanze und der Rücklauflanze eines Tanks in dieser Ausführungsform insbesondere im Wesentlichen einander zugewandt angeordnet.In one embodiment it is provided that passage directions through the holes of respective lances for the flow and lances for the return of the tanks are arranged parallel to one another. As a result, the turbulent flow can be generated particularly effectively. In other words, in this embodiment, in particular, the holes of the flow lance and the return lance of a tank are arranged essentially facing each other.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Durchtrittsrichtungen zumindest eines Teils der Löcher jeweiliger Lanzen der Tanks in Richtung einer parallel zu den Lanzen verlaufenden Tankmittenachse oder Tankmittenfläche weisen und auf dieser senkrecht stehen. Hierdurch können das Erzeugen der turbulenten Strömung und das Durchmischen weiter verbessert werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass ein Volumenstrom in Richtung Tankmittenachse oder Tankmittenflächen (bei Löchern an gegenüberliegenden Seiten zusätzlich auch in Richtung einer Stirnwand der Tanks) geleitet wird bzw. aus dieser Richtung „abgesaugt“ wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass eine möglichst große Anzahl an Flüssigkeitsteilchen im Tank bewegt und durchmischt wird. Insbesondere bei Vergrößerung der Tanks entlang einer Längsseite zur Steigerung einer Speicherkapazität kann eine Durchmischung hierdurch verbessert werden. Die Tankmittenfläche unterteilt insbesondere eine in Bezug auf die Abmessungen des Tanks längere Seite in zwei gleiche Teile.In one embodiment it is provided that passage directions of at least some of the holes of respective lances of the tanks point in the direction of a tank center axis or tank center surface running parallel to the lances and are perpendicular to this. As a result, the generation of the turbulent flow and the mixing can be further improved. In particular, it can be provided that a volume flow is directed in the direction of the central axis of the tank or the central surfaces of the tank (in the case of holes on opposite sides also in the direction of an end wall of the tank) or is “sucked out” from this direction. This ensures that as many liquid particles as possible are moved and mixed in the tank. Mixing can thereby be improved, in particular when the tanks are enlarged along one longitudinal side in order to increase storage capacity. In particular, the tank center surface divides a side that is longer in relation to the dimensions of the tank into two equal parts.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Querschnittsflächen der Löcher in den Lanzen derart gewählt sind, dass ein von den Lanzen jeweils geführter Volumenstrom sich gleichmäßig auf die Löcher der jeweiligen Lanze aufteilt oder ein jeweiliger Volumenstrom durch die Löcher zumindest aneinander angeglichen ist. Hierdurch kann beim Vorlauf und/oder Rücklauf über die gesamte Länge einer Lanze der gleiche oder zumindest ein angeglichener Volumenstrom durch die Löcher erzeugt werden. Dies fördert die gleichmäßige Durchmischung und das Ausbilden der turbulenten Strömung im gesamten Tank, insbesondere über eine gesamte Höhe des Tanks. Beim Wählen der Querschnittsflächen der Löcher kommen insbesondere strömungsphysikalische Aspekte der Hydrodynamik zum Einsatz, um gleiche Volumenströme an den einzelnen Löchern zu erzielen. Hierbei können empirische Versuche und/oder Simulationen zum Einsatz kommen, um eine optimale Anzahl von Löchern und/oder optimale Querschnittsflächen zu finden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, einen Startwert für einen Durchmesser bzw. eine Querschnittsfläche eines Lochs an einem Ende einer Lanze vorzugeben und anhand von empirischen Versuchen und/oder von Simulationen die Durchmesser bzw. Querschnittsflächen der restlichen Löcher zu bestimmen.In one embodiment it is provided that cross-sectional areas of the holes in the lances are selected such that a volume flow guided by the lances is distributed evenly over the holes of the respective lance or a respective volume flow through the holes is at least matched to one another. As a result, the same or at least a matched volume flow can be generated through the holes during forward and/or reverse travel over the entire length of a lance. This promotes the uniform mixing and the formation of the turbulent flow in the entire tank, in particular over the entire height of the tank. When selecting the cross-sectional areas of the holes, flow-physical aspects of hydrodynamics in particular are used in order to achieve the same volume flows at the individual holes. Empirical tests and/or simulations can be used here in order to find an optimal number of holes and/or optimal cross-sectional areas. For example, provision can be made to specify a starting value for a diameter or a cross-sectional area of a hole at one end of a lance and to determine the diameter or cross-sectional areas of the remaining holes using empirical tests and/or simulations.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass Querschnittsflächen der Löcher in den Lanzen zumindest gruppenweise oder abschnittsweise unterschiedlich sind.In one embodiment it is provided that the cross-sectional areas of the holes in the lances are different, at least in groups or in sections.
In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass eine Querschnittsfläche der Löcher der Lanzen für den Vorlauf in Richtung eines im Tankinneren endenden Endes zumindest gruppenweise oder abschnittsweise zunimmt und eine Querschnittsfläche der Löcher der Lanzen für den Rücklauf in Richtung eines im Tankinneren endenden Endes zumindest gruppenweise oder abschnittsweise abnimmt. Bei betriebsgemäßen Gebrauch bedeutet dies insbesondere, dass eine Querschnittsfläche der Löcher der Vorlauflanze mit zunehmender Eintauchtiefe in die Elektrolytflüssigkeit zumindest gruppenweise oder abschnittsweise zunimmt und eine Querschnittsfläche der Löcher der Rücklauflanzen mit zunehmender Eintauchtiefe in die Elektrolytflüssigkeit zumindest gruppenweise oder abschnittsweise abnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass ein geführter Volumenstrom über die gesamte Länge der Lanze gleich ist oder zumindest angeglichen werden kann.In a further embodiment it is provided that a cross-sectional area of the holes in the lances for the forward flow in the direction of an end ending inside the tank increases at least in groups or in sections, and a cross-sectional area of the holes in the lances for the return flow in the direction of an end ending in the tank interior increases at least in groups or in sections decreases. In operational use, this means in particular that a cross-sectional area of the holes in the flow lance increases at least in groups or in sections as the immersion depth in the electrolyte liquid increases, and a cross-sectional area of the holes in the return lances decreases at least in groups or in sections as the immersion depth in the electrolyte liquid increases. This ensures that a guided volume flow is the same over the entire length of the lance or can at least be adjusted.
In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Löcher einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, wobei Durchmesser der kreisrunden Löcher der Vorlauflanzen zumindest gruppenweise oder abschnittsweise ein Verhältnis zueinander von 5:9:13 aufweisen und Durchmesser der kreisrunden Löcher der Rücklauflanzen zumindest gruppenweise oder abschnittsweise ein Verhältnis zueinander von 13:9:6 aufweisen. Bei zylinderförmigen Lanzen mit einem inneren Durchmesser von 20 mm können kreisrunde Löcher der Vorlauflanzen beispielsweise die folgenden Durchmesser aufweisen: 5 mm, 9 mm, 13 mm. Entsprechend können die kreisrunden Löcher der Rücklauflanze die folgenden Durchmesser aufweisen: 13 mm, 9 mm, 6 mm. Grundsätzlich können auch andere Verhältnisse gewählt werden, sofern hierdurch ein Volumenstrom durch die einzelnen Löcher einer Lanze angeglichen werden kann.In one embodiment, it is provided that the holes have a circular cross-section, with the diameters of the circular holes in the forward flow lances at least in groups or in sections having a ratio to one another of 5:9:13 and the diameters of the circular holes in the return lances having a ratio to one another, at least in groups or sections 13:9:6. In the case of cylindrical lances with an inner diameter of 20 mm, circular holes in the flow lances can have the following diameters, for example: 5 mm, 9 mm, 13 mm. Correspondingly, the circular holes of the return lance can have the following diameters: 13 mm, 9 mm, 6 mm. In principle, other ratios can also be selected, provided that a volume flow through the individual holes of a lance can be adjusted as a result.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert. Hierbei zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Redox-Flussbatterie; -
2 eine schematische Darstellung eines Tanks und darin angeordneter Lanzen in einer Ausführungsform der Redox-Flussbatterie (Seitenansicht); -
3 eine schematische Darstellung des Tanks und darin angeordneter Lanzen in der Ausführungsform der Redox-Flussbatterie (Draufsicht); -
4a, b schematische Darstellungen einer Ausführungsform der Vorlauflanze in einer Seitenansicht und in einer perspektivischen Ansicht; -
5a, b schematische Darstellungen einer Ausführungsform der Rücklauflanze in einer Seitenansicht und in einer perspektivischen Ansicht.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the redox flow battery; -
2 a schematic representation of a tank and lances arranged therein in one embodiment of the redox flow battery (side view); -
3 a schematic representation of the tank and arranged therein lances in the embodiment of the redox flow battery (top view); -
4a, b schematic representations of an embodiment of the flow lance in a side view and in a perspective view; -
5a, b schematic representations of an embodiment of the return lance in a side view and in a perspective view.
Die
Im gezeigten Beispiel enthalten beide Elektrolytflüssigkeiten 5, 6 Vanadiumverbindungen, welche jeweils in unterschiedlichen Ladungszuständen vorliegen können. Grundsätzlich können jedoch auch andere geeignete Elektrolyte verwendet werden.In the example shown, both
In den Tanks 3, 4 zur Speicherung der Elektrolytflüssigkeiten 5, 6 ist jeweils eine Vorlauflanze 3-1, 4-1 für einen Vorlauf der Elektrolytflüssigkeit 5, 6 zu der Zelle 2 und eine Rücklauflanze 3-2, 4-2 für einen Rücklauf der Elektrolytflüssigkeit 5, 6 von der Zelle 2 in den Tank 3, 4 angeordnet. Entlang einer Erstreckungsrichtung der Lanzen 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 innerhalb der Tanks 3, 4 sind jeweils mehrere in einer Wandung der Lanzen 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 angeordnete Löcher 10 ausgebildet.In the
Dies ist schematisch in der
In der gezeigten Ausführungsform der Redox-Flussbatterie 1 sind jeweils zwei Lanzen 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 pro Tank 3, 4 vorgesehen. Grundsätzlich ist jedoch auch die Verwendung nur einer Lanze 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 oder weiterer Lanzen pro Tank 3,4 möglich. Insbesondere kann hierbei jeweils eine Rücklauflanze 3-2, 4-2 pro Tank 3, 4 als einzige Lanze pro Tank vorgesehen sein.In the embodiment of the
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Lanzen 3-1, 3-2 zylinderförmig ausgebildet sind. Insbesondere bilden die Lanzen 3-1, 3-2 jeweils einen Hohlzylinder aus bzw. sind hohlzylinderartig ausgebildet. Die Lanzen 3-1, 3-2 können beispielsweise als wesentlichem Bestandteil ein (Kunststoff-)Rohr umfassen, in das beispielsweise Bohrungen zum Ausbilden der Löcher 10 eingebracht sind.In particular, it is provided that the lances 3-1, 3-2 are cylindrical. In particular, the lances 3-1, 3-2 each form a hollow cylinder or are designed in the manner of a hollow cylinder. The lances 3-1, 3-2 can, for example, comprise a (plastic) tube as an essential component, in which bores for forming the
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Lanzen 3-1, 3-2 an einem im Tankinneren endenden Ende 11 verschlossen sind. Beispielsweise kann ein geeigneter (Kunststoff-)Stopfen hierzu verwendet werden.In particular, it is provided that the lances 3-1, 3-2 are closed at an
Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Lanzen 3-1, 3-2 vertikal im Tank 3 angeordnet sind und sich zumindest über einen Großteil einer Höhe 3-4 des Tanks 3 erstrecken.In particular, it is provided that the lances 3 - 1 , 3 - 2 are arranged vertically in the
Die Vorlauflanze 3-1 weist in dem gezeigten Beispiel insbesondere acht Löcher 10 auf. Die Rücklauflanze 3-2 weist in dem gezeigten Beispiel insbesondere zehn Löcher auf. Je nach Größe des Tanks 3 und/oder Anforderungen an einen Volumenstrom und/oder eine verfügbare Pumpleistung der Pumpe 7 können auch mehr oder weniger Löcher 10 vorgesehen sein.In the example shown, the flow lance 3 - 1 has, in particular, eight
Die jeweiligen Löcher 10 der beiden Lanzen 3-1, 3-2 sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Lanzen 3-1, 3-2 angeordnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass Durchtrittsrichtungen durch die Löcher 10 der Lanze 3-1 für den Vorlauf und der Lanze 3-2 für den Rücklauf zueinander parallel angeordnet sind. Insbesondere weist ein Teil der Löcher 10 in den Lanzen 3-1, 3-2 jeweils zu einer nächstliegenden Stirnwand 3-5 des Tanks 3 und ein anderer Teil der Löcher 10 in Richtung einer parallel zu den Lanzen 3-1, 3-2 verlaufenden Tankmittenfläche 3-7, welche eine Längsausdehnungsrichtung (Länge) des Tanks 3 in zwei gleichgroße Teile unterteilt. Die Durchtrittsrichtungen der Löcher 10 sind schematisch in der
Es kann vorgesehen sein, dass Querschnittsflächen der Löcher 10 in den Lanzen 3-1, 3-2 (und der Lanzen 4-1, 4-2 des anderen Tanks 4,
Insbesondere kann hierzu vorgesehen sein, dass Querschnittsflächen der Löcher 10 in den Lanzen 3-1, 3-2 zumindest gruppenweise oder abschnittsweise unterschiedlich sind.In particular, it can be provided for this purpose that the cross-sectional areas of the
Die
Zum Erzeugen eines angeglichenen Volumenstroms durch alle Löcher 10 ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass eine Querschnittsfläche der Löcher 10 der Vorlauflanzen 3-1, 4-1 in Richtung eines im Tankinneren endenden Endes 11 zumindest gruppenweise oder abschnittsweise zunimmt (vgl.
Insbesondere ist bei dieser Ausführungsform vorgesehen, dass die Löcher 10 einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, wobei Durchmesser der kreisrunden Löcher 10 der Vorlauflanzen 3-1, 4-1 zumindest gruppenweise oder abschnittsweise ein Verhältnis zueinander von 5:9:13 aufweisen und Durchmesser der kreisrunden Löcher 10 der Rücklauflanzen 3-2, 4-2 zumindest gruppenweise oder abschnittsweise ein Verhältnis zueinander von 13:9:6 aufweisen. Grundsätzlich können jedoch auch andere geeignete Verhältnisse vorgesehen sein.In particular, this embodiment provides that the
Bei einem inneren Durchmesser der Vorlauflanzen 3-1, 4-1 von 20 mm können beispielsweise die folgenden Anzahlen und Durchmesser für kreisrunde Löcher 10 in Richtung des im Tankinneren endenden Endes 11 vorgesehen sein: vier Löcher 10 in einem Abstand von jeweils 135 mm mit einem Durchmesser von 5 mm, zwei Löcher 10 bei gleichem Abstand mit einem Durchmesser von 9 mm und zwei Löcher 10 bei gleichem Abstand mit einem Durchmesser von 13 mm. Die Vorlauflanzen 3-1, 4-1 haben dann eine Gesamtlänge zwischen den Schnittstellenelementen 3-6, 4-6 an den Enden 12 und den Enden 11 von etwa 950 mm. Grundsätzlich können die Löcher 10 bei gleichen Querschnittsflächen auch andere Formen aufweisen; kreisrunde Löcher 10 bieten jedoch bei der Herstellung Vorteile, da diese mittels Bohrungen hergestellt werden können.With an inner diameter of the flow lances 3-1, 4-1 of 20 mm, for example, the following numbers and diameters for
Bei einem inneren Durchmesser der Rücklauflanzen 3-2, 4-2 von 20 mm können beispielsweise die folgenden Anzahlen und Durchmesser für kreisrunde Löcher 10 in Richtung des im Tankinneren endenden Endes 11 vorgesehen sein: drei Löcher 10 in einem Abstand von jeweils 135 mm mit einem Durchmesser von 13 mm, drei Löcher 10 bei gleichem Abstand mit einem Durchmesser von 9 mm und vier Löcher 10 bei gleichem Abstand mit einem Durchmesser von 13 mm. Die Rücklauflanzen 3-2, 4-2 haben dann eine Gesamtlänge zwischen Schnittstellenelementen 3-6, 4-6 und den Enden 11 von etwa 1300 mm. Grundsätzlich können die Löcher 10 bei gleichen Querschnittsflächen auch andere Formen aufweisen; kreisrunde Löcher 10 bieten jedoch bei der Herstellung Vorteile, da diese mittels Bohrungen hergestellt werden können.With an inner diameter of the return lances 3-2, 4-2 of 20 mm, for example, the following numbers and diameters for
Die angegebenen Maße der Lanzen 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 und Löcher 10 sowie eine Anzahl der Löcher 10 sind lediglich beispielhaft genannt und können bei anderen Ausführungsformen, insbesondere bei anderen Größen und/oder Formen der Tanks, anders ausgestaltet sein.The specified dimensions of the lances 3-1, 3-2, 4-1, 4-2 and holes 10 as well as a number of the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Redox-FlussbatterieRedox flow battery
- 22
- Zellecell
- 2-12-1
- Halbzellehalf cell
- 2-22-2
- Halbzellehalf cell
- 33
- Tanktank
- 3-13-1
- Vorlauflanzeflow lance
- 3-23-2
- Rücklauflanzereturn lance
- 3-33-3
- Oberseite (des Tanks)top (of the tank)
- 3-43-4
- Höhe (des Tanks)height (of the tank)
- 3-53-5
- Stirnwand (des Tanks)bulkhead (of the tank)
- 3-63-6
- Schnittstellenelementinterface element
- 3-73-7
- Tankmittenflächetank center area
- 44
- Tanktank
- 4-14-1
- Vorlauflanzeflow lance
- 4-24-2
- Rücklauflanzereturn lance
- 4-64-6
- Schnittstellenelementinterface element
- 55
- Elektrolytflüssigkeitelectrolyte fluid
- 66
- Elektrolytflüssigkeitelectrolyte fluid
- 77
- Pumpepump
- 88th
- Pumpepump
- 99
- Membranmembrane
- 1010
- LochHole
- 1111
- Ende (im Tankinneren)end (inside the tank)
- 1212
- EndeEnd
- 3030
- Kreislaufcycle
- 4040
- Kreislaufcycle
- ++
- Elektrodeelectrode
- --
- Elektrodeelectrode
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010004942 A1 [0006]DE 102010004942 A1 [0006]
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Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022005063.3A DE102022005063A1 (en) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | Redox flow battery |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102022005063.3A DE102022005063A1 (en) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | Redox flow battery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102022005063A1 true DE102022005063A1 (en) | 2023-08-31 |
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DE102022005063.3A Pending DE102022005063A1 (en) | 2022-02-16 | 2022-02-16 | Redox flow battery |
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DE (1) | DE102022005063A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010004942A1 (en) | 2010-01-18 | 2011-07-21 | Garzem, Michael, 53881 | Electrochemical energy storage i.e. redox-flow-cell, for storing electrical power in chemical components in liquid form, has container comprising guard, which comprises hydrophobic liquid with low density than that of electrolytes |
-
2022
- 2022-02-16 DE DE102022005063.3A patent/DE102022005063A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102010004942A1 (en) | 2010-01-18 | 2011-07-21 | Garzem, Michael, 53881 | Electrochemical energy storage i.e. redox-flow-cell, for storing electrical power in chemical components in liquid form, has container comprising guard, which comprises hydrophobic liquid with low density than that of electrolytes |
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Legal Events
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