EP4186117A1 - Energiespeichervorrichtung, insbesondere redox-flow-batterie - Google Patents

Energiespeichervorrichtung, insbesondere redox-flow-batterie

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Publication number
EP4186117A1
EP4186117A1 EP21752503.9A EP21752503A EP4186117A1 EP 4186117 A1 EP4186117 A1 EP 4186117A1 EP 21752503 A EP21752503 A EP 21752503A EP 4186117 A1 EP4186117 A1 EP 4186117A1
Authority
EP
European Patent Office
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cell
electrolyte
fluid
membrane
electrode
Prior art date
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Pending
Application number
EP21752503.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan GROSSE AUSTING
Arne GROSSE AUSTING
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vanevo GmbH
Original Assignee
Vanevo GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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Publication of EP4186117A1 publication Critical patent/EP4186117A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18—Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184—Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/188—Regeneration by electrochemical means by recharging of redox couples containing fluids; Redox flow type batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M8/04082—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration
    • H01M8/04186—Arrangements for control of reactant parameters, e.g. pressure or concentration of liquid-charged or electrolyte-charged reactants
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    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a component, in particular for a redox flow battery, with at least one cell, one cell being constructed from two half-cells, each half-cell having at least one half-cell interior for receiving an electrolyte, each cell having at least one electrode and at least one Membrane is associated and wherein at least one electrode and at least one membrane are stacked.
  • Redox flow batteries are used in particular in stationary applications and are advantageous due to their long cycle life, non-flammability and independent scalability of performance and capacity.
  • the energy is stored in liquid electrolytes.
  • the electrolytes circulate through cell stacks in which the conversion between electrical and chemical energy takes place.
  • the cell stacks also known as stacks, generally consist of a large number of individual cells electrically connected in series.
  • a redox flow stack typically consists of 35 to 40 cells, with each cell consisting of components such as cell frames, electrodes, membranes and sealing elements arranged in between. the Components can be stacked on top of each other and pressed together.
  • the assembly of the cell stack is very time-consuming and therefore expensive.
  • the tightness of the cell stack which must prevent the electrolytes from mixing within the cell stack, is of great importance and represents a major challenge.
  • the cell stack must also be tight to the outside.
  • Electrodes and membranes are each materially connected to the cell frame so that sealing elements can be dispensed with, for example by welding in DE 10 2013 107 516 A1 or by gluing in DE 102015 102 123 A1.
  • a disadvantage of the methods mentioned, however, is that when assembling the stack, a joining step, for example welding or gluing, always has to be carried out between a stacking step, so that the process is time-consuming. Furthermore, there are restrictions in the choice of material for welding, since not all elements made of all materials can be welded together. Furthermore, from DE 10 2016 004 027 A1 discloses a cell and a cell stack of a redox flow battery and a method for producing this cell stack.
  • a cell of a redox flow battery has at least two cell frame elements, a membrane and two electrodes, with at least two cell frame elements, the membrane and the two electrodes enclosing two separate half-cell interiors.
  • At least four separate channels are provided in the at least two cell frame elements in such a way that different electrolyte solutions can flow through the two cell interiors.
  • the cell is designed to be liquid-tight.
  • the at least two cell frame elements, the electrodes and the membrane are placed in a cast housing and the gap between the cell frame elements, the two electrodes and the membrane are filled with a liquid casting medium, so that all of the components mentioned are cast together in a liquid-tight manner.
  • a disadvantage of the potting concept is, for example, that the cell frame is part of the sealing concept and cell frames must therefore be used and there are material requirements with regard to the adhesion of the casting media to the cell frame.
  • a half-cell of a cell stack is sealed by forming a fluid-tight connection between the electrode and frame at least in sections and a fluid-tight connection between frame and membrane at least in sections. This is done, for example, by using sealing elements or by gluing or welding the electrode to the frame and the frame to the membrane.
  • the cell frame is therefore part of the sealing concept.
  • the cell frames assume the task of defining the distance between the electrode and the membrane and thus the thickness of the cell To define the half-cell interior and thus the compression of the felt electrode, if a felt electrode is used.
  • the electrolyte is supplied and discharged into and out of the flask cell interior via the cell frame, and the electrolyte supply line and the electrolyte discharge line are formed.
  • Another challenge is the sealing between the individual elements of the cell stack to form a sealed electrolyte guide line.
  • requirements are placed on the cell frame, for example with regard to tolerances in production or with regard to material properties that are necessary for gluing or welding. Furthermore, additional requirements are placed on the design of the electrolyte supply line and the electrolyte disposal line as well as on the electrolyte feeds and drains.
  • the cell frames are therefore often quite complex elements, the production of which can be demanding and therefore expensive.
  • the invention is based on the object of proposing a component, in particular for a redox flow battery, with which a time-efficient and cost-efficient construction of a sealed component for a redox flow battery is made possible
  • a component in particular for a redox flow battery, with at least one cell, one cell being constructed from two half-cells, each half-cell having at least one half-cell interior for receiving an electrolyte, each cell being assigned at least one electrode and at least one membrane and wherein at least one electrode and at least one membrane are arranged stacked, it is essential to the invention that at least one electrode and at least one membrane are connected in a fluid-tight manner at least in sections.
  • a component in particular for a redox flow battery, has at least one cell, preferably a large number of cells, with at least one cell being made up of two half-cells.
  • Each half-cell has at least one half-cell interior into which an electrolyte is introduced by means of an electrolyte inlet and is discharged by means of an electrolyte outlet.
  • the half-cell interiors are each closed off in sections by at least one electrode and in each case at least one membrane.
  • a porous, electrically conductive felt can be arranged in a half-cell interior, so that the surface area for the electrochemical reaction in the half-cell interior is enlarged.
  • the electrodes and the membranes are of essentially flat design and have stacking surfaces as well as laterally surrounding side surfaces that delimit the stacking surfaces.
  • the stacking surfaces of two components arranged one above the other in a cell stack face one another while the side surfaces face outwards.
  • the stacking areas can have a rectangular, in particular square, base area or a round, in particular circular, base area.
  • the side surfaces each span a plane, with the planes spanned by the side surfaces being arranged perpendicular to the planes spanned by the stacking surfaces.
  • the outer surface spanned by the side surfaces is arranged perpendicularly to the stacking surfaces.
  • the at least one electrode and the at least one Membrane connected fluid-tight at least in sections with a fluid-tight connection. Due to the at least partially fluid-tight connection between the membrane and the electrode, a half-cell interior can be formed between the membrane and the electrode.
  • the fluid-tight connection can be formed here, for example, between the mutually facing stacking surfaces of the electrode and the membrane.
  • the fluid-tight connection can be formed in the region of the side edges of the stacking surfaces of the electrode and the membrane, which are arranged one above the other, in particular parallel to the side edges of the stacking surfaces, so that a half-cell interior space for accommodating the electrolyte is formed between the stacking surfaces and the peripheral fluid-tight connection.
  • the fluid-tight connection can be formed, for example, by an integral connection, for example by an adhesive connection, a welded connection or the like. Furthermore, it is possible for a membrane and an electrode to be connected in a fluid-tight manner, at least in sections, on at least one outward-facing side surface, for sealing purposes and for forming a half-cell interior.
  • a half-cell interior is formed here by the mutually facing stacking surfaces of the electrode and the membrane as well as the peripheral fluid-tight connection of the side surfaces of the electrode and the membrane. Due to the fluid-tight connection of the membrane to the electrode, it is not necessary to create a seal, in particular of the half-cell interiors, for example by arranging sealing elements and establishing a non-positive connection.
  • Sealing elements such as sealing rings and their complex assembly can thus be dispensed with.
  • a sealing of the electrode and the membrane is thus possible and advantageous without the inclusion of cell frames in the sealing concept.
  • the membrane and the electrode can be connected directly to one another in a fluid-tight manner.
  • the cell frames do not have to take on any tasks for the formation of the fluid-tight connection.
  • Cell frames if they are used at all, only have the task of supplying electrolyte and Electrolyte removal and/or the task of forming an electrolyte supply line and/or an electrolyte disposal line or the task of a spacer between membrane and electrode.
  • At least one electrode and at least one membrane are each connected in a fluid-tight manner circumferentially at the sides at least in sections.
  • the at least one electrode and the at least one membrane are connected in a fluid-tight manner, for example on at least one outwardly facing side surface, at least in sections.
  • the fluid-tight connection can, for example, take place in a material-to-material or non-positive manner.
  • a half-cell interior is formed between the electrode and the membrane to accommodate an electrolyte.
  • At least one electrode and at least one membrane are each peripherally connected to at least one side plate in a fluid-tight manner, at least in sections.
  • a side plate can be a flat component.
  • the side plate when using membranes and Electrodes with a rectangular base have approximately the same width as the side surfaces of the electrode and the membrane.
  • a side plate can be flexible, for example, so that the side plate can be wrapped around the side faces of the membranes and electrodes.
  • a side plate can be assigned to each side of the membranes or electrodes.
  • a fluid-tight connection between the membrane and the electrode these can be connected, for example, to at least one side plate on their outwardly facing side surfaces.
  • a fluid-tight connection is produced between the side surfaces of the electrode and the membrane and the side plate, for example by means of a material connection, in particular by means of an adhesive connection.
  • the plane spanned by the side plate is arranged approximately parallel to the plane spanned by the side surfaces of the electrode and the membrane.
  • the use of a side plate enables a particularly simple type of fluid-tight connection, since this can be attached to the side after the individual components have been stacked.
  • At least one fluid-tight connection is an integral connection.
  • Fluid-tight connections for example between an electrode and a membrane, in particular between the edge areas of the stacking surfaces and/or the side surfaces of an electrode and a membrane, or the side surfaces of an electrode, a membrane and a cell frame or also between an electrode, a membrane, a cell frame and a side plate, in particular between the side surfaces and a side plate, can be produced in a materially bonded manner.
  • the at least one electrode and the at least one membrane are directly connected to one another in a fluid-tight manner
  • the interior of the half-cell is closed off at least in sections by the fluid-tight connection and/or the at least one electrode and the at least one membrane are connected directly to at least one side plate in a fluid-tight manner and the half-cell interior is at least partially sealed in a fluid-tight manner by the fluid-tight connections.
  • the direct connection of electrode and membrane is in contrast to an indirect connection of membrane and electrode involving a cell frame in the connection, ie the indirect connection of membrane and electrode takes place by directly connecting the membrane and the electrode to the same cell frame.
  • a fluid-tight sealed half-cell interior Due to the direct fluid-tight connection of the membrane to the associated electrode, a fluid-tight sealed half-cell interior is formed.
  • the fluid-tight connection between the membrane and the electrode can be interrupted by electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines in order to be able to ensure the electrolyte exchange with the half-cell interior.
  • Further sealing elements such as rubber seals or the like, are not required for the fluid-tight sealing of the half-cell interior.
  • cell frames do not fulfill any task of sealing the interior of the half-cell.
  • the fluid-tight connection between membrane and electrode can also be achieved by completely dispensing with cell frames. Cell frames can nevertheless be provided and used, for example, as spacers between the membrane and the electrode to set a defined distance between the membrane and the electrode.
  • Cell frames can also be used to specify the distribution of the electrolytes in the half-cell interior by means of channel structures located in the frame.
  • the electrode and the membrane can overlap the cell frame laterally for this purpose, so that the cell frame is surrounded laterally by the fluid-tight connection between the membrane and the electrode.
  • the fluid-tight connection between membrane and electrode can, for example, by an adhesive can be achieved that connects the membrane directly to the electrode.
  • other processes for producing the fluid-tight connection are also possible.
  • the direct fluid-tight connection prevents an electrolyte from getting from one half-cell interior, for example, into the adjacent half-cell interior.
  • a very cost-effective method of sealing is created by sealing the interior of the half-cell through the direct fluid-tight connection of membranes and electrodes.
  • the electrodes and membranes are directly connected in a fluid-tight manner to laterally arranged side plates.
  • the fluid-tight sealing of the half-cell interiors would be provided by the respective direct fluid-tight connection of the membranes and electrodes to the respective side plates.
  • cell frames can be provided, for example as spacers or the like. As a result, low demands are placed on the material properties of the cell frames, since they do not have to be glued to other components to produce fluid-tight connections, for example.
  • At least one at least partially fluid-tight semi-cell interior is formed between the at least one electrode, the at least one membrane and the fluid-tight connection between the membrane and the electrode and/or at least one at least partially fluid-tight semi-cell interior is between the at least one membrane, the formed at least one electrode and the fluid-tight connections of the membrane and the electrode to at least one side plate.
  • Semi-cell interiors that are sealed off in a fluid-tight manner are necessary in the cell stack so that no electrolyte can get from one semi-cell interior into an adjacent semi-cell interior.
  • the formation of at least partially fluid-tight half-cell interior can thus, for example, solely by the membrane, the electrode, and the direct fluid-tight connection between the membrane and the electrode done.
  • the fluid-tight connection between the membrane and the electrode can be interrupted by electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines in order to be able to ensure the electrolyte exchange with the half-cell interior.
  • Additional components are not required to form the half-cell interior.
  • cell frames can be arranged, for example, as spacers or the like in the half-cell interior, but they do not contribute to the sealing effect.
  • a half-cell interior to be formed between the electrode, the membrane, the side plates assigned to the electrode and the membrane and the direct fluid-tight connections of the membrane to the side plates and the electrode to the side plates. The fluid-tight half-cell interior thus results solely from these components and their fluid-tight connection.
  • At least one material connection is an adhesive connection.
  • Cohesive connections for example between a membrane and an electrode, in particular between the edge areas of the stacking surfaces and/or the side surfaces of an electrode and a membrane, or also between a membrane, an electrode, a cell frame and a side plate, in particular between the side surfaces of the components and a side panel, can be easily produced by adhesive connections.
  • the adhesive to be used can be applied to a side plate and thus the fluid-tight adhesive connection between the side plate and the edge areas of the electrode and the membrane, in particular the edge areas of the stacking surfaces facing one another and/or the side surfaces of the components, can be produced in a very time-efficient manner will.
  • At least one material connection is a welded connection.
  • the components can be connected in a fluid-tight manner by welding. This enables particularly secure and precise fluid-tight connections between the components or also between the components and the side plates.
  • At least one half-cell has at least one cell frame and at least one cell frame is stacked with at least one membrane and with at least one electrode.
  • the cell frame is a frame-shaped component which, at least in sections, surrounds a cavity, in particular for accommodating an electrolyte.
  • a possible arrangement can therefore consist of the sequence of the electrode, the cell frame and the membrane.
  • the typical structure of a cell consisting of two half-cells would be, for example, an electrode followed by a cell frame filled with a first electrolyte, a membrane, followed by a second cell frame with a second electrolyte, followed by a further electrode.
  • the fluid-tight sealing of the half-cell can be ensured by the fluid-tight connection of the electrode and the membrane, so that the cell frame serves as a spacer between the membrane and the electrode and ensures the task of electrolyte supply and electrolyte discharge.
  • the base area of the membrane and the base area of the electrode that is to say the stacking areas, can project laterally beyond the base area of the cell frame.
  • the cell frame does not have the property that it is part of the sealing concept; in particular, the cell frame is not integrated in the fluid-tight connection between the electrode and the membrane.
  • the cell frame can have lateral projections that protrude beyond the base areas of the membrane and the electrode.
  • the lateral projections can protrude beyond the edges of the membranes and the electrodes.
  • Line structures can be formed in the lateral projections, through which the electrolyte supply and the electrolyte discharge for the half-cell interior can be formed.
  • the fluid-tight connection of the half-cell interior is thus formed in sections by the direct fluid-tight connection of the side areas of the membranes and the electrodes. In the areas where the lateral overhang of the cell frames with the electrolyte inlets and outlets protrudes beyond the edge areas of the membranes and the electrodes, there is no direct fluid-tight connection between the membrane and the electrode and this is also not required for correct functioning.
  • Each cell frame has two projections, one for the electrolyte supply and one for the electrolyte drain.
  • the overhangs of the cell frames of two adjacent half-cells are arranged offset to one another, so that, for example, the overhangs with electrolyte feeds of every second half-cell in a cell stack are arranged essentially congruently in a plan view.
  • An electrolyte line element is arranged over the lateral projections of the frame elements arranged one above the other in a stacked arrangement, ie in a cell stack.
  • the electrolyte feeds for several half-cells of the same polarity are supplied with electrolyte via an electrolyte line element.
  • the electrolyte is discharged via a further electrolyte line element, which combines the electrolyte discharges of several half-cells of the same polarity.
  • the electrolyte line elements can each be arranged over the electrolyte feed or the electrolyte outlets of all half-cells in a stack or only over a certain number of half-cells to reduce short-circuit currents.
  • the electrolyte line elements can be essentially housing-shaped and slipped over the lateral projections of the cell frames. The edges of the electrolyte line elements are sealed with the fluid-tight connections of the membranes and electrodes. Thus, the electrolyte cannot leak out of the electrolyte conducting element.
  • At least one electrode, at least one membrane and at least one cell frame are each laterally connected in a fluid-tight manner to at least one side surface facing outwards.
  • a membrane, a cell frame and an electrode can be arranged in a stacked manner, it being possible for the electrode, the cell frame and the membrane to be connected in a fluid-tight manner at their side surfaces.
  • the connection of the outwardly facing side surfaces achieves a fluid-tight closure of a half-cell, in particular of the half-cell interior, or of an entire cell stack in the case of a plurality of consecutive components.
  • At least one electrode, at least one membrane and at least one cell frame are each laterally connected to at least one side plate in a fluid-tight manner on at least one side surface facing outwards.
  • the component sequence of a half-cell for example consisting of an electrode, a cell frame and a membrane, wherein an electrode and a membrane can be assigned to two half-cells, can be connected to one another in a fluid-tight manner by attaching a side plate.
  • the electrodes, cell frames and membranes stacked on top of one another are connected in a fluid-tight manner to at least one side plate on the side surfaces facing outwards.
  • the membranes, the electrodes and the cell frames of a cell stack can each be connected to a side plate in a fluid-tight manner with their four side surfaces.
  • a side plate and the stacked components ie the membranes, the cell frame and the electrodes.
  • At least one electrode, at least one cell frame and at least one membrane are each laterally connected in a fluid-tight manner on four side faces to a side plate at least in sections.
  • At least one electrode, at least one cell frame and at least one membrane with a rectangular base The stacked components of a cell stack, preferably all components of a cell stack, are laterally connected in a fluid-tight manner to a side plate on their four side surfaces, which each delimit the quadrangular stack surface.
  • a cell stack can thus have four side plates, it being possible for two side plates arranged adjacent to each other to form an angle of approximately 90°. Four side plates, which are connected to the side surfaces of the components, can thus result in a complete fluid-tight sealing of the cell stack.
  • At least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet is assigned to at least one half-cell interior and at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet is formed through at least one opening in at least one fluid-tight connection formed between at least one membrane and at least one electrode .
  • Cells can consist of two half-cells, each half-cell having a half-cell interior for receiving an electrolyte. In order to ensure that the electrolyte flows through the half-cell interior, a half-cell has an electrolyte inlet and an electrolyte outlet.
  • the electrolyte feeds or electrolyte discharges can be connected to electrolyte lines that lead to an electrolyte supply, ie an electrolyte reservoir.
  • an electrolyte supply ie an electrolyte reservoir.
  • a fluid-tight connection is formed which at least partially encircles the interior of the half-cell.
  • an integral connection between the membrane and the electrode can be produced and thus a half-cell inner space can be formed between the membrane and the electrode.
  • the electrolyte feeds and the electrolyte discharges can be formed in particular by openings or cavities in the fluid-tight connection of the membranes and the electrodes.
  • the electrolyte supply or the electrolyte discharge can pass through the cavities the half-cell interior must be guaranteed. This enables the half-cell interiors of the half-cells to be supplied with electrolyte in a particularly simple manner.
  • the fluid-tight connection can be formed by an adhesive connection.
  • the electrolyte supplies and electrolyte discharges can be formed by cavities in the volume of adhesive material.
  • a half-cell has at least one electrolyte inlet and/or one electrolyte outlet, and at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet is formed at least in sections by at least one cavity in a cell frame and a passage opening arranged laterally in a cell frame.
  • the cell frames of a half-cell can at least partially form the half-cell interior of the half-cell, in which the electrolyte is received, the fluid-tight sealing of the half-cell interiors being able to take place through the fluid-tight connection of the membrane to the electrode.
  • a cell frame has lateral passage openings which are connected to the interior of the cell frame, the half-cell interior, through a hollow space in the cell frame. Electrolyte can be conducted through the half-cell interiors through the cavities in the cell frame and the passage openings.
  • the passage openings and the cavities in the cell frame are aligned in such a way that a fluid flow through the cavities in the cell frame and the openings of the fluid-tight connection between the membrane and the electrode is made possible.
  • an electrolyte can get into the half-cell interior through the opening in the fluid-tight connection and the cavity in the cell frame.
  • the cavity narrows starting from the width of the half-cell interior in the direction of the lateral passage opening.
  • a cell frame of a half-cell can be constructed in the form of a frame and partially surround a half-cell interior.
  • the Half-cell interior partially limited by the inner sides of the cell frame, ie the inward-facing side surfaces of the frame.
  • the cavities of a cell frame can be arranged in frame sections of the cell frame arranged parallel to one another.
  • the cavities of the electrolyte feed and the electrolyte discharge each narrow in the direction of the outwardly directed side surfaces.
  • the cavities are thus formed in a funnel shape, at least in sections, with the funnel openings being arranged facing one another. The widening or narrowing of the cavities starting from the passage openings enables the electrolyte to flow efficiently through the interior of the half-cell.
  • At least one half-cell has at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet
  • a cell frame is formed by at least two cell frame elements and at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet is at least partially through at least one free space between at least two cell frame elements educated.
  • a cell frame of a half-cell can be formed by cell frame elements.
  • a cell frame can thus be designed in particular in two parts.
  • a cell frame element can have at least one frame leg and at least one leg section arranged at right angles thereto.
  • a cell frame element can be L-shaped, with a right angle being spanned between a frame leg and a frame leg section.
  • two such cell frame elements can be arranged, for example, in such a way that the frame legs are parallel to one another are arranged and the leg sections are arranged parallel to one another, so that, for example, a rectangular shape of the cell frame can result.
  • an electrolyte feed or an electrolyte discharge can be formed in sections.
  • an electrolyte can be introduced into the interior of the flask cell and discharged again.
  • the free spaces are aligned in such a way that an electrolyte flow through the opening in the fluid-tight connection between the membrane and the electrode into the flask cell interior is possible.
  • the leg sections can be designed in such a way that the free space between the cell frame elements is designed funnel-shaped in sections, so that the electrolyte feed or electrolyte discharge formed by the free space widens in the direction of the flask cell interior.
  • the formation of the electrolyte feeds or electrolyte discharges through a free space between the cell frame elements enables the circulation of an electrolyte through the flask cell interior in a particularly simple manner.
  • At least one half-cell has at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet and at least one electrolyte outlet and at least one electrolyte inlet is formed by at least one passage opening in at least one side plate.
  • a half-cell preferably has an electrolyte inlet and an electrolyte outlet.
  • the electrolyte supply and the electrolyte discharge allow the electrolyte to circulate through the half-cell interior of the half-cell.
  • the membranes and electrodes of a half cell or a cell can be connected laterally to a side plate on their outwardly facing side surfaces. In order to supply or discharge electrolyte ensure the side plate can have passage openings through which the electrolyte can get into the half-cell interior.
  • the passage openings of the side plates can be connected to feed lines or discharge lines for the electrolyte.
  • At least one electrolyte feed is connected to at least one electrolyte feed line and at least one electrolyte discharge is connected to at least one electrolyte discharge line, and at least one electrolyte feed line and/or at least one electrolyte discharge line runs outside the stacking surfaces of the electrode and/or the stacking surface of the membrane and/or the Stacking surfaces of the cell frames.
  • Each half-cell preferably has an electrolyte inlet and an electrolyte outlet in order to enable the electrolyte to be conducted through the interior of the half-cell.
  • the electrolyte supplies of the half-cells are connected to electrolyte supply lines, the electrolyte discharges of the half-cells are connected to electrolyte discharge lines.
  • the half-cell interiors are each connected to an electrolyte reservoir via the electrolyte feeds and electrolyte discharges. It is possible to implement the formation of electrolyte supply lines and/or disposal lines outside of the cell frame and thus further reduce the demands on the cell frame and simplify the process of producing the fluid-tight connections.
  • the electrolyte supply lines or electrolyte discharge lines are arranged in such a way that they run outside the stacking surfaces of the membrane and/or the electrode and/or the cell frame. The electrolyte lines therefore do not intersect the outer side surfaces of the membrane, the electrode or the cell frame running perpendicularly to the stacking surfaces, or the plane spanned by the side surfaces.
  • the electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines can be hose lines that can be arranged outside the stacking areas.
  • By arranging the and discharge lines outside the stacking areas is a particularly simple construction of a redox flow battery and thus enables particularly simple assembly, since the formation of the electrolyte supply line and electrolyte discharge line does not take place through the stacked cell frame.
  • the electrolyte supply line and electrolyte discharge line can be formed separately in terms of time and function from the formation of the fluid-tight connection between membrane and electrode
  • At least one electrolyte supply line and/or at least one electrolyte discharge line is formed through at least one cavity in at least one side plate.
  • the membranes and electrodes of a cell, or the membranes, the electrodes and the cell frames of a cell can be connected to a side plate in a fluid-tight manner circumferentially, for example laterally, on their outwardly pointing side surfaces.
  • electrolyte supply lines and/or electrolyte discharge lines which connect the electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines of the half-cell to one another, can be formed by cavities in the side plates.
  • the side plates can each have inner channels positioned for connection to the electrolyte feed and discharge, so that there is a fluid-tight connection to the outside.
  • the side plates can have open channels, in particular grooves, pockets or the like, on their inwardly facing side surfaces, ie on the side surfaces connected to the side surfaces of the membranes and electrodes, which can serve as supply lines and discharge lines.
  • the supply and discharge lines are formed in sections by the side plates and in sections by the side surfaces of the membranes and electrodes.
  • At least one electrolyte supply line and/or at least one electrolyte discharge line is arranged outside of the side plates.
  • the electrolyte feeds and discharges can be formed by passage openings in the side plates.
  • the passage openings in the side plates can be connected, for example, by hose lines, so that the electrolyte feeds and discharges are particularly easy to assemble.
  • At least one cell frame has at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte outlet and at least one cell frame forms at least one electrolyte inlet line and/or at least one electrolyte outlet line at least in sections and the at least one electrolyte inlet and/or the at least one Electrolyte discharge is fluid-tightly connected to the electrolyte supply line and/or to the electrolyte discharge line.
  • the half-cell interior of a half-cell can be formed in sections from the insides of a cell frame, the half-cell interior being closed at the top and bottom by a membrane and an electrode.
  • the cell frame has at least one electrolyte inlet and/or one electrolyte outlet.
  • the electrolyte inlets and outlets can be formed by openings, in particular on the inside, that is to say on the side of the cell frame elements which faces the half-cell interior.
  • Electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines are respectively connected to the electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines.
  • the electrolyte guide lines can be formed by cavities in the cell frame. In particular, the electrolyte guide lines through cavities, in particular through closed channels, which extend perpendicularly to the stacking surface of the cell frame element.
  • the membranes and electrodes protrude laterally beyond the cell frame and the fluid-tight sealing of the half-cell interiors is achieved by connecting the membranes and electrodes to one another, appropriate openings are provided in the membranes and electrodes to form the electrolyte lines. Due to the stacked arrangement of the frame elements, the membranes and the electrodes and the congruent arrangement of the openings provided for the electrolyte supply lines, an electrolyte supply line extending over an entire cell stack can be formed.
  • the fluid-tight connection of the membrane and the electrode can be made here, for example, by a circumferential fluid-tight connection on the side surfaces of the membrane and the electrode.
  • fluid-tight connection of the side faces to the side plates can also be provided, so that a cell stack composed of the components is closed off fluid-tight to the outside.
  • Fluid-tight connections must also be made between the openings in the cell frames, membranes and electrodes, so that a sealed electrolyte guide line is formed. This sealing can be done, for example, with O-rings or similar sealing materials.
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing at least one component, in particular for a redox flow battery, with at least one cell, one cell being constructed from two half-cells, each half-cell having at least one half-cell interior for receiving an electrolyte, wherein each cell is assigned at least one electrode and at least one membrane and wherein the electrodes and at least one membrane are arranged stacked, in which it is essential to the invention that at least one electrode and at least one membrane are connected in a fluid-tight manner.
  • electrodes and Membranes stacked into half-cells.
  • Each half-cell has a half-cell interior that can be formed at least in sections between an electrode and a membrane.
  • electrodes and membranes are stacked and the electrodes and membranes are connected in a fluid-tight manner at least in sections. Due to the fluid-tight connection of the electrodes and the membranes, in particular in the edge areas of the electrodes and membranes, a half-cell interior can be formed.
  • a half-cell interior is formed at least in sections by the mutually facing stacking surfaces of the electrode and the membrane and by the fluid-tight connection between the membrane and the electrode.
  • the fluid-tight connection can be established, for example, between the edge regions of the stack surfaces facing one another.
  • the fluid-tight connection can be arranged parallel to the edge regions of the stacking surfaces, so that a half-cell interior is formed by the stacking surfaces facing one another and the peripheral fluid-tight connection. Furthermore, it is possible for the fluid-tight connection to be formed between the outward-facing side surfaces of the membrane and the electrode.
  • a fluid-tight connection can be formed between all the membranes and electrodes of a cell stack in a connected step after the elements of a cell stack have been stacked. It is therefore not necessary to insert a sealing element between each stacking step and/or to carry out a joining process (for example welding). As a result of the invention, the production of cell stacks can thus be carried out more easily and more quickly and thus more cost-effectively.
  • At least one electrode and at least one membrane are connected to one another in a fluid-tight manner, at least in sections, in each case laterally circumferentially.
  • the electrodes and the membranes are of essentially flat design and have stacking surfaces as well as laterally surrounding side surfaces that delimit the stacking surfaces.
  • the Stack surfaces of two membranes and electrodes arranged one above the other in a cell stack, that is to say adjacently, are arranged facing one another, while the side surfaces are aligned facing outwards.
  • the side surfaces are preferably aligned in such a way that the side surfaces of the membranes and electrodes lie in one plane.
  • a half-cell interior can be formed between an electrode and a membrane
  • the membrane and the electrode can be connected to one another in a fluid-tight manner, for example on their outwardly facing side surfaces.
  • the fluid-tight connection can, for example, be materially bonded. Due to the fluid-tight connection of a membrane and an electrode, a sealed half-cell interior for accommodating an electrolyte can be formed in a simple manner without the need for components specially provided for this purpose.
  • At least one electrode and at least one membrane are each peripherally connected to at least one side plate in a fluid-tight manner, at least in sections.
  • the electrodes and membranes are connected to at least one side plate in a fluid-tight manner.
  • the electrodes and membranes are laterally connected to at least one side plate in a fluid-tight manner, at least in sections, on at least one side surface facing outwards.
  • the four outwardly pointing side surfaces of the electrodes and membranes are each connected to a side plate, so that a cell stack of four laterally attached side plates is sealed off in a fluid-tight manner.
  • the membrane and the electrode can be connected to at least one side plate in a fluid-tight manner on their stacking surfaces, in particular on the stacking surfaces facing one another.
  • the edge areas of the facing sides of the stack surfaces can be fluid-tight, for example materially bonded to the side plate.
  • At least one half-cell interior has at least one electrolyte inlet and/or at least one electrolyte inlet and at least one electrolyte outlet and/or at least one electrolyte outlet is fluid-tight through at least one opening in at least one formed between at least one membrane and at least one electrode connection formed.
  • an electrode and a membrane are connected to one another in a fluid-tight manner.
  • the half-cell interior for accommodating the electrolyte is thus formed between the stacking surfaces of the electrode, the membrane and the fluid-tight connection.
  • an electrolyte feed and/or an electrolyte discharge in particular in the form of a cavity, is introduced into the fluid-tight connection.
  • the electrolyte supply or the electrolyte discharge can be introduced into the fluid-tight connection by a machining process, for example by drilling, milling or the like.
  • the fluid-tight connection is produced using an adhesive material
  • placeholders can also be arranged before the adhesive material is applied at the positions at which the cavities for forming the electrolyte feed and/or the electrolyte discharge are later to be located. The placeholders can be removed to release the cavity.
  • each half-cell has at least one cell frame, at least one half-cell interior is formed at least in sections by at least one cell frame, and at least one cell frame, at least one membrane and at least one electrode are stacked.
  • the cell interiors of the half-cells Cell stacks can be formed in sections by cell frames and the stacking surfaces of the membrane and the electrode.
  • an electrode, a cell frame and a membrane can be stacked to produce a half-cell, with the fluid-tight sealing of a half-cell interior being able to take place through the fluid-tight connection of the electrode and the membrane.
  • At least one electrode, at least one membrane and at least one cell frame are each laterally connected in a fluid-tight manner to at least one outward-facing side surface, at least in sections.
  • an electrode, a membrane and a cell frame are connected in a fluid-tight manner on their laterally outward-facing side surfaces.
  • At least one electrode, at least one membrane and at least one cell frame are each laterally connected to at least one side plate in a fluid-tight manner on at least one outwardly facing side surface, at least in sections.
  • the electrodes, the membranes and the cell frames of a cell stack can be connected to at least one side plate in a fluid-tight manner at the side with their outwardly facing side surfaces.
  • a side plate is preferably assigned to each of the four side areas, so that a cell stack is laterally surrounded by four side plates.
  • At least one fluid-tight connection is produced by a material connection.
  • a material connection such as welding or gluing, a secure fluid-tight connection that can be established quickly can be ensured.
  • At least one fluid-tight connection is produced by an adhesive connection.
  • a fluid-tight connection of the membranes to the electrodes or a connection of the components to a side plate can be achieved in a simple manner by means of an adhesive connection.
  • a connection to the side surfaces of the components of the cell stack can be carried out by applying an adhesive material to the inside of the side surfaces.
  • At least one fluid-tight connection is produced by a welded connection.
  • Welded connections can be used to produce a fluid-tight connection, for example the side surfaces of the membranes and the electrodes.
  • the production of fluid-tight connections by means of welded connections makes it possible to make connections that are particularly secure and can be carried out precisely.
  • the stacked cell frames and/or membranes and/or electrodes are mechanically removed congruently at the sides. After the components required for a cell stack have been stacked, they can be mechanically removed laterally in order to produce a side surface that is as flat and congruent as possible.
  • the mechanical removal for example by machining, enables particularly precise and easy-to-execute connections of the side surfaces of the components.
  • Fig. 4 a cell stack formed by the side plates
  • Fig. 5 a cell frame in a sectional representation.
  • Fig. 6c membrane and electrode with fluid-tight connection
  • Fig. 6d Electrode and membrane with fluid-tight connection of
  • FIG. 1 shows a cell stack 1 consisting of electrodes 2 and membranes 3 in cross section.
  • An electrode 2 and a membrane 3 are one
  • the Flalbzellen 5 each have a Half-cell interior 6, with a half-cell interior 6 being surrounded by the membrane 3 and the electrode 2.
  • a half-cell interior 6 is designed to accommodate an electrolyte.
  • the electrodes 2 and the membranes 3 are connected to one another in a fluid-tight manner.
  • the fluid-tight connection 14 of the electrodes 2 and the membranes 3 results in a fluid-tight construction of the cell stack 1 , with no electrolyte being able to accidentally pass from one half-cell 5 into another half-cell 5 .
  • electrolyte inlets 8 and electrolyte outlets 9 are provided, so that an electrolyte can be conducted through the interior spaces 6 of the half-cell.
  • passage openings 10 are formed in the fluid-tight connections 14 between the electrodes 2 and the membranes 3, through which the electrolyte can pass.
  • electrolyte supply lines and electrolyte discharge lines can be connected to the passage openings 10 .
  • FIG. 2 shows a sectional view of a cell stack 1 consisting of electrodes 2 and membranes 3 which are connected to one another by fluid-tight connections 14 .
  • fluid-tight connections 14 passage openings 10 are arranged, through which an electrolyte circulation through the half-cell interiors 6 is made possible.
  • FIG. 3 shows a cell stack 1 with electrodes 2, membranes 3 and cell frames 4 in cross section.
  • An electrode 2, a membrane 3 and a cell frame 4 are stacked to form a half-cell 5, with a membrane 3 and an electrode 2 being assigned two half-cells 5 in each case.
  • the half-cells 5 each have a half-cell interior 6 , with a half-cell interior 6 being surrounded by the cell frame 4 , the membrane 3 and the electrode 2 .
  • a half-cell interior 6 is designed to accommodate an electrolyte.
  • the outwardly facing side surfaces 15 of the electrodes 2, the side surfaces 16 of the membranes 3 and the side surfaces 17 of the cell frames 4 are connected to side plates 7 with a fluid-tight connection 14.
  • the structure of the cell stack 1 is inherently fluid-tight, with no electrolyte being able to accidentally get from one half-cell 5 into another half-cell 5.
  • the cell frames 4 have electrolyte inlets 8 and electrolyte outlets 9 with passage openings 10 so that an electrolyte can be conducted through the half-cell interiors 6 .
  • the side plates 7 have passage openings 10 through which the electrolyte can pass.
  • electrolyte supply lines 18 and electrolyte discharge lines 19 can be connected to the passage openings 10 .
  • FIG. 4 shows a cell stack 1 with electrodes 2, membranes 3 and cell frame 4 in cross section.
  • the same components are provided with the same reference characters.
  • the electrodes 2, membranes 3 and the cell frames 4 are laterally peripherally connected with fluid-tight connections 14 to form half-cell interiors 6 .
  • electrolyte supply lines 18 and electrolyte discharge lines 19 are provided in the side plates.
  • the electrolyte lines 18, 19 can be formed by grooves in the side plates 7, for example. The electrolyte can flow through the lines 18 and 19 into the half-cell interiors 6 and be discharged again accordingly.
  • FIG. 5 shows a sectioned view of a cell frame 4 with a half-cell interior 6 .
  • the half-cell interior 6 is designed to accommodate an electrolyte.
  • the cell frame 4 has an electrolyte inlet 8 and an electrolyte outlet 9 for the supply and discharge of an electrolyte.
  • the electrolyte feed 8 and the electrolyte discharge 9 each have a passage opening 10 which is arranged in an outwardly facing side surface of the cell frame 4 in each case.
  • the electrolyte feed 8 and the electrolyte discharge 9 widen from the passage openings 10 in the direction of the half-cell interior 6 . Thus is allows an electrolyte to flow evenly through the half-cell interior 6 .
  • FIG. 6a An electrode 2 with a stacking surface 12 and a membrane 3 with a stacking surface 13 are shown in FIG. 6a.
  • the side areas of the stacking surface 13 and the stacking surface 12 are connected to one another by a fluid-tight connection 14 .
  • the fluid-tight connection 14 can in particular be an integral connection, for example a welded connection or an adhesive connection.
  • a semi-cell interior 6 for receiving an electrolyte is formed by the fluid-tight connection 14 formed circumferentially on the side regions of the stacking surfaces 12 and 13 and by the stacking surfaces facing one another.
  • FIG. 6b An electrode 2 with side surfaces 15 and a membrane 3 with side surfaces 16 are shown in FIG. 6b.
  • the side surfaces 15 and 16 facing outwards are connected to one another with a fluid-tight connection 14 . Due to the fluid-tight connection 14 between the membrane 3 and the electrode 2 and the mutually facing stacking surfaces 12, 13, a flask cell interior 6 is thus formed, which is provided for accommodating an electrolyte.
  • FIG. 6c An electrode 2 and a membrane 3 are shown in FIG. 6c.
  • the side surfaces 15 of the electrode and the side surfaces 16 of the membrane are connected to side plates 7 by means of a fluid-tight connection 14 . Due to the fluid-tight connection 14 of the electrode 2 and the membrane 3 to the side plates 7, a flask cell interior 6 for receiving an electrolyte is formed between the electrode 2 and the membrane 3.
  • FIG. 6d A membrane 3 and an electrode 2 are shown in FIG. 6d.
  • the electrode 2 has a fluid-tight connection 14 to a side plate 7 in the edge regions of its stacking surface 12 .
  • the membrane 3 has a fluid-tight connection 14 in the edge regions of its stacking surface 13 the side plates 7 on.
  • the fluid-tight connection 14 to the side plates 7 and also the mutually facing stacking surfaces 12, 13 form a half-cell interior 6 for accommodating an electrolyte.
  • FIG. 7 shows a cell frame 4 with lateral projections 20, 21, the cell frame 4 being arranged between an electrode 2 and a membrane 3.
  • FIG. The electrode 2 and the membrane 3 have a fluid-tight connection 14 in their edge regions, which is only interrupted by the lateral projections 20, 21 of the cell frame 4.
  • the lateral overhang 20 forms an electrolyte feed 8 and the lateral overhang 21 forms an electrolyte outlet 9 .
  • the lateral projections 20, 21 of two adjacent half-cells are offset from one another.
  • the lateral projections 20 or 21 of the cell frames of the half-cells, through which the same electrolyte flows, are arranged one below the other, ie congruently in a plan view.
  • An electrolyte conducting element 22 can be arranged over the lateral projections 20 or 21 of the half-cells, which are congruent in the cell stack, so that the corresponding half-cells are supplied with or disposed of with the same electrolyte.

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Abstract

Bei einem Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle mindestens einen Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zugeordnet ist und wobei mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran gestapelt angeordnet sind, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des Bauelementes.

Description

Energiespeichervorrichtung, insbesondere Redox-Flow-Batterie
Die Erfindung betrifft ein Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow- Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle mindestens einen Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zugeordnet ist und wobei mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran gestapelt angeordnet sind.
Bauelemente der eingangs genannten Art sind bekannt und kommen beispielsweise bei Redox-Flow-Batterien zum Einsatz. Redox-Flow-Batterien kommen insbesondere bei stationären Anwendungen zum Einsatz und sind vorteilhaft aufgrund ihrer hohen Zyklenlebensdauer, der Nichtbrennbarkeit sowie der unabhängigen Skalierbarkeit von Leistung und Kapazität. Bei Redox-Flow-Batterien wird die Energie in flüssigen Elektrolyten gespeichert. Für den Einspeichervorgang beziehungsweise den Ausspeichervorgang, also das Laden und Entladen der Batterie, zirkulieren die Elektrolyte durch Zellstapel, in welchen die Umwandlung zwischen elektrischer und chemischer Energie stattfindet. Die Zellstapel, auch Stacks genannt, bestehen im Allgemeinen aus einer Vielzahl von elektrisch in Reihe geschalteter Einzelzellen. Typischerweise besteht ein Redox-Flow-Stack aus 35 bis 40 Zellen, wobei jede Zelle aus Bauelementen wie Zellrahmen, Elektroden, Membranen und dazwischen angeordneten Dichtelementen besteht. Die Bauelemente können übereinander gestapelt und miteinander verpresst werden.
Insbesondere aufgrund der Anordnung der Dichtelemente ist der Zusammenbau der Zellstapel sehr zeitaufwendig und somit kostenintensiv. Die Dichtigkeit der Zellstapel, durch die eine Vermischung der Elektrolyte innerhalb der Zellstapel verhindert werden muss, ist von hoher Wichtigkeit und stellt eine große Herausforderung dar. Auch eine Dichtigkeit der Zellstapel nach außen hin muss gegeben sein.
Bei einem kraftschlüssigen Zusammenbau von Zellstapeln müssen alle Bauteile fehlerfrei und passend übereinander gestapelt werden, wobei insbesondere die Dichtungen exakt platziert werden müssen. Hierbei müssen bei der Herstellung der verwendeten Bauteile die Toleranzen bezüglich der Dicke und/oder der Nuttiefen für Dichtungsringe und andere Dichtelemente eingehalten werden, um eine Dichtigkeit des Zellstapels zu gewährleisten. Beispielsweise können massive Endplatten in der Herstellung des Zellstapels verwendet werden, durch die eine Verschraubung und eine Abdichtung mittels Kraftschluss erfolgen kann.
Alternativ wurden Bauelemente für Redox-Flow-Batterien beschrieben, bei denen die Elektroden und Membranen jeweils stoffschlüssig mit den Zellrahmen verbunden werden, so dass auf Dichtelemente verzichtet werden kann, beispielsweise mittels Verschweißen in der DE 10 2013 107 516 A1 oder mittels Verkleben in der DE 102015 102 123 A1.
Nachteilig an den genannten Verfahren ist jedoch, dass bei der Montage des Stacks zwischen einem Stapelschritt immer ein Fügeschritt, beispielsweise Verschweißen oder Verkleben, erfolgen muss, so dass der Prozess zeitaufwändig ist. Des Weiteren gelten für das Verschweißen Einschränkungen in der Materialauswahl, da nicht alle Elemente aus allen Materialien miteinander verschweißbar sind. Weiterhin ist aus der DE 10 2016 004 027 A1 eine Zelle und ein Zellstack einer Redox-Flow-Batterie und ein Verfahren zur Herstellung dieses Zellstacks bekannt. Eine Zelle einer Redox- Flow-Batterie weist hierbei mindestens zwei Zellrahmenelemente, eine Membran und zwei Elektroden auf, wobei mindestens zwei Zellrahmen elemente, die Membran und die zwei Elektroden zwei voneinander getrennte Halbzellinnenräume umschließen. In den mindestens zwei Zellrahmen elementen sind mindestens vier separate Kanäle so vorgesehen, dass die beiden Zellinnenräume von unterschiedlichen Elektrolytlösungen durchströmt werden können. Die Zelle ist hierbei mit Ausnahme der wenigstens vier separaten Kanäle flüssigkeitsdicht ausgebildet. Bei einem Verfahren zur Herstellung werden die wenigstens zwei Zellrahmenelemente, die Elektroden und die Membran in einem Gussgehäuse platziert und der Spalt zwischen den Zellrahmenelementen, den beiden Elektroden und der Membran werden mit einem flüssigen Gussmedium aufgefüllt, so dass alle genannten Komponenten miteinander flüssigkeitsdicht vergossen werden. Nachteilig an dem Konzept des Vergießens ist beispielsweise, dass der Zellrahmen Teil des Dichtkonzeptes ist und somit zwingend Zellrahmen verwendet werden müssen und Materialanforderungen bezüglich der Haftung der Gussmedien an den Zellrahmen gestellt werden.
Bei anderen gängigen Konzepten nach dem Stand der Technik erfolgt die Abdichtung einer Halbzelle eines Zellstapel dadurch, dass jeweils zumindest abschnittsweise eine fluiddichte Verbindung zwischen Elektrode und Rahmen sowie zumindest abschnittsweise eine fluiddichte Verbindung zwischen Rahmen und Membran ausgebildet wird. Dies geschieht beispielsweise durch die Verwendung von Dichtelementen oder durch Verkleben oder Verschweißen der Elektrode mit dem Rahmen sowie des Rahmens mit der Membran. Der Zellrahmen ist also Bestandteil des Dichtkonzeptes.
Weiterhin übernehmen die Zellrahmen die Aufgabe, den Abstand zwischen Elektrode und Membran zu definieren und dadurch die Dicke des Halbzellinnenraums und somit die Verpressung der Filzelektrode, sofern eine Filzelektrode verwendet wird, zu definieren.
Zudem wird über den Zellrahmen nach dem Stand der Technik die Elektrolyt zuführung sowie die Elektrolytabführung in beziehungsweise aus dem Flalbzellinnenraum gewährleistet sowie die Elektrolytzuführungsleitung und die Elektrolytabführungsleitung ausgebildet. Die Abdichtung zwischen den einzelnen Elementen des Zellstapels zur Ausbildung einer abgedichteten Elektrolytführungsleitung stellt eine weitere Herausforderung dar.
Entsprechend der geschilderten Aufgaben werden Anforderungen an den Zellrahmen gestellt, beispielsweise hinsichtlich der Toleranzen in der Fertigung oder hinsichtlich Materialeigenschaften, die für die Verklebung oder das Verschweißen nötig sind. Des Weiteren werden zusätzliche Anforderungen an die Ausbildung der Elektrolytversorgungsleitung und der Elektrolytentsorgungsleitung sowie an die Elektrolytzuführungen und Elektrolytabführungen gestellt. Die Zellrahmen stellen daher oft recht komplexe Elemente dar, deren Fertigung anspruchsvoll und somit teuer sein kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie vorzuschlagen, mit dem ein zeiteffizienter und kosteneffizienter Aufbau eines abgedichteten Bauelementes für eine Redox- Flow-Batterie ermöglicht ist
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mit einem Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 sowie durch ein Verfahren zur Fierstellung eines Bauelementes mit den Merkmalen des Patentanspruches 15. Weiterbildungen und vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben. Bei einem Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle mindestens einen Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zugeordnet ist und wobei mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran gestapelt angeordnet sind, ist erfindungswesentlich vorgesehen, dass mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind. Ein Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, weist mindestens eine Zelle, vorzugsweise eine Vielzahl von Zellen auf, wobei mindestens eine Zelle aus zwei Halbzellen aufgebaut ist. Jede Halbzelle weist mindestens einen Halbzellinnenraum auf, in den ein Elektrolyt mittels einer Elektrolytzuführung eingeleitet wird und mittels einer Elektrolytabführung ausgeleitet wird. Die Halbzellinnenräume sind jeweils abschnittsweise von mindestens einer Elektrode und jeweils mindestens einer Membran abgeschlossen. In einem Halbzellinnenraum kann ein poröser, elektrisch leitender Filz angeordnet sein, so dass die Oberfläche für die elektrochemische Reaktion im Halbzellinnenraum vergrößert ist. Die Elektroden und die Membranen sind im Wesentlichen flächig ausgebildet und weisen Stapelflächen sowie seitlich umlaufende, die Stapelflächen begrenzende Seitenflächen auf. Die Stapelflächen zweier in einem Zellstapel übereinander, also benachbart angeordneter Bauteile, sind einander zugewandt während die Seitenflächen nach außen gewandt sind. Beispielsweise können die Stapelflächen eine rechteckige, insbesondere quadratische Grundfläche oder eine runde, insbesondere eine kreisrunde, Grundfläche aufweisen. Insbesondere bei Membranen und Elektroden mit rechteckiger Grundfläche spannen die Seitenflächen jeweils eine Ebene auf, wobei die von den Seitenflächen aufgespannten Ebenen senkrecht zu der von den Stapelflächen aufgespannten Ebenen angeordnet ist. Bei Membranen und Elektroden mit runden Grundflächen ist die von den Seitenflächen aufgespannte Mantelfläche senkrecht zu den Stapelflächen angeordnet. Zur Abdichtung sind die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Membran zumindest abschnittsweise mit einer fluiddichten Verbindung fluiddicht verbunden. Durch die zumindest abschnittsweise fluiddichte Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode kann zwischen der Membran und der Elektrode ein Halbzellinnenraum ausgebildet sein. Die fluiddichte Verbindung kann hierbei beispielsweise zwischen den einander zugewandten Stapelflächen der Elektrode und der Membran ausgebildet sein. Insbesondere kann die fluiddichte Verbindung im Bereich der übereinander angeordneten Seitenränder der Stapelflächen der Elektrode und der Membran, insbesondere parallel zu den Seitenrändern der Stapelflächen, ausgebildet sein, so dass ein Halbzellinnenraum zur Aufnahme des Elektrolyts zwischen den Stapelflächen und der umlaufenden fluiddichten Verbindung ausgebildet ist. Die fluiddichte Verbindung kann beispielsweise durch eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, eine Schweißverbindung oder ähnliches ausgebildet sein. Weiterhin ist es möglich, dass zur Abdichtung und zur Ausbildung eines Halbzellinnenraumes eine Membran und eine Elektrode jeweils an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind. Ein Halbzellinnenraum ist hierbei durch die einander zugewandten Stapelflächen der Elektrode und der Membran sowie die umlaufende fluiddichte Verbindung der Seitenflächen der Elektrode und der Membran ausgebildet. Durch die fluiddichte Verbindung der Membran mit der Elektrode ist es nicht notwendig, beispielsweise durch die Anordnung von Dichtelementen und den Aufbau einer kraftschlüssigen Verbindung eine Dichtigkeit, insbesondere der Halbzellinnenräume, herzustellen. Auf Dicht elemente, wie beispielsweise Dichtungsringe und deren aufwendige Montage, kann somit verzichtet werden. Eine Abdichtung der Elektrode und der Membran ist somit ohne die Einbeziehung von Zellrahmen in das Dichtkonzept möglich und vorteilhaft. Dafür können die Membran und die Elektrode direkt miteinander fluiddicht verbunden werden. Von den Zellrahmen müssen für die Ausbildung der fluiddichten Verbindung keine Aufgaben übernommen werden. Zellrahmen können, sofern sie überhaupt verwendet werden, lediglich die Aufgabe der Elektrolytzuführung und Elektrolytabführung und/oder die Aufgabe der Ausbildung einer Elektrolyt versorgungsleitung und/oder einer Elektrolytentsorgungs-Ieitung oder die Aufgabe eines Abstandshalters zwischen Membran und Elektrode, übernehmen. Durch die Verringerung der Anforderungen an die Zellrahmen mit der Möglichkeit, vollständig auf Zellrahmen zu verzichten, können die Kosten gesenkt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran jeweils seitlich umlaufend zumindest abschnitts weise fluiddicht verbunden. Zur Abdichtung sind die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Membran beispielsweise an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnittsweise umlaufend fluiddicht verbunden. Weiterhin ist es möglich, eine fluiddichte Verbindung zwischen den Randbereichen der Elektrode sowie der Membran, insbesondere der Randbereiche der einander zugewandten Stapelflächen herzustellen. Die fluiddichte Verbindung kann hierbei beispielsweise stoffschlüssig oder auch kraftschlüssig erfolgen. Insbesondere ist zwischen der Elektrode und der Membran ein Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet. Durch die zumindest abschnittsweise umlaufende fluiddichte Verbindung ist es nicht notwendig, beispielsweise durch Dichtelemente zwischen den Bauteilen eine kraftschlüssige Verbindung aufzubauen, um die Dichtigkeit des Bauelementes zu gewährleisten. Durch die fluiddichte Verbindung der nach außen gewandten Seitenflächen ist auf einfache Art und Weise eine Abdichtung der Halbzellinnenräume einer Redox- Flow-Batterie ermöglicht, ohne dass auf zusätzliche Dichtungselemente zurückgegriffen werden muss.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran jeweils umlaufend mit mindestens einer Seitenplatte zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden. Bei einer Seitenplatte kann es sich um ein flächig ausgebildetes Bauteil handeln. Insbesondere kann die Seitenplatte bei der Verwendung von Membranen und Elektroden mit rechteckiger Grundfläche in etwa die gleiche Breite wie die Seitenflächen der Elektrode und der Membran aufweisen. Bei der Verwendung von Membranen und Elektroden mit runder Grundfläche kann eine Seitenplatte beispielsweise flexibel ausgebildet sein, so dass die Seitenplatte um die Seitenflächen der Membranen und Elektroden herumgelegt werden. Bei rechteckigen Membranen und Elektroden kann jeder Seite der Membranen beziehungsweise Elektroden eine Seitenplatte zugeordnet sein. Um eine fluiddichte Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode herzustellen, können diese beispielsweise an ihren nach außen gewandten Seitenflächen mit mindestens einer Seitenplatte verbunden werden. Zwischen den Seitenflächen der Elektrode und der Membran sowie der Seitenplatte wird eine fluiddichte Verbindung beispielsweise durch eine stoffschlüssige, insbesondere durch eine Klebeverbindung hergestellt. Hierbei ist die von der Seitenplatte aufgespannte Ebene in etwa parallel zu der von den Seitenflächen der Elektrode sowie der Membran aufgespannten Ebenen angeordnet. Weiterhin ist es möglich, eine fluiddichte Verbindung zwischen den Randbereichen der Elektrode sowie der Membran, insbesondere der Randbereiche der einander zugewandten Stapelflächen und einer oder mehrerer Seitenplatten herzustellen. Durch die Verwendung einer Seitenplatte ist eine besonders einfache Art der fluiddichten Verbindung ermöglicht, da diese nach dem Stapelprozess der einzelnen Bauelemente seitlich angebracht werden kann.
In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer fluiddichten Verbindung um eine stoffschlüssige Verbindung. Fluiddichte Verbindungen, beispielsweise zwischen einer Elektrode und einer Membran, insbesondere zwischen den Randbereichen der Stapelflächen und/oder den Seitenflächen einer Elektrode und einer Membran, beziehungsweise den Seitenflächen einer Elektrode, einer Membran und eines Zellrahmens oder auch zwischen einer Elektrode, einer Membran, eines Zellrahmens und einer Seitenplatte, insbesondere zwischen den Seitenflächen und einer Seitenplatte, können stoffschlüssig hergestellt werden. In einer Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Membran direkt fluiddicht miteinander verbunden, durch die fluiddichte Verbindung ist der Halbzellinnenraum zumindest abschnittsweise abgeschlossen und/oder die mindestens eine Elektrode und die mindestens eine Membran sind direkt fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden und der Halbzellinnenraum ist durch die fluiddichten Verbindungen zumindest abschnittsweise fluiddicht abgeschlossen. Die direkte Verbindung von Elektrode und Membran steht im Gegensatz zu einer indirekten Verbindung von Membran und Elektrode unter Einbezug eines Zellrahmens in die Verbindung, d.h. die indirekte Verbindung von Membran und Elektrode erfolgt durch jeweils eine direkte Verbindung der Membran und der Elektrode mit dem gleichen Zellrahmen. Durch die direkte fluiddichte Verbindung der Membran mit der zugeordneten Elektrode ist ein fluiddicht abgeschlossener Halbzellinnenraum ausgebildet. Die fluiddichte Verbindung zwischen Membran und Elektrode kann durch Elektrolytzuleitungen und Elektrolytableitungen unterbrochen sein, um den Elektrolytaustausch mit dem Halbzellinnenraum gewährleisten zu können. Weitere Dichtelemente, wie Gummidichtungen oder ähnliches, sind für die fluiddichte Abdichtung des Halbzellinnenraumes nicht erforderlich. Insbesondere erfüllen Zellrahmen keinerlei den Halbzellinnenraum abdichtende Aufgaben. Die fluiddichte Verbindung zwischen Membran und Elektrode kann also auch erreicht werden, indem gänzlich auf Zellrahmen verzichtet wird. Zellrahmen können dennoch vorgesehen sein und beispielsweise als Abstandshalter zwischen der Membran und der Elektrode zur Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Membran und Elektrode dienen. Zellrahmen können weiterhin verwendet werden um die Verteilung der Elektrolyten im Halbzellinnenraum mittels in den Rahmen befindlicher Kanalstrukturen vorzugeben. Beispielsweise können hierzu die Elektrode und die Membran den Zellrahmen seitlich überlappen, so dass der Zellrahmen seitlich von der fluiddichten Verbindung zwischen Membran und Elektrode umgeben ist. Die fluiddichte Verbindung zwischen Membran und Elektrode kann beispielsweise durch einen Klebstoff erreicht werden, der die Membran direkt mit der Elektrode verbindet. Es sind aber auch andere Prozesse zur Herstellung der fluiddichten Verbindung möglich. Durch die direkte fluiddichte Verbindung ist verhindert, dass ein Elektrolyt von einem Halbzellinnenraum beispielsweise in den benachbarten Halbzellinnenraum gelangen kann. Durch die Abdichtung der Halbzellinnenräume durch die direkte fluiddichte Verbindung von Membranen und Elektroden ist eine sehr kosteneffiziente Methode der Abdichtung geschaffen. Weiterhin kann es vorgesehen sein, dass die Elektroden und Membranen mit seitlich angeordneten Seitenplatten direkt fluiddicht verbunden sind. Hierbei wäre die fluiddichte Abdichtung der Halbzellinnenräume durch die jeweilige direkte fluiddichte Verbindung der Membranen und Elektroden mit den jeweiligen Seitenplatten gegeben. Auch hier sind keinerlei dichtende Anforderungen an die Zellrahmen oder andere Bauteile gestellt. Es können allerdings Zellrahmen, beispielsweise als Abstandshalter oder ähnliches, vorgesehen sein. Hierdurch ergibt sich, dass an die Materialeigenschaften der Zellrahmen geringe Ansprüche gestellt werden, da diese nicht mit anderen Bauteilen zur Herstellung von fluiddichten Verbindungen beispielsweise verklebt werden müssen.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein zumindest abschnittsweiser fluiddichter Halbzellinnenraum zwischen der mindestens einen Elektrode, der mindestens einen Membran und der fluiddichten Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode ausgebildet und/oder mindestens ein zumindest abschnittsweiser fluiddichter Halbzellinnenraum ist zwischen der mindestens einen Membran, der mindestens einen Elektrode und der fluiddichten Verbindungen der Membran und der Elektrode zu mindestens einer Seitenplatte ausgebildet. Fluiddicht abgeschlossene Halbzellinnenräume sind im Zellstack notwendig, damit kein Elektrolyt von einem Halbzellinnenraum in einen benachbarten Halbzellinnenraum gelangt. Die Ausbildung des zumindest abschnittsweise fluiddichten Halbzellinnen- raumes kann somit beispielsweise alleinig durch die Membran, die Elektrode, sowie die direkte fluiddichte Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode erfolgen. Die fluiddichte Verbindung zwischen Membran und Elektrode kann durch Elektrolytzuleitungen und Elektrolytableitungen unterbrochen sein, um den Elektrolytaustausch mit dem Halbzellinnenraum gewährleisten zu können. Weitere Bauteile sind zur Ausbildung des Halbzellinnenraums nicht notwendig. Insbesondere Zellrahmen können beispielsweise als Abstandshalter oder ähnliches im Halbzellinnenraum angeordnet werden, tragen aber nichts zur Dichtwirkung bei. Ebenso ist es möglich, dass ein Halbzellinnenraum zwischen der Elektrode, der Membran, den der Elektrode und der Membran zugeordneten Seitenplatten sowie der direkten fluiddichten Verbindungen der Membran zu den Seitenplatten und der Elektrode zu den Seitenplatten ausgebildet ist. Der fluiddichte Halbzellinnenraum ergibt sich somit alleinig durch diese Bauteile sowie deren fluiddichte Verbindung.
In einer Weiterbildung der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung um eine Klebeverbindung. Stoffschlüssige Verbindungen, beispielsweise zwischen einer Membran und einer Elektrode, insbesondere zwischen den Randbereichen der Stapelflächen und/oder den Seitenflächen einer Elektrode und einer Membran, oder auch zwischen einer Membran, einer Elektrode, einem Zellrahmen und einer Seitenplatte, insbesondere zwischen den Seitenflächen der Bauteile und einer Seitenplatte, können auf einfache Art und Weise durch Klebeverbindungen hergestellt werden. Beispielsweise kann der zu verwendende Klebstoff auf eine Seitenplatte aufgetragen sein und somit kann die fluiddichte Klebeverbindung zwischen der Seitenplatte und den Randbereichen der Elektrode sowie der Membran, insbesondere der Randbereiche der einander zugewandten Stapelflächen und/oder den Seitenflächen der Bauteile auf sehr zeiteffiziente Art und Weise hergestellt werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung um eine Schweißverbindung. Durch Verschweißen können die Bauelemente fluiddicht verbunden werden. Hierdurch sind besonders sichere und präzise fluiddichte Verbindungen zwischen den Bauteilen oder auch zwischen den Bauteilen und den Seitenplatten ermöglicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist mindestens eine Halbzelle mindestens einen Zellrahmen auf und mindestens ein Zellrahmen ist mit mindestens einer Membran und mit mindestens einer Elektrode gestapelt angeordnet. Bei dem Zellrahmen handelt es sich um ein rahmenförmiges Bauteil, das zumindest abschnittsweise einen Hohlraum, insbesondere zur Aufnahme eines Elektrolyten, umgibt. Eine mögliche Anordnung kann somit aus der Abfolge der Elektrode, des Zellrahmens sowie der Membran bestehen. Der typische Aufbau einer Zelle aus zwei Halbzellen wäre beispielsweise eine Elektrode gefolgt von einem mit einem ersten Elektrolyten gefüllten Zellrahmen, einer Membran, an die sich ein zweiter Zellrahmen mit einem zweiten Elektrolyten anschließt gefolgt von einer weiteren Elektrode. Die fluiddichte Abdichtung der Halbzelle kann durch die fluiddichte Verbindung der Elektrode und der Membran gewährleistet sein, so dass der Zellrahmen als Abstandhalter zwischen der Membran und der Elektrode dient sowie die Aufgabe der Elektrolytzuführung und Elektrolytabführung gewährleistet. Die Grundfläche der Membran und die Grundfläche der Elektrode, also die Stapelflächen, können die Grundfläche des Zellrahmens seitlich überragen. Im Gegensatz zum Stand der Technik übernimmt der Zellrahmen nicht die Eigenschaft, dass er Bestandteil des Dichtkonzeptes ist, insbesondere ist der Zellrahmen nicht in der fluiddichten Verbindung zwischen Elektrode und Membran integriert. In einer Ausführungsform kann der Zellrahmen seitliche Überstände aufweisen, die über die Grundflächen der Membran und der Elektrode herausragen. In der gestapelten Abfolge der Membran, des Zellrahmens und der Elektrode können die seitlichen Überstände über die Ränder der Membranen und der Elektroden herausragen. In den seitlichen Überständen können Leitungsstrukturen ausgebildet sein, durch die die Elektrolytzuführung und die Elektrolytabführung für den Halbzellinnenraum ausgebildet sein können. Die fluiddichte Verbindung des Halbzellinnenraums ist somit abschnittsweise durch die direkte fluiddichte Verbindung der Seitenbereiche der Membranen und der Elektroden ausgebildet. In den Bereichen, in denen der seitliche Überstand der Zellrahmen mit den Elektrolytzuführungen bzw. Elektrolytabführungen die Randbereiche der Membranen und der Elektroden überragt, ist keine direkte fluiddichte Verbindung der Membran und der Elektrode gegeben und für die korrekte Funktionsweise auch nicht benötigt. Jeder Zellrahmen weist zwei Überstände auf, einen für die Elektrolytzuführung und einen für die Elektrolytabführung. Die Überstände der Zellrahmen zweier benachbarter Halbzellen sind versetzt zueinander angeordnet, so dass beispielsweise die Überstände mit Elektrolytzuführungen jeder zweiten Halbzelle in einem Zellstack in einer Draufsicht im Wesentlichen deckungsgleich angeordnet sind. Über die in einer gestapelten Anordnung, also in einem Zellstack, übereinander angeordneten seitlichen Überstände der Rahmenelemente ist ein Elektrolytleitungselement angeordnet. Über ein Elektrolytleitungselement werden die Elektrolytzuführungen mehrere Halbzellen gleicher Polarität mit Elektrolyt versorgt. Entsprechend wird über ein weiteres Elektrolytleitungselement, welches die Elektrolytabführungen mehrere Halbzellen gleicher Polarität zusammenfasst, der Elektrolyt abgeführt. Die Elektrolytleitungselemente können jeweils über die Elektrolytzuführung bzw. die Elektrolytabführungen aller Halbzellen eines Stapels angeordnet sein oder nur über einer gewisse Anzahl von Halbzellen zur Reduktion von Kurzschlussströmen. Die Elektrolytleitungselemente können im Wesentlichen gehäuseförmig ausgebildet sein und über die seitlichen Vorsprünge der Zellrahmen gestülpt werden. An den Rändern der Elektrolytleitungselemente werden diese mit den fluiddichten Verbindungen der Membranen und Elektroden angedichtet. Somit kann der Elektrolyt nicht aus dem Elektrolytleitungselement austreten.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens eine Elektrode, mindestens eine Membran und mindestens ein Zellrahmen jeweils seitlich an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden. In einer möglichen Schichtabfolge können eine Membran, ein Zellrahmen und eine Elektrode gestapelt angeordnet sein, wobei die Elektrode, der Zellrahmen und die Membran an ihren Seitenflächen fluiddicht verbunden werden können. Durch die Verbindung der nach außen gewandten Seitenflächen ist ein fluiddichter Abschluss einer Halbzelle, insbesondere des Halbzellinnenraumes, beziehungsweise eines ganzen Zellstapels bei mehreren aufeinander folgenden Bauelementen erreicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung sind mindestens eine Elektrode, mindestens eine Membran und mindestens ein Zellrahmen jeweils seitlich an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche mit mindestens einer Seitenplatte zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden. Die Bauteil abfolge einer Halbzelle, beispielsweise bestehend aus einer Elektrode, einem Zellrahmen und einer Membran, wobei eine Elektrode und eine Membran zwei Halbzellen zugeordnet sein kann, kann durch das Anbringen einer Seitenplatte fluiddicht miteinander verbunden sein. Hierbei sind die übereinander gestapelten Elektroden, Zellrahmen und Membranen an den nach außen gewandten Seitenflächen fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden. Insbesondere können die Membranen, die Elektroden sowie die Zellrahmen eines Zellstapels seitlich mit ihren vier Seitenflächen jeweils mit einer Seitenplatte fluiddicht verbunden sein. Beispielsweise kann hierbei eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einer Seitenplatte und den gestapelt angeordneten Bauteilen, also den Membranen, den Zellrahmen und den Elektroden, hergestellt werden. Durch die Verwendung von Seitenplatten, insbesondere an den vier Seitenflächen der Bauteile, ist auf einfache Art und Weise eine zeiteffiziente fluiddichte Verbindung der Bauteile geschaffen.
In einer Ausführungsform der Erfindung sind mindestens eine Elektrode, mindestens ein Zellrahmen und mindestens eine Membran jeweils seitlich an vier Seitenflächen seitlich mit jeweils einer Seitenplatte zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden. Mindestens eine Elektrode, mindestens ein Zellrahmen und mindestens eine Membran mit rechteckiger Grundfläche der gestapelten Bauteile eines Zellstapels, vorzugsweise alle Bauteile eines Zellstapels, sind seitlich an ihren vier Seitenflächen, die jeweils die viereckige Stapelfläche begrenzen, mit einer Seitenplatte fluiddicht verbunden. Ein Zellstapel kann somit vier Seitenplatten aufweisen, wobei zwei benachbart angeordnete Seitenplatten zusammen einen Winkel von etwa 90° aufspannen können. Durch vier Seitenplatten, die mit den Seitenflächen der Bauelemente verbunden sind, kann somit eine vollständige fluiddichte Abdichtung des Zellstapels erfolgen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens einem Halbzellinnenraum mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolyt abführung zugeordnet und mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolytabführung ist durch mindestens eine Öffnung in mindestens einer zwischen mindestens einer Membran und mindestens einer Elektrode ausgebildeten fluiddichten Verbindung ausgebildet. Zellen können aus zwei Halbzellen bestehen, wobei jede Halbzelle einen Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist. Um einen Durchfluss des Elektrolyten durch den Halbzellinnenraum zu gewährleisten, weist eine Halbzelle eine Elektrolytzuführung und eine Elektrolytabführung auf. Die Elektrolytzuführungen beziehungsweise Elektrolytabführungen können mit Elektrolytleitungen verbunden sein, die zu einem Elektrolytvorrat, also einem Elektrolytreservoir führen. Zwischen einer Membran und einer Elektrode, beispielsweise zwischen den Randbereichen der einander zugewandten Stapelflächen der Membran und der Elektrode, ist eine den Halbzellinnenraum umlaufende zumindest abschnittsweise fluiddichte Verbindung ausgebildet. Insbesondere kann beispielsweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode hergestellt sein und somit ein Halbzellinnen raum zwischen der Membran und der Elektrode ausgebildet sein. Die Elektrolytzuführungen und die Elektrolytabführungen können insbesondere durch Öffnungen oder Hohlräume in der fluiddichten Verbindung der Membranen und der Elektroden ausgebildet sein. Durch die Hohlräume können die Elektrolytzuführung beziehungsweise die Elektrolytabführung zu dem Halbzellinnenraum gewährleistet sein. Somit ist auf besonders einfache Art und Weise eine Elektrolytversorgung der Halbzellinnenräume der Halbzellen ermöglicht. Beispielsweise kann die fluiddichte Verbindung durch eine Klebeverbindung ausgebildet sein. Hierbei können die Elektrolyt zuführungen und Elektrolytabführungen durch Hohlräume in dem Klebematerialvolumen ausgebildet sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist eine Halbzelle mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder eine Elektrolytabführung auf und mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens Elektrolytabführung ist jeweils zumindest abschnittsweise durch mindestens einen Hohlraum in einem Zellrahmen und eine seitlich in einem Zellrahmen angeordnete Durchlass öffnung ausgebildet. Die Zellrahmen einer Halbzelle können den Halbzellinnenraum der Halbzelle, in den das Elektrolyt aufgenommen wird, zumindest abschnittsweise ausbilden, wobei die fluiddichte Abdichtung der Halbzelleninnenräume durch die fluiddichte Verbindung der Membran mit der Elektrode erfolgen kann. Um eine Zirkulation des Elektrolyts zu ermöglichen, weist ein Zellrahmen seitliche Durchlassöffnungen auf, die durch einen Hohlraum im Zellrahmen mit dem Innenraum des Zellrahmens, dem Halbzellinnenraum, verbunden sind. Durch die Hohlräume in den Zellrahmen und die Durchlassöffnungen kann Elektrolyt durch die Halbzellinnenräume geleitet werden. Die Durchlassöffnungen und die Hohlräume in den Zellrahmen sind hierbei so ausgerichtet, dass ein Fluidstrom durch die Hohlräume in den Zellrahmen und die Öffnungen der fluiddichten Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode ermöglicht ist. Somit kann ein Elektrolyt durch die Öffnung in der fluiddichten Verbindung und den Hohlraum im Zellrahmen in den Halbzellinnenraum gelangen.
In einer Weiterbildung der Erfindung verengt sich der Hohlraum von der Breite des Halbzellinnenraumes ausgehend in Richtung der seitlichen Durchlass öffnung. Ein Zellrahmen einer Halbzelle kann rahmenförmig aufgebaut sein und einen Halbzellinnenraum abschnittsweise umgeben. Insbesondere ist der Halbzellinnenraum abschnittsweise durch die Innenseiten des Zellrahmens, also die nach innen gewandten Seitenflächen des Rahmens, begrenzt. Von der Breite des Halbzellinnenraumes in Richtung der an den äußeren Seitenflächen angeordneten Durchlassöffnungen verengt sich der Hohlraum, durch den die Elektrolytzuführungen beziehungsweise Elektrolytabführungen abschnittsweise ausgebildet sind. Insbesondere können die Hohlräume eines Zellrahmens, von dem einer die Elektrolytzuführung abschnittsweise ausbildet und einer die Elektrolytabführung abschnittsweise ausbildet, in zueinander parallel angeordneten Rahmenabschnitten des Zellrahmens angeordnet sein. Die Hohlräume der Elektrolytzuführung und der Elektrolytabführung verengen sich jeweils in Richtung der nach außen gerichteten Seitenflächen. Die Hohlräume sind somit zumindest abschnittsweise trichterförmig ausgebildet, wobei die Trichteröffnungen einander zugewandt angeordnet sind. Durch die Aufweitung beziehungsweise Verengung der Hohlräume von den Durchlass öffnungen ausgehend, ist eine effiziente Durchströmung des Halbzellinnen raumes mit dem Elektrolyt ermöglicht.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist mindestens eine Halbzelle mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolyt abführung auf, ein Zellrahmen ist durch mindestens zwei Zellrahmenelemente ausgebildet und mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolytabführung ist zumindest abschnittsweise durch mindestens einen Freiraum zwischen mindestens zwei Zellrahmenelementen ausgebildet. Ein Zellrahmen einer Halbzelle kann durch Zellrahmenelemente ausgebildet sein. Somit kann ein Zellrahmen insbesondere zweiteilig ausgebildet sein. Hierbei kann ein Zellrahmenelement mindestens einen Rahmenschenkel und mindestens einen im rechten Winkel dazu angeordneten Schenkelabschnitt aufweisen. Beispielsweise kann ein Zellrahmenelement L-förmig ausgebildet sein, wobei zwischen einem Rahmenschenkel und einem Rahmenschenkel abschnitt ein rechter Winkel aufgespannt ist. Zwei derartige Zellrahmen elemente können zur Ausbildung eines Zellrahmens beispielsweise so angeordnet werden, dass jeweils die Rahmenschenkel zueinander parallel angeordnet sind und die Schenkelabschnitte parallel zueinander angeordnet sind, so dass sich beispielsweise eine rechteckige Form des Zellrahmens ergeben kann. Zwischen jeweils einem Schenkelabschnitt des einen Zellrahmenelementes und einem Rahmenschenkel des anderen Zellrahmen elementes kann ein Freiraum bestehen, so dass sich die Zellrahmenelemente nicht berühren. Durch den Freiraum zwischen den Zellrahmenelementen kann abschnittsweise eine Elektrolytzuführung beziehungsweise eine Elektrolyt abführung ausgebildet sein. Durch den Freiraum zwischen den Zellrahmen elementen kann also ein Elektrolyt in den Flalbzellinnenraum eingeleitet und wieder ausgeleitet werden. Hierbei sind die Freiräume so ausgerichtet, dass ein Elektrolytstrom durch die Öffnung in der fluiddichten Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode in den Flalbzellinnenraum möglich ist. Die Schenkelabschnitte können so ausgebildet sein, dass der Freiraum zwischen den Zellrahmenelementen abschnitts-weise trichterförmig ausgebildet ist, so dass sich die durch den Freiraum ausgebildete Elektrolytzuführung beziehungsweise Elektrolytabführung in Richtung des Flalbzellinnenraumes aufweitet. Durch die Ausbildung der Elektrolytzuführungen beziehungsweise Elektrolytabführungen durch einen Freiraum zwischen den Zellrahmen elementen ist auf besonders einfache Art und Weise die Zirkulation eines Elektrolyten durch den Flalbzellinnenraum ermöglicht.
In einer Weiterbildung der Erfindung weist mindestens eine Halbzelle mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolyt abführung auf und mindestens eine Elektrolytabführung und mindestens eine Elektrolytzuführung ist durch mindestens eine Durchlassöffnung in mindestens einer Seitenplatte ausgebildet. Eine Halbzelle weist vorzugsweise eine Elektrolytzuführung und eine Elektrolytabführung auf. Durch die Elektrolyt zuführung und die Elektrolytabführung ist eine Zirkulation des Elektrolyts durch den Flalbzellinnenraum der Halbzelle ermöglicht. Die Membranen und Elektroden einer Halbzelle beziehungsweise einer Zelle können seitlich an ihren nach außen gewandten Seitenflächen mit einer Seitenplatte verbunden sein. Um eine Elektrolytzuführung beziehungsweise Elektrolytabführung zu gewährleisten kann die Seitenplatte Durchlassöffnungen aufweisen, durch die das Elektrolyt in den Halbzellinnenraum gelangen kann. Beispielsweise können die Durchlassöffnungen der Seitenplatten mit Zuführungsleitungen beziehungsweise Abführungsleitungen für das Elektrolyt verbunden sein.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Elektrolytzuführung mit mindestens einer Elektrolytzuführungsleitung und mindestens eine Elektrolytabführung mit mindestens einer Elektrolytabführungsleitung verbunden und mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung und/oder mindestens eine Elektrolytabführungsleitung verläuft außerhalb der Stapel flächen der Elektrode und/oder der Stapelfläche der Membran und/oder der Stapelflächen der Zellrahmen. Vorzugsweise weist jede Halbzelle eine Elektrolytzuführung und eine Elektrolytabführung auf, um ein Durchleiten des Elektrolyten durch den Halbzellinnenraum zu ermöglichen. Die Elektrolyt zuführungen der Halbzellen sind mit Elektrolytzuführungsleitungen verbunden, die Elektrolytabführungen der Halbzellen sind mit Elektrolytabführungs leitungen verbunden. Durch die Elektrolytzuführungsleitungen und Elektrolyt abführungsleitungen sind die Halbzellinnenräume über die Elektrolyt zuführungen und Elektrolytabführungen jeweils mit einem Elektrolytreservoir verbunden. Es ist möglich, die Ausbildung von Elektrolytversorgungsleitungen und/oder Entsorgungsleitungen außerhalb der Zellrahmen zu realisieren und damit die Ansprüche an die Zellrahmen weiter zu senken und den Prozess der Herstellung der fluiddichten Verbindungen zu vereinfachen. Die Elektrolyt zuführungsleitungen beziehungsweise Elektrolytabführungsleitungen sind so angeordnet, dass sie außerhalb der Stapelflächen der Membran und/oder der Elektrode und/oder des Zellrahmens verlaufen. Die Elektrolytleitungen schneiden also nicht die senkrecht zu den Stapelflächen verlaufenden äußeren Seitenflächen der Membran, der Elektrode oder des Zellrahmens beziehungsweise die von den Seitenflächen aufgespannnte Ebene. Beispielsweise kann es sich bei den Elektrolytzuführungsleitungen und Elektrolytabführungsleitungen um Schlauchleitungen handeln, die außerhalb der Stapelflächen angeordneten sein können. Durch die Anordnung der Zu- und Abführungsleitungen außerhalb der Stapelflächen ist ein besonders einfacher Aufbau einer Redox-Flow-Batterie und somit eine besonders einfache Montage ermöglicht, da die Ausbildung der Elektrolytzuführungs leitung und Elektrolytabführungsleitung nicht durch die gestapelten Zellrahmen erfolgt. Somit können die Elektrolytzuführungsleitung und Elektrolytabführungsleitung zeitlich und funktionell separiert von der Ausbildung der fluiddichten Verbindung zwischen Membran und Elektrode ausgebildet werden
In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens eine Elektrolytzuführungs leitung und/oder mindestens eine Elektrolytabführungsleitung durch jeweils mindestens einen Hohlraum in mindestens einer Seitenplatte ausgebildet. Die Membranen und Elektroden einer Zelle, beziehungsweise die Membranen, die Elektroden und die Zellrahmen einer Zelle können umlaufend, beispielsweise seitlich, an ihren nach außen weisenden Seitenflächen mit einer Seitenplatte fluiddicht verbunden sein. Um eine Fluidströmung zwischen den Halbzell- innenräumen zu ermöglichen, können Elektrolytzuführungsleitungen und/oder Elektrolytabführungsleitungen, die die Elektrolytzuführungen und Elektrolyt abführungen der Halbzelle miteinander verbinden, durch Hohlräume in den Seitenplatten ausgebildet sein. Insbesondere können die Seitenplatten hierbei jeweils zum Anschluss an die Elektrolytzuführung und Elektrolytabführung positionierte innere Kanäle aufweisen, so dass eine fluiddichte Verbindung nach außen gegeben ist. Weiterhin können die Seitenplatten an ihren nach innen gewandten Seitenflächen, also an den mit den Seitenflächen der Membranen und Elektroden verbundenen Seitenflächen offene Kanäle, insbesondere Nuten, Taschen oder ähnliches, aufweisen, die als Zuführungs leitungen und Abführungsleitungen dienen können. In diesem Fall sind die Zu- und Abführungsleitungen abschnittsweise durch die Seitenplatten und abschnittsweise durch die Seitenflächen der Membranen und Elektroden ausgebildet. Durch die Ausbildung der Elektrolytzuführungsleitungen und Elektrolytabführungsleitungen durch die Seitenplatten ist eine sehr zeiteffiziente und kostengünstige Montage der Elektrolytzuführungsleitungen und Elektrolytabführungsleitungen ermöglicht.
In einer Ausführung der Erfindung ist mindestens eine Elektrolyt zuführungsleitung und/oder mindestens eine Elektrolytabführungsleitung außerhalb der Seitenplatten angeordnet. Die Elektrolytzuführungen und Elektrolytabführungen können durch Durchlassöffnungen in den Seitenplatten ausgebildet sein. Die Durchlassöffnungen in den Seitenplatten können beispielsweise durch Schlauchleitungen verbunden werden, so dass hierdurch eine besonders einfache Montage der Elektrolytzuführungen und Elektrolyt abführungen gegeben ist.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist mindestens ein Zellrahmen mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolyt abführung auf und mindestens ein Zellrahmen bildet mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung und/oder mindestens eine Elektrolytabführungs leitung zumindest abschnittsweise aus und die mindestens eine Elektrolyt zuführung und/oder die mindestens eine Elektrolytabführung ist fluiddicht mit der Elektrolytzuführungsleitung und/oder mit der Elektrolytabführungsleitung verbunden. Der Halbzellinnenraum einer Halbzelle kann abschnittsweise von den Innenseiten eines Zellrahmens ausgebildet sein, wobei der Halbzell innenraum nach oben und unten durch eine Membran und eine Elektrode abgeschlossen ist. Um eine Versorgung des Halbzellinnenraumes mit einem Elektrolyt zu ermöglichen, weist der Zellrahmen mindestens eine Elektrolyt zuführung und/oder eine Elektrolytabführung auf. Die Elektrolytzuführungen und Elektrolytabführungen können durch Öffnungen, insbesondere an der Innenseite, also der dem Halbzellinnenraum zugewandten Seite der Zellrahmenelemente ausgebildet sein. Mit den Elektrolytzuführungen und Elektrolytabführungen sind jeweils Elektrolytzuführungs- und Elektrolytabführungsleitungen verbunden. Die Elektrolytführungsleitungen können durch Hohlräume in dem Zellrahmen ausgebildet sein. Insbesondere können die Elektrolytführungsleitungen durch Hohlräume, insbesondere durch geschlossene Kanäle, ausgebildet sein, die sich senkrecht zur Stapelfläche des Zellrahmenelementes erstrecken. Da die Membranen und Elektroden den Zellrahmen seitlich überragen und die fluiddichte Abdichtung der Halbzell- innenräume über die Verbindung der Membranen und Elektroden untereinander erfolgt, sind zur Ausbildung der Elektrolytleitungen entsprechende Öffnungen in den Membranen und Elektroden vorgesehen. Durch die gestapelte Anordnung der Rahmenelemente, der Membranen und der Elektroden sowie die deckungsgleiche Anordnung der für die Elektrolyt führungsleitungen vorgesehenen Öffnungen kann eine sich über einen gesamten Zellstack erstreckende Elektrolytführungsleitung ausgebildet werden. Die fluiddichte Verbindung der Membran und der Elektrode kann hierbei beispielsweise durch eine umlaufende fluiddichte Verbindung an den Seitenflächen der Membran und der Elektrode erfolgen. Weiterhin kann auch die fluiddichte Verbindung der Seitenflächen zu Seitenplatten vorgesehen sein, so dass ein aus den Bauelementen zusammengesetzter Zellstack nach außen hin fluiddicht abgeschlossen ist. Zwischen den Öffnungen in den Zellrahmen, Membranen und Elektroden müssen ebenfalls fluiddichte Verbindungen hergestellt werden, so dass eine abgedichtete Elektrolyt führungsleitung ausgebildet wird. Diese Abdichtung kann beispielsweise mit O-Ringen oder ähnlichen Dichtungsmaterialien erfolgen.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauelementes, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle mindestens einen Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran zugeordnet ist und wobei die Elektroden und mindestens eine Membran gestapelt angeordnet werden, bei dem erfindungs wesentlich vorgesehen ist, dass mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran fluiddicht verbunden werden. Zur Herstellung eines Bauelementes für eine Redox-Flow-Batterie, insbesondere zur Herstellung eines Zellstapels einer Redox-Flow-Batterie werden Elektroden und Membranen zu Halbzellen gestapelt. Jede Halbzelle weist einen Halbzell- innenraum auf, der zumindest abschnittsweise zwischen einer Elektrode und einer Membran ausgebildet sein kann. Zur Herstellung eines Zellstapels werden Elektroden und Membranen gestapelt angeordnet und die Elektroden und Membranen werden zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden. Durch die fluiddichte Verbindung der Elektroden sowie der Membranen, insbesondere in den Randbereichen der Elektroden und Membranen kann ein Halbzellinnenraum ausgebildet werden. Insbesondere ist hierbei ein Halbzellinnenraum zumindest abschnittsweise durch die einander zugewandten Stapelflächen der Elektrode und der Membran sowie durch die fluiddichte Verbindung zwischen der Membran und der Elektrode ausgebildet. Die fluiddichte Verbindung kann beispielsweise zwischen den Randbereichen der einander zugewandten Stapelflächen hergestellt werden. Insbesondere kann die fluiddichte Verbindung parallel zu den Randbereichen der Stapelflächen angeordnet werden, so dass durch die einander zugewandten Stapelflächen und die umlaufende fluiddichte Verbindung ein Halbzell innenraum ausgebildet wird. Weiterhin ist es möglich, dass die fluiddichte Verbindung zwischen den nach außen gewandten Seitenflächen der Membran und der Elektrode ausgebildet ist. Die Ausbildung einer fluiddichten Verbindung kann zwischen allen Membranen und Elektroden eines Zellstapels in einem Zusammenhängen Schritt nach dem Stapeln der Elemente eines Zellstapels erfolgen. Es ist also nicht nötig, zwischen jedem Stapelschritt ein Dichtelement einzulegen und/oder einen Fügevorgang (zum Beispiel Verschweißen) durchzuführen. Durch die Erfindung kann somit die Herstellung von Zellstapeln einfacher und schneller und somit kostengünstiger erfolgen.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran jeweils seitlich umlaufend zumindest abschnitts weise fluiddicht miteinander verbunden. Die Elektroden und die Membranen sind im Wesentlichen flächig ausgebildet und weisen Stapelflächen sowie seitlich umlaufende, die Stapelflächen begrenzende Seitenflächen auf. Die Stapelflächen zweier in einem Zellstapel übereinander, also benachbart angeordneter Membranen und Elektroden, sind einander zugewandt angeordnet, während die Seitenflächen nach außen gewandt ausgerichtet sind. Die Seitenflächen werden vorzugsweise so ausgerichtet, dass die Seitenflächen der Membranen und Elektroden in einer Ebene liegen. Damit zwischen einer Elektrode und einer Membran ein Halbzellinnenraum ausgebildet werden kann, können die Membran und die Elektrode beispielsweise an ihren nach außen gewandten Seitenflächen fluiddicht miteinander verbunden werden. Weiterhin ist es möglich, eine fluiddichte Verbindung zwischen den Randbereichen der Elektrode sowie der Membran, insbesondere der Randbereiche der einander zugewandten Stapelflächen herzustellen. Die fluiddichte Verbindung kann hierbei beispielsweise stoffschlüssig erfolgen. Durch die fluiddichte Verbindung einer Membran und einer Elektrode kann auf einfache Art und Weise ein abgedichteter Halbzellinnenraum zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet sein, ohne dass hierfür extra vorgesehene Bauelemente notwendig sind.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mindestens eine Elektrode und mindestens eine Membran jeweils umlaufend zumindest abschnittsweise fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden. Die Elektroden und Membranen werden mit mindestens einer Seitenplatte fluiddicht verbunden. Insbesondere werden die Elektroden und Membranen seitlich an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnittsweise fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden. Beispielsweise werden bei Elektroden und Membranen mit rechteckiger Grundfläche die vier nach außen weisenden Seitenflächen der Elektroden und der Membranen jeweils mit einer Seitenplatte verbunden, so dass ein Zellstapel von vier seitlich angebrachten Seitenplatten fluiddicht abgeschlossen ist. Weiterhin können die Membran und die Elektrode an ihren Stapelflächen, insbesondere an den einander zugewandten Stapelflächen fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden werden. Hierbei können die Randbereiche der einander zugewandten Seiten der Stapelflächen fluiddicht, beispielsweise stoffschlüssig mit der Seitenplatte verbunden werden. Durch die fluiddichte Verbindung einer Membran, einer Elektrode und den Seitenplatten ist auf einfache Art und Weise die Ausbildung eines Halbzellinnenraumes zur Aufnahme eines Elektrolyten ermöglicht.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weist mindestens ein Halbzellinnen- raum mindestens eine Elektrolytzuführung und/oder mindestens eine Elektrolytzuführung auf und mindestens eine Elektrolytabführung und/oder mindestens eine Elektrolytabführung wird durch mindestens eine Öffnung in mindestens einer zwischen einer mindestens einer Membran und mindestens einer Elektrode ausgebildeten fluiddichten Verbindung ausgebildet. Zur Ausbildung eines Halbzellinnenraumes sind eine Elektrode und eine Membran umlaufend fluiddicht miteinander verbunden. Zwischen den Stapelflächen der Elektrode, der Membran sowie der fluiddichten Verbindung ist somit der Halbzellinnenraum zur Aufnahme des Elektrolyten ausgebildet. Um eine Zuführung und Abführung des Elektrolyten in und aus dem Halbzellinnenraum zu ermöglichen, wird in die fluiddichte Verbindung eine Elektrolytzuführung und/oder eine Elektrolytabführung, insbesondere in Form eines Hohlraumes, eingebracht. Beispielsweise kann die Elektrolytzuführung oder die Elektrolyt abführung durch ein spanendes Verfahren, beispielsweise durch Bohren, Fräsen oder ähnliches in die fluiddichte Verbindung eingebracht werden. Bei einer Herstellung der fluiddichten Verbindung durch ein Klebematerial können auch Platzhalter vor dem Aufbringen des Klebematerials an den Positionen angeordnet werden, an denen sich später die Hohlräume zur Ausbildung der Elektrolytzuführung und/oder der Elektrolytabführung befinden sollen. Die Platzhalter können zum Freigeben des Hohlraumes entfernt werden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens weist jede Halbzelle mindestens einen Zellrahmen auf, mindestens ein Halbzellinnenraum ist zumindest abschnitts weise durch mindestens einen Zellrahmen ausgebildet und mindestens ein Zellrahmen, mindestens eine Membran und mindestens eine Elektrode werden gestapelt angeordnet. Die Zellinnenräume der Halbzellen eines Zellstapels können abschnittsweise durch Zellrahmen sowie die Stapelflächen der Membran und der Elektrode ausgebildet sein. Insbesondere können zur Herstellung einer Halbzelle eine Elektrode, ein Zellrahmen und eine Membran gestapelt angeordnet werden, wobei die fluiddichte Abdichtung eines Halbzellinnenraumes durch die fluiddichte Verbindung der Elektrode und der Membran erfolgen kann.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mindestens eine Elektrode, mindestens eine Membran und mindestens ein Zellrahmen jeweils seitlich an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnitts weise fluiddicht verbunden. Zur Herstellung einer fluiddichten Abdichtung des Halbzellinnenraumes werden eine Elektrode, eine Membran und ein Zellrahmen an ihren seitlich nach außen gewandten Seitenflächen fluiddicht verbunden.
In einer Weiterbildung des Verfahrens werden mindestens eine Elektrode, mindestens eine Membran und mindestens ein Zellrahmen jeweils seitlich an mindestens einer nach außen gewandten Seitenfläche zumindest abschnitts weise fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden. Die Elektroden, die Membranen und die Zellrahmen eines Zellstapels können seitlich mit ihren nach außen gewandten Seitenflächen fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte verbunden werden. Vorzugsweise werden bei Membranen und Elektroden mit rechteckigen Grundflächen den jeweils vier Seitenflächen jeweils eine Seitenplatte zugeordnet, so dass ein Zellstapel seitlich von vier Seitenplatten umgeben ist. Durch die Verbindung der Bauteile mittels Seitenplatten ist eine sehr kosten- und zeiteffiziente Möglichkeit einer fluid dichten Verbindung geschaffen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens eine fluiddichte Verbindung durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt. Durch die Nutzung einer stoffschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise Verschweißen oder Verkleben, kann eine sichere und schnell herzustellende fluiddichte Verbindung gewährleistet sein.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird mindestens eine fluiddichte Verbindung durch eine Klebeverbindung hergestellt. Eine fluiddichte Verbindung der Membranen mit den Elektroden beziehungsweise eine Verbindung der Bauteile mit einer Seitenplatte kann auf einfache Art und Weise durch eine Klebeverbindung erfolgen. Insbesondere bei der Verwendung von Seitenplatten ist eine Verbindung mit den Seitenflächen der Bauteile des Zellstapels durch das Aufträgen eines Klebematerials auf die Innenseiten der Seitenflächen ausführbar.
In einer Weiterbildung der Erfindung wird mindestens eine fluiddichte Verbindung durch eine Schweißverbindung hergestellt. Zum Herstellen einer fluiddichten Verbindung, beispielsweise der Seitenflächen der Membranen und der Elektroden, können Schweißverbindungen eingesetzt werden. Durch die Herstellung von fluiddichten Verbindungen durch Schweißverbindungen sind besonders sichere und präzise auszuführende Verbindungen möglich.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden die gestapelten Zellrahmen und/oder Membranen und/oder Elektroden seitlich deckungsgleich mechanisch abgetragen. Nach dem Stapeln der für einen Zellstapel benötigten Bauteile können diese seitlich mechanisch abgetragen werden, um eine möglichst plane, deckungsgleiche Seitenfläche zu erzeugen. Durch das mechanische Abtragen, beispielsweise durch spanende Verfahren, sind besonders präzise und einfach auszuführende Verbindungen der Seiten flächen der Bauteile ermöglicht.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels weiter erläutert. Im Einzelnen zeigen die schematischen Darstellungen in: Fig. 1 : einen Zellstapel aus Membranen und Elektroden, die fluiddicht miteinander verbunden sind;
Fig. 2: einen Zellstapel mit Öffnungen in den fluiddichten Verbindungen;
Fig. 3: einen Zellstapel aus erfindungsgemäßen Bauelementen in einer geschnittenen Darstellung;
Fig. 4: einen Zellstapel mit durch die Seitenplatten ausgebildeten
Elektrolytleitungen;
Fig. 5: einen Zellrahmen in einer geschnittenen Darstellung.
Fig. 6a: Membran und Elektrode mit einer fluiddichten Verbindung zwischen den Stapelflächen;
Fig. 6b: Membran und Elektrode mit einer fluiddichten Verbindung zwischen den Seitenflächen;
Fig. 6c: Membran und Elektrode mit fluiddichter Verbindung der
Seitenflächen zu Seitenplatten;
Fig. 6d: Elektrode und Membran mit fluiddichter Verbindung der
Stapelflächen zu Seitenplatten, und
Fig. 7: einen zwischen einer Membran und einer Elektrode angeordneten Zellrahmen mit seitlichen Überständen.
In Figur 1 ist ein Zellstapel 1 bestehend aus Elektroden 2 und Membranen 3 im Querschnitt dargestellt. Eine Elektrode 2 und eine Membran 3 sind zu einer
Halbzelle 5 gestapelt, wobei eine Membran 3 und eine Elektrode 2 jeweils zwei Flalbzellen 5 zugeordnet sind. Die Flalbzellen 5 weisen jeweils einen Halbzellinnenraum 6 auf, wobei ein Halbzellinnenraum 6 durch die Membran 3 und die Elektrode 2 umgeben ist. Ein Halbzellinnenraum 6 ist zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet. Die Elektroden 2 und die Membranen 3 sind fluiddicht miteinander verbunden. Durch die fluiddichte Verbindung 14 der Elektroden 2 und der Membranen 3, ergibt sich ein in sich fluiddichter Aufbau des Zellstapels 1 , wobei kein Elektrolyt unbeabsichtigt von einer Halbzelle 5 in eine andere Halbzelle 5 gelangen kann. Um eine Elektrolytzirkulation zu ermöglichen sind Elektrolytzuführungen 8 und Elektrolytabführungen 9 vorgesehen, so dass ein Elektrolyt durch die Halbzellinnenräume 6 geleitet werden kann. Entsprechend sind Durchlassöffnungen 10 in den fluiddichten Verbindungen 14 zwischen den Elektroden 2 und den Membranen 3 ausgebildet, durch die das Elektrolyt hindurchtreten kann. An die Durchlass öffnungen 10 können beispielsweise Elektrolytzuführungsleitungen und Elektrolytabführungsleitungen angeschlossen werden.
In Figur 2 ist ein Zellstapel 1 bestehend aus Elektroden 2 und Membranen 3, die untereinander durch fluiddichte Verbindungen 14 miteinander verbunden sind, in einer Schnittansicht dargestellt. In den fluiddichten Verbindungen 14 sind Durchlassöffnungen 10 angeordnet, durch die eine Elektrolytzirkulation durch die Halbzellinnenräume 6 ermöglicht ist.
In Figur 3 ist ein Zellstapel 1 mit Elektroden 2, Membranen 3 und Zellrahmen 4 im Querschnitt dargestellt. Eine Elektrode 2, eine Membran 3 und ein Zellrahmen 4 sind zu einer Halbzelle 5 gestapelt, wobei einer Membran 3 und einer Elektrode 2 jeweils zwei Halbzellen 5 zugeordnet sind. Die Halbzellen 5 weisen jeweils einen Halbzellinnenraum 6 auf, wobei ein Halbzellinnenraum 6 durch die Zellrahmen 4, die Membran 3 und die Elektrode 2 umgeben ist. Ein Halbzellinnenraum 6 ist zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet. Die nach außen gewandten Seitenflächen 15 der Elektroden 2, die Seitenflächen 16 der Membranen 3 und die Seitenflächen 17 der Zellrahmen 4 sind mit Seitenplatten 7 mit einer fluiddichten Verbindung 14 verbunden. Durch die fluiddichte Verbindung 14 der Seitenplatte 7 mit den Bauteilen des Zellstapels 1 , also mit den Elektroden 2, den Membranen 3 und den Zellrahmen 4, ergibt sich ein in sich fluiddichter Aufbau des Zellstapels 1 , wobei kein Elektrolyt unbeabsichtigt von einer Halbzelle 5 in eine andere Halbzelle 5 gelangen kann. Um eine Elektrolytzirkulation zu ermöglichen, weisen die Zellrahmen 4 Elektrolytzuführungen 8 und Elektrolytabführungen 9 mit Durchlassöffnungen 10 auf, so dass ein Elektrolyt durch die Halbzellinnenräume 6 geleitet werden kann. Entsprechend weisen die Seitenplatten 7 Durchlassöffnungen 10 auf, durch die das Elektrolyt hindurchtreten kann. An die Durchlassöffnungen 10 können beispielsweise Elektrolytzuführungsleitungen 18 und Elektrolyt abführungsleitungen 19 angeschlossen werden.
In Figur 4 ist ein Zellstapel 1 mit Elektroden 2, Membranen 3 und Zellrahmen 4 im Querschnitt dargestellt. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugs zeichen versehen. Die Elektroden 2, Membranen 3 und die Zellrahmen 4 sind zur Ausbildung von Halbzellinnenräumen 6 mit fluiddichten Verbindungen 14 seitlich umlaufend verbunden. Zur Versorgung der Halbzellinnenräume 6 sind in den Seitenplatten 7 Elektrolytzuführungsleitungen 18 sowie Elektrolyt abführungsleitungen 19 vorgesehen. Die Elektrolytleitungen 18, 19 können beispielsweise durch Nuten in den Seitenplatten 7 ausgebildet sein. Durch die Leitungen 18 und 19 kann das Elektrolyt in die Halbzellinnenräume 6 strömen und entsprechend wieder abgeführt werden.
In Figur 5 ist ein Zellrahmen 4 mit einem Halbzellinnenraum 6 in einer geschnittenen Ansicht dargestellt. Der Halbzellinnenraum 6 ist zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet. Zur Zuleitung und Ausleitung eines Elektrolyten weist der Zellrahmen 4 eine Elektrolytzuführung 8 und eine Elektrolytabführung 9 auf. Die Elektrolytzuführung 8 und die Elektrolyt abführung 9 weisen jeweils eine Durchlassöffnung 10 auf, die in jeweils einer nach außen gewandten Seitenfläche des Zellrahmens 4 angeordnet ist. Die Elektrolytzuführung 8 und die Elektrolytabführung 9 weiten sich von den Durchlassöffnungen 10 in Richtung des Halbzellinnenraumes 6 auf. Somit ist ein gleichmäßiges Durchströmen des Halbzellinnenraumes 6 durch einen Elektrolyten ermöglicht.
In Figur 6a ist eine Elektrode 2 mit einer Stapelfläche 12 und eine Membran 3 mit einer Stapelfläche 13 dargestellt. Die Seitenbereiche der Stapelfläche 13 sowie der Stapelfläche 12 sind durch eine fluiddichte Verbindung 14 miteinander verbunden. Bei der fluiddichten Verbindung 14 kann es sich insbesondere um eine stoffschlüssige Verbindung, beispielsweise eine Schweißverbindung oder eine Klebeverbindung handeln. Durch die an den Seitenbereichen der Stapelflächen 12 und 13 umlaufend ausgebildete fluiddichte Verbindung 14 und die einander zugewandten Stapelflächen ist ein Halbzellinnenraum 6 zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet.
In Figur 6b ist eine Elektrode 2 mit Seitenflächen 15 sowie eine Membran 3 mit Seitenflächen 16 dargestellt. Die nach außen gewandten Seitenflächen 15 und 16 sind mit einer fluiddichten Verbindung 14 miteinander verbunden. Durch die fluiddichte Verbindung 14 zwischen der Membran 3 und der Elektrode 2 und die einander zugewandten Stapelflächen 12, 13 ist somit ein Flalbzellinnenraum 6 ausgebildet, der zur Aufnahme eines Elektrolyten vorgesehen ist.
In Figur 6c ist eine Elektrode 2 und eine Membran 3 dargestellt. Die Seitenflächen 15 der Elektrode sowie die Seitenflächen 16 der Membran sind mittels einer fluiddichten Verbindung 14 mit Seitenplatten 7 verbunden. Durch die fluiddichte Verbindung 14 der Elektrode 2 sowie der Membran 3 zu den Seitenplatten 7 ist zwischen der Elektrode 2 und der Membran 3 ein Flalbzellinnenraum 6 zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet.
In Figur 6d ist eine Membran 3 und eine Elektrode 2 dargestellt. Die Elektrode 2 weist in den Randbereichen ihrer Stapelfläche 12 jeweils eine fluiddichte Verbindung 14 zu einer Seitenplatte 7 auf. Ebenso weist die Membran 3 in den Randbereichen ihrer Stapelfläche 13 eine fluiddichte Verbindung 14 zu den Seitenplatten 7 auf. Durch die fluiddichte Verbindung 14 zu den Seitenplatten 7 sowie zudem einander zugewandten Stapelflächen 12, 13 ist ein Halbzellinnenraum 6 zur Aufnahme eines Elektrolyten ausgebildet.
In der Fig. 7 ist ein Zellrahmen 4 mit seitlichen Überständen 20, 21 dargestellt, wobei der Zellrahmen 4 zwischen einer Elektrode 2 und einer Membran 3 angeordnet ist. Die Elektrode 2 und die Membran 3 weisen in ihren Randbereichen eine fluiddichte Verbindung 14 auf, die nur durch die seitlichen Überstände 20, 21 des Zellrahmens 4 unterbrochen sind. Der seitliche Überstand 20 bildet eine Elektrolytzuführung 8 aus und der seitliche Überstand 21 bildet eine Elektrolytabführung 9 aus. Die seitlichen Überstände 20, 21 von zwei benachbarten Halbzellen sind versetzt zueinander angeordnet. Die seitlichen Überstände 20 bzw. 21 der Zellrahmen der Halbzellen, die mit gleichem Elektrolyt durchflossen werden, sind hierbei untereinander, also in einer Draufsicht deckungsgleich, angeordnet. Über die im Zellstack deckungsgleichen seitlichen Überstände 20 bzw. 21 der Halbzellen kann ein Elektrolytleitelement 22 angeordnet werden, so dass die entsprechenden Halbzellen mit dem gleichen Elektrolyt versorgt bzw. entsorgt werden.
Alle in der vorstehenden Beschreibung und in den Ansprüchen genannten Merkmale sind in einer beliebigen Auswahl mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs kombinierbar. Die Offenbarung der Erfindung ist somit nicht auf die beschriebenen beziehungsweise beanspruchten Merkmals kombinationen beschränkt, vielmehr sind alle im Rahmen der Erfindung sinnvollen Merkmalskombinationen als offenbart zu betrachten.

Claims

Patentansprüche
1 . Bauelement, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen (5) aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle (5) mindestens einen Halbzellinnenraum (6) zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) zugeordnet ist und wobei mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) gestapelt angeordnet sind, d ad u rch ge ke n n ze i ch n et, dass mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind.
2. Bauelement nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) jeweils seitlich umlaufend zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind.
3. Bauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) jeweils umlaufend mit mindestens einer Seitenplatte (7) zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden sind.
4. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer fluiddichten Verbindung (14) um eine stoffschlüssige Verbindung handelt.
5. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Elektrode (2) und die mindestens eine Membran (3) zumindest abschnittsweise direkt fluiddicht miteinander verbunden sind, und dass durch die fluiddichte Verbindung (14) der Halbzellinnenraum (6) zumindest abschnittsweise fluiddicht abgeschlossen ist, und/oder dass die mindestens eine Elektrode (2) und die mindestens eine Membran (3) zumindest abschnittsweise direkt fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte (7) verbunden sind, dass der Halbzellinnenraum (6) durch die fluiddichten Verbindungen (14) zumindest abschnittsweise fluiddicht abgeschlossen ist.
6. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zumindest abschnittsweise fluiddichter Halbzellinnenraum (6) zwischen der mindestens einen Elektrode (2), der mindestens einen Membran (3) und der fluiddichten Verbindung (14) zwischen der Membran (3) und der Elektrode (2) ausgebildet ist und/oder, dass mindestens ein zumindest abschnittsweise fluiddichter Halbzellinnenraum (6) zwischen der mindestens einen Membran (3), der mindestens einen Elektrode (2) und der fluiddichten Verbindungen (14) der Membran (3) und der Elektrode (2) zu der mindestens einen Seitenplatte (7) ausgebildet ist.
7. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung um eine Klebeverbindung handelt.
8. Bauelement nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung um eine Schweißverbindung handelt.
9. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Halbzelle (5) mindestens einen Zellrahmen (4) aufweist und dass mindestens ein Zellrahmen (4) mit mindestens einer Membran (3) und mindestens einer Elektrode (2) gestapelt angeordnet ist.
10. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem Halbzellinnenraum (6) mindestens eine Elektrolyt zuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) zugeordnet ist und dass mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) durch mindestens eine Öffnung in mindestens einer zwischen mindestens einer Membran (3) und mindestens einer Elektrode (2) ausgebildeten fluiddichten Verbindung (14) ausgebildet ist.
11. Bauelement nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halbzelle (5) mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder eine Elektrolyt abführung (9) aufweist und dass mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) jeweils zumindest abschnittsweise durch mindestens einen Hohlraum in einem Zellrahmen (4) und eine seitlich in einem Zellrahmen (4) angeordnete Durchlassöffnung (11 ) ausgebildet ist.
12. Bauelement nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Halbzelle (5) mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) aufweist, dass ein Zellrahmen (4) durch mindestens zwei Zellrahmenelemente ausgebildet ist und dass mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) durch mindestens einen Freiraum zwischen mindestens zwei Zellrahmenelementen zumindest abschnittsweise ausgebildet ist.
13. Bauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrolytzuführung (8) mit mindestens einer Elektrolyt- Zuführungsleitung (18) und mindestens eine Elektrolytabführung (9) mit mindestens einer Elektrolytabführungsleitung (19) verbunden ist und dass mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung (18) und/oder mindestens eine Elektrolytabführungsleitung (19) außerhalb der Stapelfläche (12) der Elektrode und/oder der Stapelfläche (13) der Membran (3) und/oder der Stapelfläche des Zellrahmens (4) verläuft.
14. Bauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung (18) und/oder mindestens eine Elektrolytabführungsleitung (19) durch jeweils mindestens einen Hohlraum in mindestens einer Seitenplatte (7) ausgebildet ist.
15. Bauelement nach Anspruch 3 bis 13 dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung und/oder mindestens eine
Elektrolytabführungsleitung außerhalb der Seitenplatten (7) angeordnet ist.
16. Bauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein
Zellrahmen (4) mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) aufweist und dass mindestens ein Zellrahmen (4) mindestens eine Elektrolytzuführungsleitung und/oder mindestens eine
Elektrolytabführungsleitung zumindest abschnittsweise ausbildet und dass die mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder die mindestens eine
Elektrolytabführung (9) mit der Elektrolytzuführungsleitung und/oder mit der Elektrolytabführungsleitung fluiddicht verbunden ist.
17. Verfahren zur Herstellung mindestens eines Bauelements, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit mindestens einer Zelle, wobei eine Zelle aus zwei Halbzellen (5) aufgebaut ist, wobei jede Halbzelle (5) mindestens einen Halbzellinnenraum (6) zur Aufnahme eines Elektrolyten aufweist, wobei jeder Zelle mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) zugeordnet ist, wobei mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) gestapelt angeordnet werden, d ad u rch ge ke n n ze i ch n et, dass mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) fluiddicht verbunden werden.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine
Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) jeweils seitlich umlaufend zumindest abschnittsweise fluiddicht verbunden werden.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Elektrode (2) und mindestens eine Membran (3) jeweils umlaufend zumindest abschnittsweise fluiddicht mit mindestens einer Seitenplatte (7) verbunden werden.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Halbzellinnenraum (6) mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) aufweist und dass mindestens eine Elektrolytzuführung (8) und/oder mindestens eine Elektrolytabführung (9) durch mindestens eine Öffnung in mindestens einer zwischen mindestens einer Membran (3) und mindestens einer Elektrode (2) ausgebildeten fluiddichten Verbindung ausgebildet wird.
21. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbzelle (5) mindestens einen Zellrahmen (4) aufweist, dass mindestens ein Halbzellinnenraum (6) zumindest abschnittsweise durch mindestens einen Zellrahmen (4) ausgebildet ist und dass mindestens ein Zellrahmen (4), mindestens eine Membran (3) und mindestens eine Elektrode (2) gestapelt angeordnet werden.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine fluiddichte Verbindung (14) durch eine stoffschlüssige Verbindung hergestellt wird.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine fluiddichte Verbindung (14) durch eine Klebeverbindung hergestellt wird.
24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine fluiddichte Verbindung (14) durch eine Schweißverbindung hergestellt wird.
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