WO2022128738A1 - Cell element for a redox-flow battery, and membrane layer - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a cell element for a redox flow battery according to the preamble of claim 1 and a membrane layer for use in such a cell element.
- Redox flow batteries are electrochemical energy stores with free-flowing, in particular liquid, storage media in which a redox-active material or a redox-active substance is dissolved in a liquid electrolyte.
- the electrolytes (anolyte or catholyte, depending on polarity) are provided separately, eg stored in separate tanks and, if necessary, an electrochemical one Energy converter unit (the so-called. Cell of the redox flow battery) supplied for the charging or discharging process.
- the redox-active materials in the cell are oxidized in separate half-cells or reduced .
- chemical energy is converted into electrical energy during the discharging process and electrical energy is converted back into chemical energy during the charging process.
- one advantage of redox flow batteries is that the power (number and size of the electrochemical energy converters/cells) and capacity (electrolyte volume, size and number of tanks) can be adjusted independently of one another, enabling centralized and decentralized storage systems on a few kilowatt scale up to megawatts are easily realizable .
- a redox flow battery usually includes a large number of identical cells, which are connected hydraulically and fluidly in parallel and electrically in series.
- the cells are usually arranged in a stack called a Cell stack, assembled and pressed using a bracing system.
- the bracing system can include, for example, end plates made of plastic and/or non-ferrous metals such as aluminum, between which the individual cells are arranged and braced using tension elements.
- the cell stack can include a media plate for connecting media inlet and outlet lines and electrical connection lines.
- Each individual cell is made up of two half-cells, which are separated from one another by a membrane.
- half-cells generally comprise a cell frame and an electrode, which provides the actual active surface of the respective half-cell, ie the active area in which the electrochemical processes take place.
- an electrode which provides the actual active surface of the respective half-cell, ie the active area in which the electrochemical processes take place.
- the individual components are stacked between the end plates in the following order: bipolar plate, cell frame with electrode, membrane, cell frame with electrode, bipolar plate, cell frame with electrode, etc.
- Such a structure of a cell stack is described for example in US 2017/0324108A1.
- the membrane has the task of sealing the active surfaces of the adjoining half-cells from one another, of insulating them electrically and at the same time enabling an exchange of ions between the active surfaces.
- ion-conducting membrane foils it is known to use ion-conducting membrane foils and to cut and arrange them in such a way that the membrane foil covers the active surfaces of the two adjacent half-cells and also partially overlaps with the cell frames.
- the membrane foil is then clamped between the cell frames and thus sealed.
- an overlap between the cell frame and the membrane is generally kept as small as possible in order to save costs for the comparatively expensive ion-conducting material.
- the present invention deals with the task of enabling a simple, reliable and cost-effective construction of a cell stack of a redox flow battery.
- the cell element is designed for use in a redox flow battery, in particular for use in a cell stack of a redox flow battery.
- the cell element comprises a cell frame which encloses a frame opening.
- the cell element also includes an electrode located within the frame opening.
- the electrode is preferably supported by the cell frame.
- the electrode can be designed as a felt-electrode, for example. be made of a graphite felt z.
- the electrode provides an active surface of the cell element.
- the electrode defines in particular the active area of the cell element in which the electrochemical processes take place.
- the effective area corresponds to the surface area of the electrode within the frame opening.
- the electrode preferably completely fills the frame opening. Then the Effective area in particular a dimension of the frame opening.
- the electrode has the same surface area as the frame opening.
- the cell element also includes a membrane layer, in particular in the form of a material layer that can be distinguished from the electrode.
- the cell element thus forms in particular a half-cell membrane unit of a cell.
- the membrane layer extends over an area and is arranged relative to the cell frame in such a way that it covers the frame opening, in particular completely, when viewed in a direction orthogonal to a frame plane spanned by the cell frame. In this respect, the membrane layer also covers the effective area of the electrode that is delimited by the frame opening.
- the membrane layer is preferably in contact with the electrode.
- the membrane layer has at least one ion-conducting area and at least one non-ion-conducting area.
- the membrane layer is designed in particular in such a way that it has at least one surface section in which ion conduction through the membrane layer is possible and that it has at least one surface section in which no ion conduction through the membrane layer is possible.
- Such an embodiment facilitates the construction of a cell stack, since the membrane layer can be gripped and positioned in a simple manner over the at least one non-ion-conducting area without the sensitive area having to touch ionically conductive areas. In this way, in particular, material waste as a result of damage to or contamination of the membrane surface can also be reduced. With such a cell element, the proportion of comparatively expensive ion-conducting material can also be reduced, thus promoting a cost-effective construction of a cell stack.
- the cell element can advantageously be designed in such a way that the at least one ion-conducting area of the membrane layer is limited in its surface area to the effective area and the membrane layer bears exclusively with the at least non-ion-conducting area on the cell frame.
- Membrane layer, cell frame and electrode are preferably connected to one another in a fluid-tight manner.
- the cell frame and/or membrane layer and/or electrode can be connected to one another with a material fit, for example by gluing, laminating and/or welding.
- the cell frame and membrane layer it is also possible for the cell frame and membrane layer to be initially loosely joined together and only connected to one another in a fluid-tight manner by pressing in the cell stack.
- the membrane layer and/or the cell frame can be provided with sealing elements, for example in the form of sealing rings surrounding the frame opening.
- the membrane layer is designed and arranged in such a way that it is connected to the at least one ion-conducting area covers the active surface at least in sections.
- the membrane layer is designed and arranged in such a way that the at least one ion-conducting region completely covers the active surface, in particular the electrode, when viewed orthogonally to the frame plane , in particular having the same surface area as the active surface.
- the membrane layer preferably lies flush with the at least one ion-conducting area on the active surface.
- the membrane layer is designed in particular in such a way that the at least one ion-conducting area exclusively covers the active surface.
- Such a cell element is constructed in a particularly cost-effective manner, since comparatively expensive ion-conducting material is only used where ion conduction is required for the function of the cell element.
- the surface area of the at least one ion-conducting area is slightly smaller than the surface area of the active surface, so that an edge area of the active surface adjoining the cell frame is protected from the at least an ionically conductive area is not covered.
- the membrane layer can be designed and arranged in such a way that the at least one ion-conducting area in particular the frame opening, completely covered except for a peripheral edge area.
- a width of the edge area, in particular a distance between an outer edge of the at least one ion-conducting area and the cell frame, is preferably less than 5 mm, more preferably less than 2 mm, more preferably less than 1 mm.
- the membrane layer can be designed in such a way that the at least one non-ion-conducting area surrounds the at least one ion-conducting area viewed in the area.
- the at least one non-ionically conductive area frames the at least one ionically conductive area.
- the ionically conductive area on the inside is then protected from damage by the non-ionically conductive area on the outside.
- Such a membrane layer can also be gripped at the edge in a simple manner without having to touch the comparatively sensitive ion-conducting area, which promotes easy handling of the membrane layer when assembling the cell element.
- the membrane layer preferably rests, in particular exclusively, with the at least one non-ion-conducting region on the cell frame, in particular on a parallel to the effective surface or to the frame plane oriented cell frame surface. It when the at least one non-ionically conductive area is dimensioned such that it is parallel to the is particularly advantageous Frame level oriented cell frame surface completely covered, in particular corresponds to a dimension of the cell frame surface. This achieves a particularly good seal between the membrane layer and the cell frame. In particular, no additional components or sealing elements are required for sealing channel structures optionally provided in the cell frame in such a configuration.
- the membrane layer has the same external dimensions as the cell frame when viewed orthogonally to the frame plane.
- the membrane layer is in particular designed and arranged in such a way that the membrane layer and cell frame terminate flush with one another at their respective outer contour.
- Such a cell element can be assembled in a particularly simple manner, since the membrane layer and cell frame can be easily and reliably positioned relative to one another and then connected due to the same external dimensions.
- the cell frame can include channel structures for supplying and removing fluid into the frame opening.
- the membrane layer can have channel structures in the at least one non-ion-conducting region for supplying and discharging electrolyte liquid into the frame opening.
- the cell frame can at least one side towards the Have membrane layer of fene channel structure for supplying and / or discharging fluid in the frame opening. The channel structure can then be covered in particular by the non-ion-conducting area of the membrane layer.
- the membrane layer in particular in the at least one non-ion-conducting region, has at least one corresponding counter-channel structure open on one side in the direction of the cell frame.
- the channel structure of the cell frame and the counter-channel structure of the membrane layer are then preferably configured relative to one another and the cell frame and the membrane layer are arranged relative to one another in such a way that the channel structure and the counter-channel structure are aligned with one another and thus form a common, in particular closed, fluid channel.
- the cross section of the channel structure, in particular the electrolyte-carrying channel structure, in the cell frame can be enlarged and the pressure drop of the electrolyte as it flows through the channel structure can thus be reduced.
- the membrane layer can be constructed in one or more parts.
- the membrane layer can comprise a plastic film which is designed to be ion-conducting in some areas and non-ion-conducting in some areas.
- the plastic film can consist and/or be produced in some areas from an ion-conducting material and in some areas from a non-ion-conducting material.
- the membrane layer consists of a single one plastic film.
- a one-piece membrane layer can be maneuvered and positioned particularly easily when assembling the cell element.
- such a membrane layer promotes effective sealing of the active surface, since boundary surfaces are reduced.
- the membrane layer can comprise a base film which is made of an ion-conducting material over its entire surface, with the base film--to form the at least one non-ion-conducting area--in some areas having a surface modification such that ion conduction is prevented in these areas.
- the membrane layer can preferably consist of such a base film.
- the surface change can in particular be a surface treatment or an application of material.
- the base film can have a surface coating that prevents ion conduction in certain areas.
- Such a membrane layer can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
- a surface layer made of a non-ion-conducting silicone or epoxy resin is applied in certain areas to the base film, for example by means of screen printing processes. It is also conceivable that chemical substances are applied to areas of the base film (eg via a spraying process) which inactivate the functional groups of the ion-conducting material of the base film that cause ion conduction and thus prevent ion conduction through the base film.
- the membrane layer can also be made in several parts.
- the membrane layer can comprise at least one ion-conducting film, preferably made from an ion-conducting material, and a non-ion-conducting edge layer, preferably made from a non-ion-conducting material.
- the at least one ion-conducting area is then provided by the at least one ion-conducting film and the at least one non-ion-conducting area is provided by the non-ion-conducting edge layer.
- the at least one ion-conducting film is selected as required depending on an electrolyte used.
- An advantageous configuration can consist in particular in that the non-ion-conducting edge layer is designed in the shape of a frame and delimits a central opening. The at least one ion-conducting film can then be arranged in particular within the opening, preferably completely filling the opening.
- the non-ionically conductive edge layer can consist of a single non-ionically conductive plastic film. It is also possible for the non-ion-conducting edge layer to have a multi-layer structure, in particular to be formed by a plurality of plastic films stacked on top of one another. Preferably, the plastic films are formed separately, insofar as the plastic films for producing the Membrane layer are provided as separate elements and then assembled to form the membrane layer.
- the at least one ion-conducting film and the edge layer or the at least one non-ion-conducting plastic film are only loosely joined together and are only pressed together in a fluid-tight manner when used in the cell stack.
- the films are connected to one another in a fluid-tight manner, in particular in a material-locking manner.
- the at least one ion-conducting film and the edge layer, or the at least one non-ion-conducting plastic film is made of materials that can be connected to one another, preferably in an electrolyte-tight manner, e.g. by plastic welding with heating element, ultrasonic or laser welding, thermal joining, sealing, gluing and/or laminating.
- a dimensionally stable layer is introduced between at least two of the non-ion-conducting plastic films of the edge layer, for example in the form of a metal insert or a mat made of fiber-reinforced plastic.
- the dimensionally stable layer is preferably arranged in such a way that it is completely surrounded by the plastic films and is therefore separated from the electrolyte.
- the at least one non-ion-conducting area in particular the non-ion-conducting edge layer, more particularly the at least one non-ion-conducting plastic film, made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulphide (PPS) or polytetrafluoroethylene (PTFE) or be made from combinations of the materials mentioned.
- PE polyethylene
- PP polypropylene
- PVC polyvinyl chloride
- PVDF polyvinylidene fluoride
- PPS polyphenylene sulphide
- PTFE polytetrafluoroethylene
- the at least one non-ion-conducting area in particular the non-ion-conducting edge layer, more particularly the at least one non-ion-conducting plastic film, is a non-ion-conducting elastomer includes, in particular consists of.
- the non-ion-conductive surface layer made of a thermoplastic Elastomer ( TPE ) or from a pure elastomer, such as e.g. B. Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluorine rubber (FKM), silicone rubber or a combination of the materials mentioned.
- an electrolyte-tight connection between the membrane layer and an adjacent cell frame can be made in a simple manner by pressing in the cell stack.
- the cell frame can then be designed without additional sealing elements, which promotes cost-effective production and simple assembly of the cell element.
- the at least one ion-conducting region of the membrane layer can be made, in particular, from a selectively anion-conducting material or from a selectively cation-conducting material.
- the at least one ion-conducting area of the membrane layer, in particular the base film or the at least one ion-conducting film is made from a halogenated polymer, in particular from a fluorinated polymer, more in particular from a polymer containing perfluorosulfonic acid (PFSA), more in particular from a PFSA/polytetrafluoroethylene copolymer (e.g. a NafionTM membrane ) .
- PFSA perfluorosulfonic acid
- the at least one ion-conducting region to be made from a porous material.
- the membrane layer when pressed in a cell stack on the Electrodes acting forces can be adjusted specifically, especially regardless of a thickness of the cell frame.
- the mechanical stability of the membrane layer is improved. It has proven to be advantageous if the membrane layer has a thickness in the range from 0.005 to 5.0 mm, in particular from 0.01 to 0.1 mm, more particularly from 0.03 to 1.0 mm. It is particularly advantageous if the membrane layer has a thickness in the range from 0.005 to 0.2 mm in the at least one ion-conducting region.
- FIG. 1 Sketched representation of an embodiment of a cell element in a plan view
- FIG. 2 Sketched representation of the cell element according to FIG. 1 in a sectional view along the sectional plane II-II shown in FIG. 1;
- Figures 3a and 3b simplified schematic representation of a
- FIGS. 4 to 6 simplified schematic representations of further configurations of a membrane layer in a sectional view along a sectional plane corresponding to the sectional plane IIIb-IIIb shown in FIG. 3a;
- Figure 7 Outlined representation of a cell of a
- Figures 1 and 2 show an outline of an embodiment of a cell element, which overall with the reference numeral 10 is denoted.
- the cell element 10 is designed in particular for use in a redox flow cell 12, described in detail below and illustrated in FIG.
- the cell element 10 comprises a cell frame 14 which delimits a central frame opening 16 .
- both the cell frame 14 and the frame opening 16 have a rectangular basic shape.
- the cell frame 14 and/or frame opening 16 can also have other geometries.
- the cell element 10 also includes an electrode 18 which is arranged within the frame opening 16 and preferably fills it completely. As can be seen from FIG. 2, the electrode 18 in the example shown lies flush against the inner edges 20 of the cell frame 14 facing the frame opening 16 and is held there.
- the electrode 18 can, for example, be designed as a felt electrode.
- the electrode 18 provides an active surface 22 of the cell element 10, on which the electrochemical processes take place when the cell element 10 is used as intended in a redox flow battery.
- the active surface 22 corresponds to the entire surface area of the electrode 18 .
- the active surface 22 has, for example, the same surface area as the frame opening 16 (cf. FIG. 1).
- the cell element 10 also comprises a membrane layer 24, which is arranged on an outer side 26 of the cell frame 14 and rests there on the cell frame surface 28 oriented parallel to a frame plane spanned by the cell frame 14 (parallel to the drawing plane in Figure 1) (cf. Figure 2 ) .
- the membrane layer 24 has the same external dimensions as the cell frame 14 when viewed orthogonally to the plane of the frame (cf. FIG. 1). In this respect, the membrane layer 24 completely covers both the frame opening 16 and the cell frame surface 28 .
- FIG. 3a schematically shows such a membrane layer 24 in a plan view.
- the membrane layer 24 has an ion-conducting region 30 (shown shaded gray in FIGS. 2 and 3) and a non-ion-conducting region 32 (shown without shading in FIGS. 2 and 3).
- the non-ionically conductive region 32 surrounds the ionically conductive region 30 in the form of a frame (cf. FIG. 3a).
- the ion-conducting region 30 is, for example and preferably, dimensioned such that, when viewed orthogonally to the plane of the frame, it has the same surface area as the electrode 18 and thus as the active surface 22 .
- the ion-conducting area 30 has the same surface area as the frame opening 16 .
- the membrane layer 24 preferably lies flush with the ion-conducting region 30 on the electrode 18 .
- the ion-conducting area 30 can also be dimensioned in such a way that it completely covers the electrode 18 except for an edge area adjoining the cell frame 14, i.e. an edge area of the electrode 18 not by the ion-conducting area 30 but by the non-ion-conducting area Area 32 is covered.
- the membrane layer 24 in the example shown is in contact with the cell frame 14 exclusively with the non-ion-conducting region 32 .
- the non-ion-conducting region 32 is dimensioned in such a way that it has the same surface area as the corresponding cell frame surface 28 .
- the cell frame 14 in the example shown comprises a plurality of channel structures 34 for supplying and removing electrolyte liquid into the frame opening 16 (cf. FIG. 1).
- the channel structures 34 are, for example and preferably, formed by corresponding recesses 36 on the cell frame surface 28 of the cell frame 14 (cf. FIG. 2).
- the recesses 36 are covered by the non-ion-conducting region 32 of the membrane layer 24 and are thus sealed.
- the cell frame 14 in the example shown in FIG can be formed, for example, by circular recesses in the cell frame 14 .
- the membrane layer 24 it is possible for the membrane layer 24 to have counter-channel structures in the non-ion-conducting region 32, which are designed to correspond to the channel structures 34 of the cell frame 14 and are arranged in such a way that, when the membrane layer 24 and the cell frame 14 are in the assembled state, they are aligned with the channel structures 34 of the cell frame 14 and thus form a closed fluid channel.
- FIG. 2 also shows optional sealing elements 40 which are arranged between membrane layer 24 and cell frame 14 .
- the sealing elements 40 are designed, for example, in the form of sealing rings, which are arranged in corresponding grooves 42 on the cell frame surface 28 of the cell frame 14 .
- the sealing elements 40 and the grooves 42 completely surround the frame opening 16 .
- the membrane layer 24 shown schematically in FIG. 2 can in principle take on different configurations, in particular it can be designed in one piece or in multiple pieces (cf. FIGS. 3a to 6).
- the membrane layer 24 can be provided, for example, by a plastic film 44, which in some areas consists of an ion-conducting material (Ionically conductive area 30) and is made in some areas from a non-ionically conductive material (non-ionically conductive area 32) (highlighted in FIGS. 3a and 3b by the different shades).
- a plastic film 44 which in some areas consists of an ion-conducting material (Ionically conductive area 30) and is made in some areas from a non-ionically conductive material (non-ionically conductive area 32) (highlighted in FIGS. 3a and 3b by the different shades).
- Figures 4 to 6 show further exemplary configurations of the membrane layer 24, each in a sectional view analogous to Figure 3b, with a basic shape of the respective membrane layer 24, in particular the surface area and relative arrangement of the ion-conducting area 30 and the non-ion-conducting area 32, the corresponds to the configuration shown in FIG. 3a.
- the membrane layer 24 comprises a base film 46 which is made of an ion-conducting material over its entire surface (for example a PFSA membrane).
- the base film 46 has a surface coating 48 in certain areas, which prevents ion conduction.
- the surface coating 48 is provided on both sides in an edge region 49 of the base film 46, analogously to the non-ionically conductive region 32 shown in FIG. 3a.
- the edge area 49 of the base film 46 with the surface coating 48 forms the non-ionically conductive area 32 in this respect.
- the surface coating 48 can also be provided on only one side of the base film 46 .
- the membrane layer 24 has a multi-part design.
- the membrane layer 24 comprises an ion-conducting film 50 which provides the ion-conducting region 30 .
- the ionically conductive foil 50 can be made of a PFSA membrane.
- the membrane layer 24 also includes a non-ionically conductive edge layer 51 which provides the non-ionically conductive region 32 .
- the edge layer 51 in the example shown is formed from two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2.
- the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 are, for example and preferably, designed in the shape of a frame and delimit a central opening 54 in which the ion-conducting film 50 is arranged.
- the central opening 54 has the same surface area as the active surface 22 .
- the two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 are stacked on top of one another, with the ion-conducting film 50 being arranged between the two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2.
- the ion-conducting film 50 and the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 can in particular be connected to one another with a material fit, for example by means of gluing, welding and/or laminating. In the case of configurations that are not shown, only one or more than two non-ion-conducting films 52-1, 52-2 can also be provided.
- the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 can be made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE) or combinations of the materials mentioned. It is also possible for the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 to be made from a thermoplastic elastomer (TPE) or from a pure elastomer, such as an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluororubber or silicone rubber are.
- TPE thermoplastic elastomer
- EPDM ethylene-propylene-diene rubber
- a dimensionally stable layer 56 can be inserted between the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2, for example in the form of a metallic film or a fiber-reinforced plastic mat.
- the dimensionally stable layer 56 is preferably completely enclosed by the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2, so that the dimensionally stable layer 56 is electrically insulated from the electrode 16.
- the dimensionally stable layer 56 completely surrounds the opening 54 .
- a cell element 10 described above is used in particular for use in a redox flow cell 12 (cf. FIG. 7).
- a cell 12 basically comprises two half cells 58 - 1 , 58 - 2 which are separated from one another by a membrane layer 24 .
- Each half-cell 58-1, 58-2 in turn comprises a cell frame 14-1, 14-2 and an electrode 18-1, 18-2, the electrode 18-1, 18-2 being exemplarily and preferably in a frame opening 16-1 , 16-2 of the respective cell frame 14-1, 14-2 is arranged.
- the cell 12 shown in FIG. 7 comprises in this respect a cell element 10 described above (cell frame 14-1, electrode 18-1 and membrane layer 24) and a further cell frame 14-2 with electrode 18-2.
- a cell element 10 described above provides a half-cell 58 - 1 and the membrane layer 24 of the cell 12 .
- the cell frames 14-1, 14-2 are, by way of example and preferably, of identical design, but are folded relative to one another by 180° about the plane of the membrane.
- the membrane layer 24 bears against both cell frames 14-1, 14-2 in an analogous manner.
- the electrodes 18-1, 18-2 and the membrane layer 24 and their relative arrangement reference is made to the configurations described above in relation to the cell element 10.
- a plurality of such cells 12 can be stacked on top of one another in a stacking direction 60 to form a cell stack (not shown) and by a
- FIG. 7 shows two such bipolar plates 62-1, 62-2, which are each arranged on that cell frame surface 64-1, 64-2 of the corresponding cell frame 14 which is opposite the cell frame surface 28 on which the membrane layer 24 rests.
- the bipolar plates cover 62-1, 62-2 also the frame opening 16 and thus the active surface 22 completely.
- sealing elements 66 can be provided, which can be configured and arranged analogously to the sealing elements 40 described above between the cell frame 14 and the membrane layer 24.
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Abstract
The invention relates to a cell element (10) for a redox-flow battery, comprising a cell frame (14) which defines a frame opening (16), an electrode (18) which is arranged within the frame opening and provides an active surface (22) of the cell element, and a membrane layer (24) which is designed and arranged relative to the cell frame so as to cover the frame opening, wherein the membrane layer has at least one ion-conductive region (30) and at least one non-ion-conductive region (32). The invention additionally relates to a membrane layer (24) for use in a cell element.
Description
Titel: Zellelement für eine Redox-Flow-Batterie sowieTitle: Cell element for a redox flow battery as well
Membranschicht membrane layer
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft ein Zellelement für eine Redox-Flow- Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Membranschicht zur Verwendung in einem solchen Zellelement. The invention relates to a cell element for a redox flow battery according to the preamble of claim 1 and a membrane layer for use in such a cell element.
Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Energiespeicher mit fließfähigen, insbesondere flüssigen, Speichermedien, in denen ein redoxaktives Material bzw. eine redoxaktive Substanz in einem flüssigen Elektrolyten gelöst ist. Die Elektrolyten (je nach Polarität Anolyt bzw. Katholyt) werden separat bereitgestellt, z.B. in separaten Tanks gelagert und bei Bedarf einer elektrochemischen
Energiewandlereinheit ( der sog . Zelle der Redox-Flow- Batterie ) für den Lade- oder Entladeprozess zugeführt . Beim Lade- bzw . Entladeprozess werden die redox-aktiven Materialien in der Zelle in getrennten Halbzellen oxidiert bzw . reduziert . Hierbei wird beim Entladeprozess chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt und beim Ladeprozess elektrische Energie in chemische Energie zurück umgewandelt . Ein Vorteil von Redox-Flow-Batterien besteht insbesondere darin, dass Leistung (Anzahl und Größe der elektrochemischen Energiewandler/ Zellen) und Kapazität (Elektrolytvolumen, Größe und Anzahl der Tanks ) unabhängig voneinander einstellbar sind, sodass zentrale und dezentrale Speichersysteme im Maßstab von wenigen Kilowatt bis Megawatt einfach realisierbar sind . Redox flow batteries are electrochemical energy stores with free-flowing, in particular liquid, storage media in which a redox-active material or a redox-active substance is dissolved in a liquid electrolyte. The electrolytes (anolyte or catholyte, depending on polarity) are provided separately, eg stored in separate tanks and, if necessary, an electrochemical one Energy converter unit (the so-called. Cell of the redox flow battery) supplied for the charging or discharging process. When loading or During the discharging process, the redox-active materials in the cell are oxidized in separate half-cells or reduced . Here, chemical energy is converted into electrical energy during the discharging process and electrical energy is converted back into chemical energy during the charging process. In particular, one advantage of redox flow batteries is that the power (number and size of the electrochemical energy converters/cells) and capacity (electrolyte volume, size and number of tanks) can be adjusted independently of one another, enabling centralized and decentralized storage systems on a few kilowatt scale up to megawatts are easily realizable .
Eine Redox-Flow-Batterie umfasst üblicherweise eine Viel zahl von baugleichen Zellen, welche hydraulisch fluidisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind . Die Zellen sind in der Regel zu einem Stapel , dem sog . Zellstack, zusammengefügt und über ein Verspannsystem verpresst . Das Verspannsystem kann beispielsweise Endplatten aus Kunststof f und/oder Nichteisenmetallen wie Aluminium umfassen, zwischen denen die Einzel zellen angeordnet und über Zug-Elemente verspannt sind . Außerdem kann der Zellstack eine Medienplatte zum Anschluss von Medienzu- und _-ableitungen und von elektrischen Anschlussleitungen umfassen . A redox flow battery usually includes a large number of identical cells, which are connected hydraulically and fluidly in parallel and electrically in series. The cells are usually arranged in a stack called a Cell stack, assembled and pressed using a bracing system. The bracing system can include, for example, end plates made of plastic and/or non-ferrous metals such as aluminum, between which the individual cells are arranged and braced using tension elements. In addition, the cell stack can include a media plate for connecting media inlet and outlet lines and electrical connection lines.
Jede Einzel zelle ist aus zwei Halbzellen aufgebaut , welche durch eine Membran voneinander getrennt sind . Die
Halbzellen umfassen ihrerseits in der Regel einen Zellrahmen und eine Elektrode , welche die eigentliche Wirkfläche der j eweiligen Halbzelle bereitstellt , also den aktiven Bereich, in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen . Zur elektrischen Verbindung der Einzel zellen in einem Zellstack ist es bekannt , zwischen den Einzel zellen elektrisch leitende Bipolarplatten vorzusehen . In einem Zellstack sind insofern die Einzelbauteile in folgender Reihenfolge zwischen den Endplatten gestapelt : Bipolarplatte , Zellrahmen mit Elektrode , Membran, Zellrahmen mit Elektrode , Bipolarplatte , Zellrahmen mit Elektrode , usw . Ein solcher Aufbau eines Zellstacks ist beispielsweise in der US 2017 / 0324108A1 beschrieben . Each individual cell is made up of two half-cells, which are separated from one another by a membrane. the For their part, half-cells generally comprise a cell frame and an electrode, which provides the actual active surface of the respective half-cell, ie the active area in which the electrochemical processes take place. For the electrical connection of the individual cells in a cell stack, it is known to provide electrically conductive bipolar plates between the individual cells. In a cell stack, the individual components are stacked between the end plates in the following order: bipolar plate, cell frame with electrode, membrane, cell frame with electrode, bipolar plate, cell frame with electrode, etc. Such a structure of a cell stack is described for example in US 2017/0324108A1.
Die Membran hat in einer j eweiligen Zelle die Aufgabe , die Wirkflächen der angrenzenden Halbzellen gegeneinander abzudichten, elektrisch zu isolieren und gleichzeitig einen lonenaustausch zwischen den Wirkflächen zu ermöglichen . Zu diesem Zweck ist es bekannt , ionenleitende Membranfolien zu verwenden und diese derart zuzuschneiden und anzuordnen, dass die Membranfolie die Wirkflächen der beiden angrenzenden Halbzellen überdeckt und darüber hinaus abschnittsweise mit den Zellrahmen überlappt . Im Zellstack ist die Membranfolie dann zwischen den Zellrahmen eingeklemmt und somit abgedichtet . Ein Überlapp zwischen Zellrahmen und Membran wird hierbei in der Regel so gering wie möglich gehalten, um Kosten für das vergleichsweise teure ionenleitende Material einzusparen . Dies führt in der Praxis j edoch regelmäßig zu Schwierigkeiten bei der Positionierung der Membranfolie , welche üblicherweise von
Hand oder mit Grei fern manövriert wird . Zudem kann es vorkommen, dass die Oberfläche der vergleichsweise empfindlichen Membranfolie beim Zusammensetzen oder Betrieb des Zellstacks verunreinigt oder beschädigt wird . In each cell, the membrane has the task of sealing the active surfaces of the adjoining half-cells from one another, of insulating them electrically and at the same time enabling an exchange of ions between the active surfaces. For this purpose, it is known to use ion-conducting membrane foils and to cut and arrange them in such a way that the membrane foil covers the active surfaces of the two adjacent half-cells and also partially overlaps with the cell frames. In the cell stack, the membrane foil is then clamped between the cell frames and thus sealed. In this case, an overlap between the cell frame and the membrane is generally kept as small as possible in order to save costs for the comparatively expensive ion-conducting material. In practice, however, this regularly leads to difficulties in positioning the membrane foil, which usually Maneuvered by hand or with a grip. In addition, it can happen that the surface of the comparatively sensitive membrane film becomes contaminated or damaged during assembly or operation of the cell stack.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe , einen einfachen, zuverlässigen und kostengünstigen Aufbau eines Zellstacks einer Redox-Flow-Batterie zu ermöglichen . The present invention deals with the task of enabling a simple, reliable and cost-effective construction of a cell stack of a redox flow battery.
Diese Aufgabe wird durch ein Zellelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . This problem is solved by a cell element with the features of claim 1 .
Das Zellelement ist zur Verwendung in einer Redox-Flow- Batterie ausgebildet , insbesondere zur Verwendung in einem Zellstack einer Redox-Flow-Batterie . The cell element is designed for use in a redox flow battery, in particular for use in a cell stack of a redox flow battery.
Das Zellelement umfasst einen Zellrahmen, welcher eine Rahmenöf fnung umschließt . Das Zellelement umfasst außerdem eine Elektrode , welche innerhalb der Rahmenöf fnung angeordnet ist . Vorzugsweise ist die Elektrode von dem Zellrahmen gehaltert . Insbesondere kann die Elektrode als Fil z-Elektrode ausgebildet sein, bspw . aus einem Graphitfil z hergestellt sein . Die Elektrode stellt eine Wirkfläche des Zellelements bereit . Insofern definiert die Elektrode insbesondere den aktiven Bereich des Zellelements , in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen . Insbesondere entspricht die Wirkfläche der Flächenausdehnung der Elektrode innerhalb der Rahmenöf fnung . Vorzugsweise füllt die Elektrode die Rahmenöf fnung vollständig aus . Dann entspricht die
Wirkfläche insbesondere einer Abmessung der Rahmenöf fnung . Insbesondere weist die Elektrode die gleiche Flächenausdehnung wie die Rahmenöf fnung auf . The cell element comprises a cell frame which encloses a frame opening. The cell element also includes an electrode located within the frame opening. The electrode is preferably supported by the cell frame. In particular, the electrode can be designed as a felt-electrode, for example. be made of a graphite felt z. The electrode provides an active surface of the cell element. To this extent, the electrode defines in particular the active area of the cell element in which the electrochemical processes take place. In particular, the effective area corresponds to the surface area of the electrode within the frame opening. The electrode preferably completely fills the frame opening. Then the Effective area in particular a dimension of the frame opening. In particular, the electrode has the same surface area as the frame opening.
Das Zellelement umfasst außerdem eine Membranschicht , insbesondere in der Art einer von der Elektrode unterscheidbaren Materiallage . Das Zellelement bildet also insbesondere eine Halbzellen-Membran-Einheit einer Zelle . Die Membranschicht ist derart flächig erstreckt und relativ zu dem Zellrahmen angeordnet , dass sie bei Betrachtung in einer Richtung orthogonal zu einer von dem Zellrahmen auf gespannten Rahmenebene die Rahmenöf fnung, insbesondere vollständig, überdeckt . Insofern überdeckt die Membranschicht auch die von der Rahmenöf fnung umgrenzte Wirkfläche der Elektrode . Vorzugsweise liegt die Membranschicht an der Elektrode an . The cell element also includes a membrane layer, in particular in the form of a material layer that can be distinguished from the electrode. The cell element thus forms in particular a half-cell membrane unit of a cell. The membrane layer extends over an area and is arranged relative to the cell frame in such a way that it covers the frame opening, in particular completely, when viewed in a direction orthogonal to a frame plane spanned by the cell frame. In this respect, the membrane layer also covers the effective area of the electrode that is delimited by the frame opening. The membrane layer is preferably in contact with the electrode.
Die Membranschicht weist wenigstens einen ionenleitenden Bereich und wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich auf . Insofern ist die Membranschicht insbesondere derart ausgebildet , dass sie wenigstens einen Flächenabschnitt aufweist , in dem eine lonenleitung durch die Membranschicht möglich ist , und dass sie wenigstens ein Flächenabschnitt aufweist , in dem keine lonenleitung durch die Membranschicht möglich ist . The membrane layer has at least one ion-conducting area and at least one non-ion-conducting area. In this respect, the membrane layer is designed in particular in such a way that it has at least one surface section in which ion conduction through the membrane layer is possible and that it has at least one surface section in which no ion conduction through the membrane layer is possible.
Eine solche Ausgestaltung erleichtert den Aufbau eines Zellstacks , da die Membranschicht über den wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich auf einfache Weise gegri f fen und positioniert werden kann, ohne den empfindlichen
ionenleitenden Bereich berühren zu müssen . Hierdurch lässt sich insbesondere auch ein Materialausschuss in Folge einer Beschädigung oder Verunreinigung der Membranoberfläche reduzieren . Bei einem solchen Zellelement kann zudem der Anteil an vergleichsweise teurem ionenleitendem Material reduziert sein und somit ein kostengünstiger Aufbau eines Zellstacks begünstigt werden . Zu diesem Zweck kann das Zellelement in vorteilhafter Weise derart ausgebildet sein, dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich der Membranschicht in seiner Flächenausdehnung auf die Wirkfläche beschränkt ist und die Membranschicht ausschließlich mit dem wenigstens nicht-ionenleitenden Bereich an dem Zellrahmen anliegt . Such an embodiment facilitates the construction of a cell stack, since the membrane layer can be gripped and positioned in a simple manner over the at least one non-ion-conducting area without the sensitive area having to touch ionically conductive areas. In this way, in particular, material waste as a result of damage to or contamination of the membrane surface can also be reduced. With such a cell element, the proportion of comparatively expensive ion-conducting material can also be reduced, thus promoting a cost-effective construction of a cell stack. For this purpose, the cell element can advantageously be designed in such a way that the at least one ion-conducting area of the membrane layer is limited in its surface area to the effective area and the membrane layer bears exclusively with the at least non-ion-conducting area on the cell frame.
Vorzugsweise sind Membranschicht , Zellrahmen und Elektrode fluiddicht miteinander verbunden . Insbesondere ist es möglich, dass Zellrahmen und/oder Membranschicht und/oder Elektrode stof f schlüssig miteinander verbunden sind, beispielsweise durch Verkleben, Laminieren und/oder Verschweißen . Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass Zellrahmen und Membranschicht zunächst lose zusammengefügt sind und erst durch Verpressen im Zellstack miteinander fluiddicht verbunden werden . Um eine Dichtwirkung zu erhöhen und/oder Verpresskräfte zu reduzieren, können die Membranschicht und/oder der Zellrahmen mit Dichtungselementen versehen sein, bspw . in Form von die Rahmenöf fnung umlaufenden Dichtungsringen . Membrane layer, cell frame and electrode are preferably connected to one another in a fluid-tight manner. In particular, it is possible for the cell frame and/or membrane layer and/or electrode to be connected to one another with a material fit, for example by gluing, laminating and/or welding. In principle, however, it is also possible for the cell frame and membrane layer to be initially loosely joined together and only connected to one another in a fluid-tight manner by pressing in the cell stack. In order to increase a sealing effect and/or to reduce compression forces, the membrane layer and/or the cell frame can be provided with sealing elements, for example in the form of sealing rings surrounding the frame opening.
Insbesondere ist die Membranschicht derart ausgebildet und angeordnet , dass sie mit dem wenigstens einen
ionenleitenden Bereich die Wirkfläche zumindest abschnittsweise überdeckt . Um einen ef fi zienten lonenaustausch über die gesamte Flächenausdehnung der Wirkfläche zu gewährleisten, kann es vorteilhaft sein, wenn die Membranschicht derart ausgebildet und angeordnet ist , dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich bei Betrachtung orthogonal zu der Rahmenebene die Wirkfläche , insbesondere die Elektrode , vollständig überdeckt , insbesondere die gleiche Flächenausdehnung wie die Wirkfläche aufweist . Vorzugsweise liegt die Membranschicht mit dem wenigstens einen ionenleitenden Bereich bündig an der Wirkfläche an . Insofern ist die Membranschicht insbesondere derart ausgebildet , dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich ausschließlich die Wirkfläche überdeckt . Ein solches Zellelement ist besonders kostenef fi zient aufgebaut , da nur dort vergleichsweise teures ionenleitendes Material eingesetzt ist , wo lonenleitung für die Funktion des Zellelements erforderlich ist . In particular, the membrane layer is designed and arranged in such a way that it is connected to the at least one ion-conducting area covers the active surface at least in sections. In order to ensure efficient ion exchange over the entire surface area of the active surface, it can be advantageous if the membrane layer is designed and arranged in such a way that the at least one ion-conducting region completely covers the active surface, in particular the electrode, when viewed orthogonally to the frame plane , in particular having the same surface area as the active surface. The membrane layer preferably lies flush with the at least one ion-conducting area on the active surface. In this respect, the membrane layer is designed in particular in such a way that the at least one ion-conducting area exclusively covers the active surface. Such a cell element is constructed in a particularly cost-effective manner, since comparatively expensive ion-conducting material is only used where ion conduction is required for the function of the cell element.
Um den wenigstens einen ionenleitenden Bereich vor mechanischen Einflüssen durch den Zellrahmen zu schützen, kann es auch vorteilhaft sein, wenn eine Flächenausdehnung des wenigstens einen ionenleitenden Bereichs geringfügig kleiner ist als die Flächenausdehnung der Wirkfläche , sodass ein an den Zellrahmen angrenzender Randbereich der Wirkfläche von dem wenigstens einen ionenleitenden Bereich nicht überdeckt ist . Mit anderen Worten kann die Membranschicht derart ausgebildet und angeordnet sein, dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich die Wirkfläche ,
insbesondere die Rahmenöf fnung, bis auf einen umlaufenden Randbereich vollständig überdeckt . Vorzugsweise beträgt eine Breite des Randbereichs , insbesondere ein Abstand zwischen einer Außenkante des wenigstens einen ionenleitenden Bereichs und dem Zellrahmen, weniger als 5 mm, weiter vorzugsweise weniger als 2 mm, weiter vorzugsweise weniger als 1 mm . In order to protect the at least one ion-conducting area from mechanical influences from the cell frame, it can also be advantageous if the surface area of the at least one ion-conducting area is slightly smaller than the surface area of the active surface, so that an edge area of the active surface adjoining the cell frame is protected from the at least an ionically conductive area is not covered. In other words, the membrane layer can be designed and arranged in such a way that the at least one ion-conducting area in particular the frame opening, completely covered except for a peripheral edge area. A width of the edge area, in particular a distance between an outer edge of the at least one ion-conducting area and the cell frame, is preferably less than 5 mm, more preferably less than 2 mm, more preferably less than 1 mm.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung kann die Membranschicht derart ausgebildet sein, dass der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich den wenigstens einen ionenleitenden Bereich in der Fläche betrachtet umgibt . Insbesondere rahmt der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich den wenigstens einen ionenleitenden Bereich ein . Der innenliegende ionenleitende Bereich ist dann durch den außenliegenden nicht-ionenleitenden Bereich vor Beschädigungen geschützt . Eine solche Membranschicht kann zudem auf einfache Weise am Rand gegri f fen werden, ohne den vergleichsweise empfindlichen ionenleitenden Bereich berühren zu müssen, was ein einfaches Handling der Membranschicht beim Zusammensetzen des Zellelements begünstigt . As part of an advantageous development, the membrane layer can be designed in such a way that the at least one non-ion-conducting area surrounds the at least one ion-conducting area viewed in the area. In particular, the at least one non-ionically conductive area frames the at least one ionically conductive area. The ionically conductive area on the inside is then protected from damage by the non-ionically conductive area on the outside. Such a membrane layer can also be gripped at the edge in a simple manner without having to touch the comparatively sensitive ion-conducting area, which promotes easy handling of the membrane layer when assembling the cell element.
Vorzugsweise liegt die Membranschicht , insbesondere ausschließlich, mit dem wenigstens einen nicht- ionenleitenden Bereich an dem Zellrahmen an, insbesondere an einer parallel zur Wirkfläche bzw . zu der Rahmenebene orientierten Zellrahmenoberfläche . Besonders vorteilhaft ist es , wenn der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich derart bemessen ist , dass er die parallel zur
Rahmenebene orientierte Zellrahmenoberfläche vollständig überdeckt , insbesondere einer Abmessung der Zellrahmenoberfläche entspricht . Hierdurch wird eine besonders gute Abdichtung zwischen Membranschicht und Zellrahmen erzielt . Insbesondere sind bei einer solchen Ausgestaltung keine zusätzlichen Bauteile oder Dichtungselemente zur Abdichtung von optional in dem Zellrahmen vorgesehenen Kanalstrukturen erforderlich . The membrane layer preferably rests, in particular exclusively, with the at least one non-ion-conducting region on the cell frame, in particular on a parallel to the effective surface or to the frame plane oriented cell frame surface. It when the at least one non-ionically conductive area is dimensioned such that it is parallel to the is particularly advantageous Frame level oriented cell frame surface completely covered, in particular corresponds to a dimension of the cell frame surface. This achieves a particularly good seal between the membrane layer and the cell frame. In particular, no additional components or sealing elements are required for sealing channel structures optionally provided in the cell frame in such a configuration.
Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die Membranschicht , bei Betrachtung orthogonal zu der Rahmenebene , die gleiche Außenabmessung wie der Zellrahmen aufweist . Insofern ist die Membranschicht insbesondere derart ausgebildet und angeordnet , dass Membranschicht und Zellrahmen an ihrer j eweiligen Außenkontur bündig miteinander abschließen . Ein solches Zellelement kann auf besonders einfache Weise zusammengesetzt werden, da Membranschicht und Zellrahmen durch die gleichen Außenabmessungen einfach und zuverlässig relativ zueinander positioniert und dann verbunden werden können . Furthermore, it can be advantageous if the membrane layer has the same external dimensions as the cell frame when viewed orthogonally to the frame plane. In this respect, the membrane layer is in particular designed and arranged in such a way that the membrane layer and cell frame terminate flush with one another at their respective outer contour. Such a cell element can be assembled in a particularly simple manner, since the membrane layer and cell frame can be easily and reliably positioned relative to one another and then connected due to the same external dimensions.
Zur Versorgung der Elektrode mit Elektrolyten kann der Zellrahmen Kanalstrukturen zur Zu- und Abführung von Fluid in die Rahmenöf fnung umfassen . Zusätzlich oder alternativ ist es auch möglich, dass die Membranschicht in dem wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich Kanalstrukturen zur Zu- und Abführung von Elektrolyt flüssigkeit in die Rahmenöf fnung aufweist . Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Zellrahmen wenigstens eine einseitig in Richtung zu der
Membranschicht of fene Kanalstruktur zur Zu- und/oder Abführung von Fluid in die Rahmenöf fnung aufweisen . Die Kanalstruktur kann dann insbesondere von dem nicht- ionenleitenden Bereich der Membranschicht abgedeckt sein . Es kann auch vorteilhaft sein, wenn die Membranschicht , insbesondere in dem wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich, wenigstens eine einseitig in Richtung zu dem Zellrahmen of fene , korrespondierende Gegenkanalstruktur aufweist . Vorzugsweise sind die Kanalstruktur des Zellrahmens und die Gegenkanalstruktur der Membranschicht dann derart relativ zueinander ausgebildet und der Zellrahmen und die Membranschicht derart relativ zueinander angeordnet , dass die Kanalstruktur und die Gegenkanalstruktur miteinander fluchten und somit einen gemeinsamen, insbesondere geschlossenen, Fluidkanal bilden . Bei einer solchen Ausgestaltung kann der Querschnitt der, insbesondere Elektrolyt- führenden, Kanalstruktur im Zellrahmen vergrößert und somit der Druckabfall des Elektrolyten beim Durchströmen der Kanalstruktur verringert werden . To supply the electrode with electrolytes, the cell frame can include channel structures for supplying and removing fluid into the frame opening. In addition or as an alternative, it is also possible for the membrane layer to have channel structures in the at least one non-ion-conducting region for supplying and discharging electrolyte liquid into the frame opening. In an advantageous embodiment, the cell frame can at least one side towards the Have membrane layer of fene channel structure for supplying and / or discharging fluid in the frame opening. The channel structure can then be covered in particular by the non-ion-conducting area of the membrane layer. It can also be advantageous if the membrane layer, in particular in the at least one non-ion-conducting region, has at least one corresponding counter-channel structure open on one side in the direction of the cell frame. The channel structure of the cell frame and the counter-channel structure of the membrane layer are then preferably configured relative to one another and the cell frame and the membrane layer are arranged relative to one another in such a way that the channel structure and the counter-channel structure are aligned with one another and thus form a common, in particular closed, fluid channel. In such an embodiment, the cross section of the channel structure, in particular the electrolyte-carrying channel structure, in the cell frame can be enlarged and the pressure drop of the electrolyte as it flows through the channel structure can thus be reduced.
Die Membranschicht kann grundsätzlich ein- oder mehrteilig aufgebaut sein . Im Rahmen einer möglichen Ausgestaltung kann die Membranschicht eine Kunststof f folie umfassen, welche bereichsweise ionenleitend und bereichsweise nicht- ionenleitend ausgebildet ist . Insbesondere kann die Kunststof f folie bereichsweise aus einem ionenleitenden Material und bereichsweise aus einem nicht-ionenleitenden Material bestehen und/oder hergestellt sein . Vorzugsweise besteht die Membranschicht aus einer einzelnen solchen
Kunststofffolie. Eine einteilige Membranschicht kann beim Zusammensetzen des Zellelements besonders einfach manövriert und positioniert werden. Zudem begünstigt eine derartige Membranschicht eine wirksame Abdichtung der Wirkfläche, da Grenzflächen reduziert sind. In principle, the membrane layer can be constructed in one or more parts. Within the scope of a possible configuration, the membrane layer can comprise a plastic film which is designed to be ion-conducting in some areas and non-ion-conducting in some areas. In particular, the plastic film can consist and/or be produced in some areas from an ion-conducting material and in some areas from a non-ion-conducting material. Preferably, the membrane layer consists of a single one plastic film. A one-piece membrane layer can be maneuvered and positioned particularly easily when assembling the cell element. In addition, such a membrane layer promotes effective sealing of the active surface, since boundary surfaces are reduced.
Es ist auch möglich, dass die Membranschicht eine Basisfolie umfasst, welche vollflächig aus einem ionenleitenden Material hergestellt ist, wobei die Basisfolie - zur Bildung des wenigstens einen nicht- ionenleitenden Bereichs - bereichsweise eine Oberflächenveränderung derart aufweist, dass lonenleitung in diesen Bereichen unterbunden ist. Vorzugsweise kann die Membranschicht aus einer solchen Basisfolie bestehen. Bei der Oberflächenveränderung kann es sich insbesondere um eine Oberflächenbehandlung oder einen Materialauftrag handeln. Insbesondere kann die Basisfolie bereichsweise eine lonenleitung unterbindende Oberflächenbeschichtung aufweisen. Eine solche Membranschicht kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise hergestellt werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass auf die Basisfolie bereichsweise eine Oberflächenschicht aus einem nicht- ionenleitenden Silikon oder Epoxidharz aufgebracht wird, z.B. mittels Siebdruckprozessen. Es ist auch denkbar, dass auf die Basisfolie bereichsweise chemische Substanzen aufgetragen werden (z.B. über ein Sprühverfahren) , welche die die lonenleitung bewirkenden funktionellen Gruppen des ionenleitenden Materials der Basisfolie inaktivieren und somit eine lonenleitung durch die Basisfolie unterbinden.
Die Membranschicht kann auch mehrteilig ausgebildet sein . Insbesondere kann die Membranschicht wenigstens eine ionenleitende , vorzugsweise aus einem ionenleitenden Material hergestellte , Folie und eine nicht-ionenleitende , vorzugsweise aus einem nicht-ionenleitenden Material hergestellte , Randschicht umfassen . Bei einer solchen Ausgestaltung ist der wenigstens eine ionenleitende Bereich dann durch die wenigstens eine ionenleitende Folie bereitgestellt und der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich ist durch die nicht-ionenleitende Randschicht bereitgestellt . Ein solcher mehrteiliger Aufbau ermöglicht es , die Membranschicht auf einfache Weise an verschiedene Anforderungen individuell anzupassen . Beispielsweise ist denkbar, dass die wenigstens eine ionenleitende Folie in Abhängigkeit eines verwendeten Elektrolyten bedarfsgerecht ausgewählt ist . Eine vorteilhafte Ausgestaltung kann insbesondere darin bestehen, dass die nicht-ionenleitende Randschicht rahmenförmig ausgebildet ist und eine zentrale Öf fnung umgrenzt . Dann kann die wenigstens eine ionenleitende Folie insbesondere innerhalb der Öf fnung angeordnet sein, vorzugsweise die Öf fnung vollständig aus füllen . It is also possible for the membrane layer to comprise a base film which is made of an ion-conducting material over its entire surface, with the base film--to form the at least one non-ion-conducting area--in some areas having a surface modification such that ion conduction is prevented in these areas. The membrane layer can preferably consist of such a base film. The surface change can in particular be a surface treatment or an application of material. In particular, the base film can have a surface coating that prevents ion conduction in certain areas. Such a membrane layer can be produced in a particularly simple and cost-effective manner. It is conceivable, for example, that a surface layer made of a non-ion-conducting silicone or epoxy resin is applied in certain areas to the base film, for example by means of screen printing processes. It is also conceivable that chemical substances are applied to areas of the base film (eg via a spraying process) which inactivate the functional groups of the ion-conducting material of the base film that cause ion conduction and thus prevent ion conduction through the base film. The membrane layer can also be made in several parts. In particular, the membrane layer can comprise at least one ion-conducting film, preferably made from an ion-conducting material, and a non-ion-conducting edge layer, preferably made from a non-ion-conducting material. In such a configuration, the at least one ion-conducting area is then provided by the at least one ion-conducting film and the at least one non-ion-conducting area is provided by the non-ion-conducting edge layer. Such a multi-part structure makes it possible to individually adapt the membrane layer to different requirements in a simple manner. For example, it is conceivable that the at least one ion-conducting film is selected as required depending on an electrolyte used. An advantageous configuration can consist in particular in that the non-ion-conducting edge layer is designed in the shape of a frame and delimits a central opening. The at least one ion-conducting film can then be arranged in particular within the opening, preferably completely filling the opening.
Die nicht-ionenleitende Randschicht kann aus einer einzelnen nicht-ionenleitenden Kunststof f folie bestehen . Es ist auch möglich, dass die nicht-ionenleitende Randschicht mehrlagig aufgebaut ist , insbesondere durch eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Kunststof f folien gebildet ist . Vorzugsweise sind die Kunststof f folien separat ausgebildet , insofern, als dass die Kunststof f folien zur Herstellung der
Membranschicht als separate Elemente bereitgestellt werden und dann zu der Membranschicht zusammengefügt werden . The non-ionically conductive edge layer can consist of a single non-ionically conductive plastic film. It is also possible for the non-ion-conducting edge layer to have a multi-layer structure, in particular to be formed by a plurality of plastic films stacked on top of one another. Preferably, the plastic films are formed separately, insofar as the plastic films for producing the Membrane layer are provided as separate elements and then assembled to form the membrane layer.
Grundsätzlich ist es denkbar, dass die wenigstens eine ionenleitende Folie und die Randschicht , bzw . die wenigstens eine nicht-ionenleitende Kunststof f folie , nur lose zusammengefügt sind und erst bei einer Verwendung im Zellstack miteinander fluiddicht verpresst werden . Um eine gute Abdichtung zu erzielen, kann es j edoch vorteilhaft sein, wenn die Folien fluiddicht , insbesondere stof f schlüssig, miteinander verbunden sind . Zu diesem Zweck kann es vorteilhaft sein, wenn die wenigstens eine ionenleitende Folie und die Randschicht , bzw . die wenigstens eine nicht-ionenleitende Kunststof f folie , aus Materialien hergestellt sind, die sich, vorzugsweise elektrolytdicht , miteinander verbinden lassen, bspw . durch Kunststof f schweißen mit Hei zelement- , Ultraschall- oder Laserschweißen, thermisches Verbinden, Dichten, Kleben und/oder Laminieren . In principle, it is conceivable that the at least one ion-conducting film and the edge layer or the at least one non-ion-conducting plastic film, are only loosely joined together and are only pressed together in a fluid-tight manner when used in the cell stack. However, in order to achieve a good seal, it can be advantageous if the films are connected to one another in a fluid-tight manner, in particular in a material-locking manner. For this purpose, it can be advantageous if the at least one ion-conducting film and the edge layer, or the at least one non-ion-conducting plastic film is made of materials that can be connected to one another, preferably in an electrolyte-tight manner, e.g. by plastic welding with heating element, ultrasonic or laser welding, thermal joining, sealing, gluing and/or laminating.
Um eine mechanische Stabilität einer solchen mehrlagigen Membranschicht zu erhöhen, kann es vorteilhaft sein, wenn zwischen zumindest zwei der nicht-ionenleitenden Kunststof f folien der Randschicht eine formstabile Schicht eingebracht ist , bspw . in Form eines metallischen Einlegers oder einer Matte aus einem faserverstärkten Kunststof f . Vorzugsweise ist die formstabile Schicht derart angeordnet , dass sie von den Kunststof f folien vollständig umschlossen und somit von dem Elektrolyten getrennt ist .
Bei einem mehrteiligen Aufbau der Membranschicht aus separat ausgebildeten Folien ist es insbesondere auf einfache Weise möglich, für die unterschiedlichen Funktionen des wenigstens einen ionenleitenden Bereichs und des wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereichs individuell vorteilhafte Materialien zu wählen und deren Eigenschaften in der Membranschicht miteinander zu kombinieren . Beispielsweise ist es möglich, Materialien mit hoher lonenleit f ähigkeit für den ionenleitenden Bereich mit robusten, kostengünstigen und eine gute Dichtwirkung bereitstellenden Materialien für den nicht-ionenleitenden Bereich zu kombinieren . In order to increase the mechanical stability of such a multilayer membrane layer, it can be advantageous if a dimensionally stable layer is introduced between at least two of the non-ion-conducting plastic films of the edge layer, for example in the form of a metal insert or a mat made of fiber-reinforced plastic. The dimensionally stable layer is preferably arranged in such a way that it is completely surrounded by the plastic films and is therefore separated from the electrolyte. In the case of a multi-part construction of the membrane layer from separately formed foils, it is particularly easy to select individually advantageous materials for the different functions of the at least one ion-conducting area and the at least one non-ion-conducting area and to combine their properties with one another in the membrane layer. For example, it is possible to combine materials with high ion conductivity for the ion-conducting area with robust, inexpensive materials that provide a good sealing effect for the non-ion-conducting area.
Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich, insbesondere die nicht-ionenleitende Randschicht , weiter insbesondere die wenigstens eine nicht-ionenleitende Kunststof f folie , aus Polyethylen ( PE ) , Polypropylen ( PP ) , Polyvinylchlorid ( PVC ) , Polyvinylidenf luorid ( PVDF) , Polyphenylensul fid ( PPS ) oder Polytetrafluorethylen ( PTFE ) oder aus Kombinationen der genannten Materialien hergestellt sein . As part of an advantageous embodiment, the at least one non-ion-conducting area, in particular the non-ion-conducting edge layer, more particularly the at least one non-ion-conducting plastic film, made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulphide (PPS) or polytetrafluoroethylene (PTFE) or be made from combinations of the materials mentioned.
Um eine gute Abdichtung zwischen Membranschicht und Zellrahmen zu erzielen, kann es auch vorteilhaft sein, wenn der wenigstens einen nicht-ionenleitende Bereich, insbesondere die nicht-ionenleitende Randschicht , weiter insbesondere die wenigstens eine nicht-ionenleitende Kunststof f folie , ein nicht-ionenleitendes Elastomer umfasst , insbesondere daraus besteht . Insbesondere kann die nicht-ionenleitende Randschicht aus einem thermoplastischen
Elastomer ( TPE ) oder aus einem reinem Elastomer, wie z . B . Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) , Fluorkautschuk ( FKM) , Silikonkautschuk oder einer Kombination aus den genannten Materialien hergestellt sein . Bei Verwendung eines solchen Materials kann eine elektrolytdichte Verbindung zwischen Membranschicht und einem benachbarten Zellrahmen auf einfache Weise durch Verpressen im Zellstack erfolgen . Insbesondere kann dann der Zellrahmen frei von zusätzlichen Dichtungselementen ausgebildet sein, was eine kostengünstige Herstellung und eine einfache Montage des Zellelements begünstigt . In order to achieve a good seal between the membrane layer and the cell frame, it can also be advantageous if the at least one non-ion-conducting area, in particular the non-ion-conducting edge layer, more particularly the at least one non-ion-conducting plastic film, is a non-ion-conducting elastomer includes, in particular consists of. In particular, the non-ion-conductive surface layer made of a thermoplastic Elastomer ( TPE ) or from a pure elastomer, such as e.g. B. Ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluorine rubber (FKM), silicone rubber or a combination of the materials mentioned. If such a material is used, an electrolyte-tight connection between the membrane layer and an adjacent cell frame can be made in a simple manner by pressing in the cell stack. In particular, the cell frame can then be designed without additional sealing elements, which promotes cost-effective production and simple assembly of the cell element.
Der wenigstens eine ionenleitende Bereich der Membranschicht kann insbesondere aus einem selektiv Anionen leitenden Material oder aus einem selektiv Kationen leitenden Material hergestellt sein, insbesondere daraus bestehen . Beispielsweise ist es denkbar, dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich der Membranschicht , insbesondere die Basis folie bzw . die wenigstens eine ionenleitende Folie , aus einem halogenierten Polymer hergestellt ist , insbesondere aus einem f luorinierten Polymer, weiter insbesondere aus einem Perfluorsul fonsäure ( PFSA) enthaltenden Polymer, weiter insbesondere aus einem PFSA/Polytetraf luorethylen-Kopolymer (bspw . einer Nafion™- Membran) . Es ist beispielsweise auch denkbar, dass der wenigstens eine ionenleitende Bereich aus einem porösen Material hergestellt ist . The at least one ion-conducting region of the membrane layer can be made, in particular, from a selectively anion-conducting material or from a selectively cation-conducting material. For example, it is conceivable that the at least one ion-conducting area of the membrane layer, in particular the base film or the at least one ion-conducting film is made from a halogenated polymer, in particular from a fluorinated polymer, more in particular from a polymer containing perfluorosulfonic acid (PFSA), more in particular from a PFSA/polytetrafluoroethylene copolymer (e.g. a Nafion™ membrane ) . It is also conceivable, for example, for the at least one ion-conducting region to be made from a porous material.
In Abhängigkeit einer gewählten Dicke der Membranschicht können die beim Verpressen in einem Zellstack auf die
Elektroden wirkenden Kräfte gezielt eingestellt werden, insbesondere unabhängig von einer Dicke des Zellrahmens. Eine vergleichsweise geringe Dicke der Membranschicht, insbesondere in dem wenigstens einen ionenleitenden Bereich, ist vorteilhaft für eine gute lonenleitung . Mit steigender Dicke wird hingegen eine mechanische Stabilität der Membranschicht verbessert. Als vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Membranschicht eine Dicke im Bereich von 0,005 bis 5,0 mm aufweist, insbesondere von 0,01 bis 0,1 mm, weiter insbesondere von 0,03 bis 1,0 mm. Besonders vorteilhaft ist, wenn die Membranschicht in dem wenigstens einen ionenleitenden Bereich eine Dicke im Bereich von 0,005 bis 0,2 mm aufweist. Depending on a selected thickness of the membrane layer, when pressed in a cell stack on the Electrodes acting forces can be adjusted specifically, especially regardless of a thickness of the cell frame. A comparatively small thickness of the membrane layer, in particular in the at least one ion-conducting area, is advantageous for good ion conduction. On the other hand, as the thickness increases, the mechanical stability of the membrane layer is improved. It has proven to be advantageous if the membrane layer has a thickness in the range from 0.005 to 5.0 mm, in particular from 0.01 to 0.1 mm, more particularly from 0.03 to 1.0 mm. It is particularly advantageous if the membrane layer has a thickness in the range from 0.005 to 0.2 mm in the at least one ion-conducting region.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird auch durch eine Membranschicht gelöst, welche dazu ausgebildet ist, in einem vorstehend beschriebenen Zellelement verwendet zu werden, oder auch durch die Verwendung einer solchen Membranschicht in der genannten Art und Weise. Die vorstehend in Bezug auf das Zellelement beschriebenen Vorteile und Merkmale können zur Ausgestaltung der Membranschicht dienen. The object stated at the outset is also achieved by a membrane layer which is designed to be used in a cell element described above, or by using such a membrane layer in the manner mentioned. The advantages and features described above in relation to the cell element can be used to design the membrane layer.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail below with reference to the figures. Show it:
Figur 1: skizzierte Darstellung einer Ausgestaltung eines Zellelements in einer Draufsicht;
Figur 2: skizzierte Darstellung des Zellelements gemäß Figur 1 in einer Schnittansicht entlang der in Figur 1 eingezeichneten Schnittebene II-II; FIG. 1: Sketched representation of an embodiment of a cell element in a plan view; FIG. 2: Sketched representation of the cell element according to FIG. 1 in a sectional view along the sectional plane II-II shown in FIG. 1;
Figuren 3a und 3b: vereinfache schematische Darstellung einerFigures 3a and 3b: simplified schematic representation of a
Ausgestaltung einer Membranschicht in einer Draufsicht (Ansicht a) und in einer Schnittansicht entlang der in Ansicht a eingezeichneten Schnittebene Illb-IIIb (Ansicht b) ; Design of a membrane layer in a plan view (view a) and in a sectional view along the sectional plane IIIb-IIIb (view b) shown in view a;
Figuren 4 bis 6: vereinfachte schematische Darstellungen weiterer Ausgestaltungen einer Membranschicht in einer Schnittansicht entlang einer der in Figur 3a eingezeichneten Schnittebene Illb-IIIb entsprechenden Schnittebene; und FIGS. 4 to 6: simplified schematic representations of further configurations of a membrane layer in a sectional view along a sectional plane corresponding to the sectional plane IIIb-IIIb shown in FIG. 3a; and
Figur 7: skizzierte Darstellung einer Zelle einerFigure 7: Outlined representation of a cell of a
Redox-Flow-Batterie . redox flow battery .
In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet. In the following description and in the figures, the same reference symbols are used for identical or corresponding features.
Die Figuren 1 und 2 zeigen skizziert eine Ausgestaltung eines Zellelements, welches insgesamt mit dem Bezugszeichen
10 bezeichnet ist . Das Zellelement 10 ist insbesondere zur Verwendung in einer nachfolgend noch im Detail beschriebenen und in Figur 7 dargestellten Redox-Flow-Zelle 12 ausgebildet . Figures 1 and 2 show an outline of an embodiment of a cell element, which overall with the reference numeral 10 is denoted. The cell element 10 is designed in particular for use in a redox flow cell 12, described in detail below and illustrated in FIG.
Das Zellelement 10 umfasst einen Zellrahmen 14 , der eine zentrale Rahmenöf fnung 16 umgrenzt . In dem dargestellten Beispiel weisen sowohl Zellrahmen 14 als auch Rahmenöf fnung 16 eine rechteckige Grundform auf . Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen können Zellrahmen 14 und/oder Rahmenöf fnung 16 auch andere Geometrien aufweisen . The cell element 10 comprises a cell frame 14 which delimits a central frame opening 16 . In the example shown, both the cell frame 14 and the frame opening 16 have a rectangular basic shape. In the case of configurations that are not shown, the cell frame 14 and/or frame opening 16 can also have other geometries.
Das Zellelement 10 umfasst außerdem eine Elektrode 18 , welche innerhalb der Rahmenöf fnung 16 angeordnet ist und diese vorzugsweise vollständig aus füllt . Wie aus Figur 2 ersichtlich, liegt die Elektrode 18 in dem dargestellten Beispiel bündig an den der Rahmenöf fnung 16 zugewandten Innenkanten 20 des Zellrahmens 14 an und ist dort gehaltert . Die Elektrode 18 kann beispielhaft als Fil z- Elektrode ausgebildet sein . The cell element 10 also includes an electrode 18 which is arranged within the frame opening 16 and preferably fills it completely. As can be seen from FIG. 2, the electrode 18 in the example shown lies flush against the inner edges 20 of the cell frame 14 facing the frame opening 16 and is held there. The electrode 18 can, for example, be designed as a felt electrode.
Die Elektrode 18 stellt eine Wirkfläche 22 des Zellelements 10 bereit , an welcher bei bestimmungsgemäßer Verwendung des Zellelements 10 in einer Redox-Flow-Batterie die elektrochemischen Prozesse ablaufen . In dem dargestellten Beispiel entspricht die Wirkfläche 22 der gesamten Flächenausdehnung der Elektrode 18 . Die Wirkfläche 22 weist insofern beispielhaft die gleiche Flächenausdehnung wie Rahmenöf fnung 16 auf (vgl . Figur 1 ) .
Das Zellelement 10 umfasst außerdem eine Membranschicht 24 , welche an einer Außenseite 26 des Zellrahmens 14 angeordnet ist und dort an der parallel zu einer von dem Zellrahmen 14 auf gespannten Rahmenebene ( in Figur 1 parallel zur Zeichenebene ) orientierten Zellrahmenoberfläche 28 anliegt (vgl . Figur 2 ) . Die Membranschicht 24 weist in dem dargestellten Beispiel bei Betrachtung orthogonal zu der Rahmenebene die gleiche Außenabmessung wie der Zellrahmen 14 auf (vgl . Figur 1 ) . Insofern überdeckt die Membranschicht 24 sowohl die Rahmenöf fnung 16 als auch die Zellrahmenoberfläche 28 vollständig . The electrode 18 provides an active surface 22 of the cell element 10, on which the electrochemical processes take place when the cell element 10 is used as intended in a redox flow battery. In the example shown, the active surface 22 corresponds to the entire surface area of the electrode 18 . In this respect, the active surface 22 has, for example, the same surface area as the frame opening 16 (cf. FIG. 1). The cell element 10 also comprises a membrane layer 24, which is arranged on an outer side 26 of the cell frame 14 and rests there on the cell frame surface 28 oriented parallel to a frame plane spanned by the cell frame 14 (parallel to the drawing plane in Figure 1) (cf. Figure 2 ) . In the example shown, the membrane layer 24 has the same external dimensions as the cell frame 14 when viewed orthogonally to the plane of the frame (cf. FIG. 1). In this respect, the membrane layer 24 completely covers both the frame opening 16 and the cell frame surface 28 .
Die Figur 3a zeigt schematisch eine solche Membranschicht 24 in einer Draufsicht . Die Membranschicht 24 weist einen ionenleitenden Bereich 30 ( in den Figuren 2 und 3 grau schattiert dargestellt ) und einen nicht-ionenleitenden Bereich 32 ( in den Figuren 2 und 3 ohne Schattierung dargestellt ) auf . Beispielhaft und bevorzugt umgibt der nicht-ionenleitende Bereich 32 den ionenleitenden Bereich 30 rahmenförmig (vgl . Figur 3a ) . FIG. 3a schematically shows such a membrane layer 24 in a plan view. The membrane layer 24 has an ion-conducting region 30 (shown shaded gray in FIGS. 2 and 3) and a non-ion-conducting region 32 (shown without shading in FIGS. 2 and 3). By way of example and preferably, the non-ionically conductive region 32 surrounds the ionically conductive region 30 in the form of a frame (cf. FIG. 3a).
Wie in Figur 2 gezeigt , ist der ionenleitende Bereich 30 beispielhaft und bevorzugt derart bemessen, dass er, bei Betrachtung orthogonal zu der Rahmenebene , die gleiche Flächenausdehnung wie die Elektrode 18 und somit wie die Wirkfläche 22 aufweist . In dem dargestellten Beispiel weist der ionenleitende Bereich 30 insofern die gleiche Flächenausdehnung wie die Rahmenöf fnung 16 auf . Vorzugsweise liegt die Membranschicht 24 mit dem ionenleitenden Bereich 30 bündig an der Elektrode 18 an .
Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen kann der ionenleitende Bereich 30 auch derart bemessen sein, dass er die Elektrode 18 bis auf einen an den Zellrahmen 14 angrenzenden Randbereich vollständig überdeckt , also ein Randbereich der Elektrode 18 nicht von dem ionenleitenden Bereich 30 , sondern von dem nicht-ionenleitenden Bereich 32 überdeckt ist . As shown in FIG. 2, the ion-conducting region 30 is, for example and preferably, dimensioned such that, when viewed orthogonally to the plane of the frame, it has the same surface area as the electrode 18 and thus as the active surface 22 . In the example shown, the ion-conducting area 30 has the same surface area as the frame opening 16 . The membrane layer 24 preferably lies flush with the ion-conducting region 30 on the electrode 18 . In the case of configurations that are not shown, the ion-conducting area 30 can also be dimensioned in such a way that it completely covers the electrode 18 except for an edge area adjoining the cell frame 14, i.e. an edge area of the electrode 18 not by the ion-conducting area 30 but by the non-ion-conducting area Area 32 is covered.
Wie aus Figur 2 ersichtlich, liegt die Membranschicht 24 in dem dargestellten Beispiel ausschließlich mit dem nicht- ionenleitenden Bereich 32 an dem Zellrahmen 14 an . Beispielhaft und bevorzugt ist der nicht-ionenleitende Bereich 32 derart bemessen, dass er die gleiche Flächenausdehnung wie die entsprechende Zellrahmenoberfläche 28 aufweist . As can be seen from FIG. 2, the membrane layer 24 in the example shown is in contact with the cell frame 14 exclusively with the non-ion-conducting region 32 . By way of example and preferably, the non-ion-conducting region 32 is dimensioned in such a way that it has the same surface area as the corresponding cell frame surface 28 .
Zur Versorgung der Elektrode 18 mit Elektrolyt flüssigkeit umfasst der Zellrahmen 14 in dem dargestellten Beispiel mehrere Kanalstrukturen 34 zur Zu- und Abführung von Elektrolyt flüssigkeit in die Rahmenöf fnung 16 (vgl . Figur 1 ) . Die Kanalstrukturen 34 sind beispielhaft und bevorzugt durch entsprechende Ausnehmungen 36 an der Zellrahmenoberfläche 28 des Zellrahmens 14 gebildet (vgl . Figur 2 ) . Wie aus Figur 2 ersichtlich, sind die Ausnehmungen 36 durch den nicht-ionenleitenden Bereich 32 der Membranschicht 24 abgedeckt und somit abgedichtet . Zur Speisung der Kanalstrukturen 34 mit Elektrolyt flüssigkeit weist der Zellrahmen 14 in dem in Figur 1 dargestellten Beispiel entsprechende Fluidanschlüsse 38 auf , welche
beispielhaft durch kreisrunde Ausnehmungen in dem Zellrahmen 14 gebildet sein können . In order to supply the electrode 18 with electrolyte liquid, the cell frame 14 in the example shown comprises a plurality of channel structures 34 for supplying and removing electrolyte liquid into the frame opening 16 (cf. FIG. 1). The channel structures 34 are, for example and preferably, formed by corresponding recesses 36 on the cell frame surface 28 of the cell frame 14 (cf. FIG. 2). As can be seen from FIG. 2, the recesses 36 are covered by the non-ion-conducting region 32 of the membrane layer 24 and are thus sealed. In order to feed the channel structures 34 with electrolyte liquid, the cell frame 14 in the example shown in FIG can be formed, for example, by circular recesses in the cell frame 14 .
Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es möglich, dass die Membranschicht 24 in dem nicht-ionenleitenden Bereich 32 Gegenkanalstrukturen aufweist , welche korrespondierend zu den Kanalstrukturen 34 des Zellrahmens 14 ausgebildet sind und derart angeordnet sind, dass sie im zusammengesetzten Zustand von Membranschicht 24 und Zellrahmen 14 mit den Kanalstrukturen 34 des Zellrahmens 14 fluchten und somit einen geschlossenen Fluidkanal bilden . In configurations that are not shown, it is possible for the membrane layer 24 to have counter-channel structures in the non-ion-conducting region 32, which are designed to correspond to the channel structures 34 of the cell frame 14 and are arranged in such a way that, when the membrane layer 24 and the cell frame 14 are in the assembled state, they are aligned with the channel structures 34 of the cell frame 14 and thus form a closed fluid channel.
In Figur 2 sind außerdem optionale Dichtungselemente 40 gezeigt , welche zwischen Membranschicht 24 und Zellrahmen 14 angeordnet sind . Die Dichtungselemente 40 sind beispielhaft in Form von Dichtungsringen ausgebildet , welche in entsprechenden Nuten 42 an der Zellrahmenoberfläche 28 des Zellrahmens 14 angeordnet sind . Vorteilhafterweise umlaufen die Dichtungselemente 40 und die Nuten 42 die Rahmenöf fnung 16 vollständig . FIG. 2 also shows optional sealing elements 40 which are arranged between membrane layer 24 and cell frame 14 . The sealing elements 40 are designed, for example, in the form of sealing rings, which are arranged in corresponding grooves 42 on the cell frame surface 28 of the cell frame 14 . Advantageously, the sealing elements 40 and the grooves 42 completely surround the frame opening 16 .
Die in Figur 2 schematisch dargestellte Membranschicht 24 kann grundsätzlich verschiedene Ausgestaltungen einnehmen, insbesondere einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein (vgl . Figuren 3a bis 6 ) . The membrane layer 24 shown schematically in FIG. 2 can in principle take on different configurations, in particular it can be designed in one piece or in multiple pieces (cf. FIGS. 3a to 6).
Wie in den Figuren 3a und 3b schematisch dargestellt , kann die Membranschicht 24 beispielsweise durch eine Kunststof f folie 44 bereitgestellt sein, welche bereichsweise aus einem ionenleitenden Material
( ionenleitender Bereich 30 ) und bereichsweise aus einem nicht-ionenleitenden Material (nicht-ionenleitender Bereich 32 ) hergestellt ist ( in den Figuren 3a und 3b durch die unterschiedlichen Schattierungen hervorgehoben) . As shown schematically in FIGS. 3a and 3b, the membrane layer 24 can be provided, for example, by a plastic film 44, which in some areas consists of an ion-conducting material (Ionically conductive area 30) and is made in some areas from a non-ionically conductive material (non-ionically conductive area 32) (highlighted in FIGS. 3a and 3b by the different shades).
Die Figuren 4 bis 6 zeigen weitere beispielhafte Ausgestaltungen der Membranschicht 24 j eweils in einer Schnittansicht analog zu Figur 3b, wobei eine Grundform der j eweiligen Membranschicht 24 , insbesondere die Flächenausdehnung und relative Anordnung des ionenleitenden Bereichs 30 und des nicht-ionenleitenden Bereichs 32 , der in Figur 3a gezeigten Ausgestaltung entspricht . Figures 4 to 6 show further exemplary configurations of the membrane layer 24, each in a sectional view analogous to Figure 3b, with a basic shape of the respective membrane layer 24, in particular the surface area and relative arrangement of the ion-conducting area 30 and the non-ion-conducting area 32, the corresponds to the configuration shown in FIG. 3a.
Bei einer in Figur 4 dargestellten Ausgestaltung umfasst die Membranschicht 24 eine Basis folie 46 , welche voll flächig aus einem ionenleitenden Material hergestellt ist (bspw . aus einer PFSA-Membran) . Die Basis folie 46 weist bereichsweise eine Oberflächenbeschichtung 48 auf , welche eine lonenleitung unterbindet . Die Oberflächenbeschichtung 48 ist in dem dargestellten Beispiel beidseitig in einem Randbereich 49 der Basis folie 46 vorgesehen, analog zu dem in Figur 3a dargestellten nicht-ionenleitenden Bereich 32 . Der Randbereich 49 der Basis folie 46 mit Oberflächenbeschichtung 48 bildet insofern den nicht- ionenleitenden Bereich 32 . Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen kann die Oberflächenbeschichtung 48 auch nur an einer Seite der Basis folie 46 vorgesehen sein . In an embodiment shown in FIG. 4, the membrane layer 24 comprises a base film 46 which is made of an ion-conducting material over its entire surface (for example a PFSA membrane). The base film 46 has a surface coating 48 in certain areas, which prevents ion conduction. In the example shown, the surface coating 48 is provided on both sides in an edge region 49 of the base film 46, analogously to the non-ionically conductive region 32 shown in FIG. 3a. The edge area 49 of the base film 46 with the surface coating 48 forms the non-ionically conductive area 32 in this respect. In the case of configurations that are not shown, the surface coating 48 can also be provided on only one side of the base film 46 .
Bei einer weiteren, in Figur 5 dargestellten Ausgestaltung ist die Membranschicht 24 mehrteilig ausgebildet . In dem
dargestellten Beispiel umfasst die Membranschicht 24 eine ionenleitende Folie 50, welche den ionenleitenden Bereich 30 bereitstellt . Beispielsweise kann die ionenleitende Folie 50 aus einer PFSA-Membran hergestellt sein. Die Membranschicht 24 umfasst außerdem eine nicht-ionenleitende Randschicht 51, welche den nicht-ionenleitenden Bereich 32 bereitstellt . Wie aus Figur 5 ersichtlich, ist die Randschicht 51 in dem dargestellten Beispiel aus zwei nicht-ionenleitende Kunststofffolien 52-1, 52-2 gebildet. Die nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 sind beispielhaft und bevorzugt rahmenförmig ausgebildet und umgrenzen eine zentrale Öffnung 54, in welcher die ionenleitende Folie 50 angeordnet ist. Beispielhaft und bevorzugt weist die zentrale Öffnung 54 die gleiche Flächenausdehnung wie die Wirkfläche 22 auf. Wie aus Figur 5 ersichtlich, sind die beiden nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 aufeinandergestapelt, wobei zwischen den beiden nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 die ionenleitende Folie 50 angeordnet ist. In a further configuration shown in FIG. 5, the membrane layer 24 has a multi-part design. In which illustrated example, the membrane layer 24 comprises an ion-conducting film 50 which provides the ion-conducting region 30 . For example, the ionically conductive foil 50 can be made of a PFSA membrane. The membrane layer 24 also includes a non-ionically conductive edge layer 51 which provides the non-ionically conductive region 32 . As can be seen from FIG. 5, the edge layer 51 in the example shown is formed from two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2. The non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 are, for example and preferably, designed in the shape of a frame and delimit a central opening 54 in which the ion-conducting film 50 is arranged. By way of example and preferably, the central opening 54 has the same surface area as the active surface 22 . As can be seen from FIG. 5, the two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 are stacked on top of one another, with the ion-conducting film 50 being arranged between the two non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2.
Die ionenleitende Folie 50 und die nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 können insbesondere stoff schlüssig miteinander verbunden sein, bspw. mittels Kleben, Schweißen und/oder Laminieren. Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen können auch nur eine oder mehr als zwei nicht-ionenleitende Folien 52-1, 52-2 vorgesehen sein. The ion-conducting film 50 and the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 can in particular be connected to one another with a material fit, for example by means of gluing, welding and/or laminating. In the case of configurations that are not shown, only one or more than two non-ion-conducting films 52-1, 52-2 can also be provided.
Die nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 können beispielhaft aus Polyethylen (PE) , Polypropylen (PP) ,
Polyvinylchlorid (PVC) , Polyvinylidenf luorid (PVDF) , Polyphenylensulfid (PPS) , Polytetrafluorethylen (PTFE) oder aus Kombinationen aus den genannten Materialien hergestellt sein. Es ist auch möglich, dass die nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) oder aus einem reinen Elastomer, wie bspw. einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) , Fluorkautschuk oder Silikonkautschuk hergestellt sind. The non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 can be made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), Polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulfide (PPS), polytetrafluoroethylene (PTFE) or combinations of the materials mentioned. It is also possible for the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2 to be made from a thermoplastic elastomer (TPE) or from a pure elastomer, such as an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), fluororubber or silicone rubber are.
Optional kann zwischen den nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 eine formstabile Schicht 56 eingelegt sein, bspw. in Form einer metallischen Folie oder einer faserverstärkten Kunststoffmatte. Wie in Figur 6 beispielhaft dargestellt, ist die formstabile Schicht 56 vorzugsweise von den nicht-ionenleitenden Kunststofffolien 52-1, 52-2 vollständig umschlossen, sodass die formstabile Schicht 56 gegenüber der Elektrode 16 elektrisch isoliert ist. Beispielhaft und bevorzugt umläuft die formstabile Schicht 56 die Öffnung 54 vollständig. Optionally, a dimensionally stable layer 56 can be inserted between the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2, for example in the form of a metallic film or a fiber-reinforced plastic mat. As shown by way of example in FIG. 6, the dimensionally stable layer 56 is preferably completely enclosed by the non-ion-conducting plastic films 52-1, 52-2, so that the dimensionally stable layer 56 is electrically insulated from the electrode 16. By way of example and preferably, the dimensionally stable layer 56 completely surrounds the opening 54 .
Wie bereits erwähnt, dient ein vorstehend beschriebenes Zellelement 10 insbesondere zur Verwendung in einer Redox- Flow-Zelle 12 (vgl. Figur 7) . Eine solche Zelle 12 umfasst grundsätzlich zwei Habzellen 58-1, 58-2, welche durch eine Membranschicht 24 voneinander getrennt sind. Jede Halbzelle 58-1, 58-2 umfasst ihrerseits einen Zellrahmen 14-1, 14-2 und eine Elektrode 18-1, 18-2, wobei die Elektrode 18-1, 18-2 beispielhaft und bevorzugt in einer Rahmenöffnung 16- 1, 16-2 des jeweiligen Zellrahmens 14-1, 14-2 angeordnet ist. Die in Figur 7 dargestellte Zelle 12 umfasst insofern
ein vorstehend beschriebenes Zellelement 10 (Zellrahmen 14- 1, Elektrode 18-1 und Membranschicht 24) sowie einen weiteren Zellrahmen 14-2 mit Elektrode 18-2. Mit anderen Worten stellt ein vorstehend beschriebenes Zellelement 10 eine Halbzelle 58-1 sowie die Membranschicht 24 der Zelle 12 bereit. As already mentioned, a cell element 10 described above is used in particular for use in a redox flow cell 12 (cf. FIG. 7). Such a cell 12 basically comprises two half cells 58 - 1 , 58 - 2 which are separated from one another by a membrane layer 24 . Each half-cell 58-1, 58-2 in turn comprises a cell frame 14-1, 14-2 and an electrode 18-1, 18-2, the electrode 18-1, 18-2 being exemplarily and preferably in a frame opening 16-1 , 16-2 of the respective cell frame 14-1, 14-2 is arranged. The cell 12 shown in FIG. 7 comprises in this respect a cell element 10 described above (cell frame 14-1, electrode 18-1 and membrane layer 24) and a further cell frame 14-2 with electrode 18-2. In other words, a cell element 10 described above provides a half-cell 58 - 1 and the membrane layer 24 of the cell 12 .
Wie aus Figur 7 ersichtlich, sind die Zellrahmen 14-1, 14-2 beispielhaft und bevorzugt identisch ausgebildet, jedoch relativ zueinander um 180° um die Membranebene geklappt.As can be seen from FIG. 7, the cell frames 14-1, 14-2 are, by way of example and preferably, of identical design, but are folded relative to one another by 180° about the plane of the membrane.
Die Membranschicht 24 liegt an beiden Zellrahmen 14-1, 14-2 in analoger Weise an. Für die weitere Ausgestaltung der Zellrahmen 14-1, 14-2, der Elektroden 18-1, 18-2 und der Membranschicht 24 sowie deren relativer Anordnung wird auf die vorstehend in Bezug auf das Zellelement 10 beschriebenen Ausgestaltungen verwiesen. The membrane layer 24 bears against both cell frames 14-1, 14-2 in an analogous manner. For the further configuration of the cell frames 14-1, 14-2, the electrodes 18-1, 18-2 and the membrane layer 24 and their relative arrangement, reference is made to the configurations described above in relation to the cell element 10.
In einer Redox-Flow-Batterie können eine Mehrzahl solcher Zellen 12 in einer Stapelrichtung 60 zu einem Zellstack (nicht dargestellt) aufeinandergestapelt und durch einIn a redox flow battery, a plurality of such cells 12 can be stacked on top of one another in a stacking direction 60 to form a cell stack (not shown) and by a
Verspannsystem (nicht dargestellt) gegeneinander verpresst sein. Zur elektrischen Verbindung benachbarter Zellen 12 kann in einem solchen Zellstack zwischen den einzelnen Zellen 12 jeweils eine Bipolarplatte 62 angeordnet sein. In Figur 7 sind beispielhaft zwei solcher Bipolarplatten 62-1, 62-2 dargestellt, welche jeweils an derjenigen Zellrahmenoberfläche 64-1, 64-2 des entsprechenden Zellrahmens 14 angeordnet sind, welche der Zellrahmenfläche 28, an dem die Membranschicht 24 anliegt, gegenüberliegt. Vorzugsweise bedecken die Bipolarplatten 62-1, 62-2
ebenfalls die Rahmenöf fnung 16 und somit die Wirkfläche 22 vollständig . Zur Abdichtung der Bipolarplatten 62- 1 , 62-2 gegenüber den Zellrahmen 14 können optionale Dichtungselemente 66 vorgesehen sein, welche analog zu den vorstehend beschriebenen Dichtungselementen 40 zwischen Zellrahmen 14 und Membranschicht 24 ausgebildet und angeordnet sein können .
Verspannsystem (not shown) be pressed against each other. A bipolar plate 62 can be arranged in such a cell stack between the individual cells 12 for the electrical connection of adjacent cells 12 . FIG. 7 shows two such bipolar plates 62-1, 62-2, which are each arranged on that cell frame surface 64-1, 64-2 of the corresponding cell frame 14 which is opposite the cell frame surface 28 on which the membrane layer 24 rests. Preferably, the bipolar plates cover 62-1, 62-2 also the frame opening 16 and thus the active surface 22 completely. To seal off the bipolar plates 62-1, 62-2 from the cell frame 14, optional sealing elements 66 can be provided, which can be configured and arranged analogously to the sealing elements 40 described above between the cell frame 14 and the membrane layer 24.
Claims
27 27
Patentansprüche Zellelement (10) für eine Redox-Flow-Batterie, umfassend Claims Cell element (10) for a redox flow battery, comprising
- einen Zellrahmen (14) , welcher eine Rahmenöffnung (16) definiert; - A cell frame (14) defining a frame opening (16);
- eine Elektrode (18) , welche innerhalb der Rahmenöffnung (16) angeordnet ist und eine Wirkfläche (22) des Zellelements (10) bereitstellt ;- An electrode (18), which is arranged within the frame opening (16) and provides an active surface (22) of the cell element (10);
- eine Membranschicht (24) , welche derart ausgebildet und relativ zu dem Zellrahmen (14) angeordnet ist, dass sie die Rahmenöffnung (16) überdeckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranschicht (24) wenigstens einen ionenleitenden Bereich (30) und wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich (32) aufweist . Zellelement (10) nach Anspruch 1, wobei der wenigstens eine ionenleitende Bereich (30) der Membranschicht (24) die nahezu gleiche Flächenausdehnung wie die Wirkfläche (22) aufweist, insbesondere die Wirkfläche bis auf einen Randbereich vollständig überdeckt. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der wenigstens eine nicht-ionenleitende Bereich (32) den wenigstens einen ionenleitenden Bereich (30) umgibt, insbesondere wobei die Membranschicht (24) mit dem wenigstens einen nicht-ionenleitenden Bereich (32) an dem Zellrahmen (14) anliegt.
Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Membranschicht (24) die gleiche Außenabmessung wie der Zellrahmen (14) aufweist. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Zellrahmen (14) eine in Richtung zu der Membranschicht (24) offene Kanalstruktur (34) zur Zu- und/oder Abführung von Fluiden in die Rahmenöffnung (16) umfasst, wobei die Membranschicht (24) , insbesondere in dem wenigstens einen nicht- ionenleitenden Bereich (32) , eine in Richtung zu dem Zellrahmen (14) offene, korrespondierende Gegenkanalstruktur derart aufweist und der Zellrahmen (14) und die Membranschicht (24) derart relativ zueinander angeordnet sind, dass die Kanalstruktur (34) und die Gegenkanalstruktur einen gemeinsamen Fluidkanal bilden. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Membranschicht (24) eine Kunststofffolie (44) umfasst, insbesondere aus einer einzelnen Kunststofffolie (44) besteht, welche bereichsweise ionenleitend und bereichsweise nicht-ionenleitend ausgebildet ist. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Membranschicht (24) eine Basisfolie (46) umfasst, welche aus einem ionenleitenden Material hergestellt ist, wobei die Basisfolie (46) - zur- a membrane layer (24), which is designed and arranged relative to the cell frame (14) in such a way that it covers the frame opening (16), characterized in that the membrane layer (24) has at least one ion-conducting region (30) and at least one non-ion-conducting region -Ionically conductive region (32). Cell element (10) according to claim 1, wherein the at least one ion-conducting area (30) of the membrane layer (24) has almost the same surface area as the active area (22), in particular completely covering the active area except for an edge area. Cell element (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one non-ion-conducting area (32) surrounds the at least one ion-conducting area (30), in particular the membrane layer (24) with the at least one non-ion-conducting area (32). the cell frame (14) rests. Cell element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane layer (24) has the same external dimensions as the cell frame (14). Cell element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the cell frame (14) comprises a channel structure (34) open in the direction of the membrane layer (24) for supplying and/or discharging fluids into the frame opening (16), the membrane layer (24), in particular in the at least one non-ion-conducting region (32), has a corresponding counter-channel structure which is open in the direction of the cell frame (14) and the cell frame (14) and the membrane layer (24) are arranged relative to one another in this way, that the channel structure (34) and the counter-channel structure form a common fluid channel. Cell element (10) according to one of the preceding claims, wherein the membrane layer (24) comprises a plastic film (44), in particular consists of a single plastic film (44) which is partially ion-conductive and partially non-ion-conductive. Cell element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane layer (24) comprises a base film (46) which is made of an ionically conductive material, wherein the base film (46) - for
Bildung des wenigstens einen nicht-ionenleitendenforming the at least one non-ionically conductive
Bereichs (32) - bereichsweise eine
Oberflächenveränderung derart aufweist, dass lonenleitung unterbunden ist, insbesondere wobei die Basisfolie (46) bereichsweise eine lonenleitung unterbindende Oberflächenbeschichtung (48) aufweist. Area (32) - one by area Has a surface change such that ion conduction is prevented, in particular wherein the base film (46) has a surface coating (48) that prevents ion conduction in some areas.
8. Zellelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Membranschicht (24) wenigstens eine ionenleitende Folie (50) und eine nicht-ionenleitende Randschicht (51) umfasst, insbesondere wobei die wenigstens eine ionenleitende Folie (50) und die nicht-ionenleitende Randschicht (51) fluiddicht, insbesondere stoff schlüssig, miteinander verbunden sind . 8. Cell element (10) according to one of claims 1 to 5, wherein the membrane layer (24) comprises at least one ion-conducting film (50) and a non-ion-conducting edge layer (51), in particular wherein the at least one ion-conducting film (50) and the non-ion-conducting edge layer (51) fluid-tight, in particular cohesively, are connected to each other.
9. Zellelement (10) nach Anspruch 8, wobei die nicht- ionenleitende Randschicht (51) eine Mehrzahl von aufeinander gestapelten Kunststofffolien (52-1, 52-2) umfasst . 9. cell element (10) according to claim 8, wherein the non-ion-conductive edge layer (51) comprises a plurality of stacked plastic films (52-1, 52-2).
10. Zellelement (10) nach Anspruch 9, wobei zwischen zumindest zwei Kunststofffolien (52-1, 52-2) eine formstabile Schicht (56) eingebracht ist. 10. Cell element (10) according to claim 9, wherein a dimensionally stable layer (56) is introduced between at least two plastic films (52-1, 52-2).
11. Zellelement (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die nicht-ionenleitende Randschicht (51) aus Polyethylen (PE) , Polypropylen (PP) , Polyvinylchlorid (PVC) , Polyvinylidenf luorid (PVDF) , Polyphenylensulfid (PPS) oder Polytetrafluorethylen (PTFE) oder Kombinationen aus den genannten Materialien hergestellt ist.
12. Zellelement (10) nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die nicht-ionenleitende Randschicht (51) aus einem nicht-ionenleitenden Elastomer, insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer (TPE) oder aus einem Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM) , einem Fluorkautschuk (FKM) , einem Silikonkautschuk oder einer Kombination aus den genannten Materialien, hergestellt ist. 11. Cell element (10) according to any one of claims 8 to 10, wherein the non-ion-conducting edge layer (51) made of polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyphenylene sulfide (PPS) or Polytetrafluoroethylene (PTFE) or combinations of the materials mentioned is made. 12. Cell element (10) according to one of claims 8 to 10, wherein the non-ion-conducting edge layer (51) consists of a non-ion-conducting elastomer, in particular a thermoplastic elastomer (TPE) or an ethylene-propylene-diene rubber (EPDM ) , a fluorine rubber (FKM), a silicone rubber or a combination of the materials mentioned.
13. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der wenigstens eine ionenleitende Bereich (30) der Membranschicht (24) aus einem selektiv Anionen leitenden Material oder aus einem selektiv Kationen leitenden Material oder aus einem porösen Material hergestellt ist. 13. Cell element (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one ion-conducting region (30) of the membrane layer (24) is made of a selectively anion-conducting material or of a selectively cation-conducting material or of a porous material.
14. Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Membranschicht (24) eine Dicke zwischen 0,005 und 5,0 mm aufweist, insbesondere zwischen 0,01 bis 0,1 mm, weiter insbesondere zwischen 0,03 und 1,0 mm. 14. Cell element (10) according to any one of the preceding claims, wherein the membrane layer (24) has a thickness between 0.005 and 5.0 mm, in particular between 0.01 and 0.1 mm, further in particular between 0.03 and 1.0 mm.
15. Membranschicht (24) zur Verwendung in einem Zellelement (10) nach einem der vorherigen Ansprüche.
15 membrane layer (24) for use in a cell element (10) according to any one of the preceding claims.
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NENP | Non-entry into the national phase |
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