DE102012221072A1 - Redox flow battery for supplying electrical power, has cell that is composed of electrode frame for receiving felt or fleece-electrodes on which electrolyte is supplied for generating electrical power - Google Patents

Abstract

The redox flow battery (1) has cell (2) that is composed of two half cells (3,4). Each half cell has electrode frame (5,6) that is provided with electrode receiving through hole (7,8) via which felt or fleece-electrodes (9,10) are inserted. A supply channel is provided for supplying electrolyte to electrodes, and discharge channel is provided for discharging the electrolyte after flowing through electrodes. A feed channel is provided along the through hole, and cross-sectional flow of electrolyte from one end to other end is continuously reduced.

Description

Die Erfindung betrifft eine Redox-Flow-Batterie, umfassend wenigstens eine Zelle bestehend aus zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Elektrolyten durchströmbaren Filz- oder Vlies-Elektrode, die über eine Membran getrennt sind, wobei jede Halbzelle einen Elektrodenrahmen umfasst, der eine die Elektrode aufnehmenden Durchbrechung sowie einen Zuführkanal zum Zuführen des Elektrolyten zur Elektrode und einen Abführkanal zum Abführen des Elektrolyten nach Durchströmen der Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegend jeweils randseitig und zur Durchbrechung hin offen angeordnet sind. The invention relates to a redox flow battery, comprising at least one cell consisting of two half-cells, each with a permeable by an electrolyte felt or nonwoven electrode, which are separated by a membrane, each half-cell comprises an electrode frame, one of the electrode receiving aperture and a feed channel for supplying the electrolyte to the electrode and a discharge channel for discharging the electrolyte after flowing through the electrode, which are arranged opposite each other at the edge and open towards the opening.

Eine Redox-Flow-Batterie ist ein Akkumulator, wobei die elektrische Energie in zwei die Reaktionspartner enthaltenen Elektrolyten gespeichert wird. Die extern zur eigentlichen Reaktionszelle vorhandenen Elektrolyte zirkulieren in zwei getrennten Kreisläufen durch jeweils eine Halbzelle der Batterie, wobei die Halbzellen mittels einer Membran voneinander getrennt sind, welche Membran einen Ionenaustausch ermöglicht. Um diese Zirkulation zu ermöglichen, ist es erforderlich, die Elektrolyte, die in Tanks extern zur eigentlichen Zelle aufbewahrt sind, mittels geeigneter Pumpen durch die porösen Filz- oder Vlieselektroden zu pumpen, an welchen Elektroden die chemische Reaktion stattfindet. Dabei sollte für einen guten Wirkungsgrad das Vlies möglichst gleichmäßig durchströmt werden, um eine lokale Verarmung der Reaktionsspezies aufgrund zu langer Verweilzeiten in der Elektrode zu vermeiden. Ein Überschreiten des Verweilzeitmaximums würde zu einer Minimierung der Stromdichte über die Elektrodenfläche führen und damit zu einer Minderung der Leistungsperformance und der Effizienz der Batterie. Das Lösungsmittel, in dem die Elektrolyte gelöst sind, ist entweder eine anorganische oder organische Säure, z. B. Schwefelsäure. Als Redoxpaare sind Verbindungen aus Vanadium, Eisen, Chrom, Zink, Brom oder Titan bekannt, wobei übliche Paarungen, z. B. V/V, Fe/Cr oder Zn/Br sind. A redox flow battery is an accumulator, the electrical energy being stored in two electrolytes containing the reactants. The electrolytes present externally to the actual reaction cell circulate in two separate circuits through a respective half-cell of the battery, the half-cells being separated from one another by means of a membrane, which membrane permits ion exchange. In order to facilitate this circulation, it is necessary to pump the electrolytes stored in tanks external to the actual cell by means of suitable pumps through the porous felt or non-woven electrodes on which electrodes the chemical reaction takes place. In this case, the fleece should be flowed through as uniformly as possible for a good efficiency in order to avoid local depletion of the reaction species due to long residence times in the electrode. Exceeding the residence time maximum would lead to a minimization of the current density across the electrode surface and thus to a reduction in the performance and the efficiency of the battery. The solvent in which the electrolytes are dissolved is either an inorganic or organic acid, e.g. For example, sulfuric acid. As redox couples compounds of vanadium, iron, chromium, zinc, bromine or titanium are known, with conventional pairings, for. As V / V, Fe / Cr or Zn / Br are.

Aufgrund der Viskosität des säurebasierten Elektrolyten ist ein nicht zu unterschätzender Pumpaufwand nötig, um den Elektrolyten durch die poröse Filz- oder Vlieselektrode zu pumpen. Um den Strömungswiderstand zu minimieren ist ein möglichst homogener Fluss mit im Optimalfall minimaler Strömungsgeschwindigkeit bei gerade maximaler Verweilzeit des Elektrolyten durch die Elektrode wünschenswert. Für gewöhnlich wird jedoch im Betrieb eine um ein Vielfaches höhere Strömungsgeschwindigkeit eingestellt, um durch Überschreitung der maximalen Verweilzeit Inomogenitäten in der Durchströmung zu vermeiden. Die Einstellung eines homogenen Strömungsprofils ist jedoch bei bekannten Batterien, insbesondere bei relativ geringer Strömungsgeschwindigkeit, kaum möglich. Dies resultiert aus der Ausgestaltung der Zuführ- und Abführkanäle, also der Einlässe und Auslässe, über die der Elektrolyt der Elektrode zu- respektive von der Elektrode abgeführt wird. Hier kommt es für gewöhnlich aufgrund von Druckgradienten zu unterschiedlichen Strömungsverteilungen und Geschwindigkeiten innerhalb der Elektrode und zu ungewünschten Bypassströmungen. Due to the viscosity of the acid-based electrolyte, a considerable pumping effort is required to pump the electrolyte through the porous felt or non-woven electrode. In order to minimize the flow resistance, a flow which is as homogeneous as possible, with a minimum flow rate in the optimum case and a just maximum residence time of the electrolyte through the electrode, is desirable. Usually, however, a much higher flow rate is set in operation in order to avoid by exceeding the maximum residence time inomogeneities in the flow. The setting of a homogeneous airfoil, however, is hardly possible in known batteries, in particular at a relatively low flow rate. This results from the configuration of the feed and discharge channels, ie the inlets and outlets, via which the electrolyte of the electrode is respectively discharged from the electrode. Due to pressure gradients, different flow distributions and velocities within the electrode and undesired bypass flows usually occur.

Die Elektrode ist meist in einem geschlossenen Elektrodenrahmen eingeschlossen, der hierzu eine entsprechende, üblicherweise recht- oder viereckige Durchbrechung aufweist, in die die Elektrode eingesetzt ist. Stirnseitig an den Rahmeninnenrändern sind, aneinander gegenüberliegend, im einfachsten Fall je ein zentraler Zuführkanal und ein zentraler Abführkanal in Form einfacher Bohrungen vorgesehen, die von dort zu entsprechend weiterführenden Kanalabschnitten führen. Hier wird also quasi, bezogen auf die Längsseite der Elektrode, der Elektrolyt punktuell zugeführt respektive abgeführt, sodass sich ein stark inhomogenes Druck- bzw. Geschwindigkeitsprofil, mithin also ein inhomogenes Strömungsprofil ergibt. Eine Verbesserung wird dadurch erreicht, dass, gesehen über die Länger der Rahmeninnenseite, verteilt mehrerer solcher Bohrungen, also punktueller Zuführ- und Abführkanäle ausgebildet werden, gegebenenfalls in Verbindung mit aufgesetzten Gittern oder ähnlichem, um auf diese Weise einen künstlichen Strömungswiderstand aufzubauen, der größer als der der Filz- oder Vlieselektrode ist. Damit baut sich ein einigermaßen gleichmäßiger Druck im Zuführkanal und innerhalb der Elektrode vor dem Abführkanal auf. Der Strömungsdurchfluss wird nicht durch die Elektrode dominiert, sondern durch den Druckaufbau des künstlich eingebrachten Strömungswiderstands. Um eine möglichst homogene Durchströmung zu gewährleisten ist jedoch eine Variation der Größe von Zuführ- und Abführkanälen, also der Öffnungen, entlang der Rahmeninnenseiten erforderlich, wie auch eine möglichst hohe Öffnungsanzahl, was die Fertigung sehr aufwendig macht. Nur bei einer hohen Anzahl von im Querschnitt unterschiedlichen Kanalöffnungen ist eine Homogenität zumindest näherungsweise erreichbar. The electrode is usually enclosed in a closed electrode frame, which for this purpose has a corresponding, usually right-angled or quadrilateral opening into which the electrode is inserted. The front side of the frame inner edges are, opposite each other, in the simplest case, each provided a central feed channel and a central discharge channel in the form of simple holes that lead from there to correspondingly continuing channel sections. Here, so to speak, based on the longitudinal side of the electrode, the electrolyte is selectively supplied or discharged, so that a highly inhomogeneous pressure or velocity profile, thus resulting in an inhomogeneous flow profile. An improvement is achieved in that, as seen over the Länger the frame inside, distributed more of such holes, so punctual feed and discharge channels are formed, optionally in conjunction with patch grids or the like, to build in this way an artificial flow resistance, which is greater than that of the felt or non-woven electrode. This builds up a reasonably uniform pressure in the feed channel and within the electrode in front of the discharge channel. The flow rate is not dominated by the electrode, but by the pressure build-up of the artificially introduced flow resistance. In order to ensure the most homogeneous possible flow, however, a variation of the size of supply and discharge channels, so the openings, along the frame inside pages required, as well as the highest possible number of openings, which makes the production very expensive. Homogeneity can be achieved at least approximately only with a high number of channel openings differing in cross section.

Der Erfindung liegt damit das Problem zugrunde, eine Redox-Flow-Batterie anzugeben, die einfach aufgebaut respektive herstellbar ist und ein weitgehend homogenes Strömungsprofil des Elektrolyten über die Elektrode ermöglicht. The invention is therefore based on the problem to provide a redox flow battery that is simple in construction and can be produced and allows a substantially homogeneous flow profile of the electrolyte through the electrode.

Zur Lösung dieses Problems ist bei einer Redox-Flow-Batterie der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich der Zuführkanal längs der Durchbrechung erstreckt und sich sein Strömungsquerschnitt vom einen zum anderen Ende hin kontinuierlich verringert. To solve this problem, it is provided according to the invention in a redox flow battery of the type mentioned that the feed channel extends along the opening and its flow cross-section continuously decreases from one end to the other.

Erfindungsgemäß zeichnet sich der entlang der Rahmeninnenseite über seine gesamte Länge hin offene Zuführkanal durch einen über seine Länge kontinuierlich abnehmenden Strömungsquerschnitt aus. Das heißt, er verläuft nicht geradlinig und parallel zur Rahmeninnenkante, sondern, worauf nachfolgend noch eingegangen wird, schräg oder gegebenenfalls auch längs einer leichten Bogenlinie. Unabhängig von der konkreten Geometrie ergibt sich jedoch eine permanente Verringerung des Strömungsquerschnitts, also eine Verringerung bzw. Verschmälerung des Einlasskanals. Im Idealfall bildet diese Veränderung des Strömungsquerschnitts den Volumenverlust durch Übertritt des Elektrolyten in das Vlies für eine homogene Durchströmung ab. Die Vlieselektrode stellt einen Strömungswiderstand dar, wobei sich durch diese Querschnittsverringerung in Verbindung mit dem gegebenen Strömungswiderstand die Druckvereinheitlichung erreichen lässt. Das heißt, dass sich durch eine Anpassung der Kanalgeometrie letztlich die sich aus der nur an einem Ende erfolgenden Zuströmung in den längs der Innenkante des Rahmens verlaufenden Kanal ergebenden Druckunterschiede weitestgehend ausgeglichen werden könne, sodass sich, gesehen über die gesamte Kanallänge und damit auch die gesamte, stirnkantenseitige Einströmfläche in die Filz- oder Vlieselektrode eine homogene Strömungsverteilung respektive Durchströmung mit nahezu isobarem Einströmdruck ergibt. Aus der Querschnittsvariation respektive letztlich dem Schmälerwerden des Zuströmkanals mit zunehmender Kanallänge wird der mit zunehmender Kanallänge absinkende Druck des einströmenden Elektrolyts lokal erhöht, worüber die Druckhomogenisierung erreicht wird, sodass der Elektrolyt über die gesamte Kanallänge nahezu isobar in die Elektrode eintritt. According to the invention, the feed channel, which is open along its entire length along the inside of the frame, is characterized by a flow cross-section that continuously decreases over its length. That is, it is not straight and parallel to the frame inner edge, but, as will be discussed below, obliquely or optionally along a slight arc line. Regardless of the specific geometry, however, results in a permanent reduction of the flow cross section, ie a reduction or narrowing of the inlet channel. Ideally, this change in the flow cross-section is the volume loss by the passage of the electrolyte into the web for a homogeneous flow. The fleece electrode represents a flow resistance, which can be achieved by this cross-sectional reduction in conjunction with the given flow resistance, the pressure uniformization. This means that by adjusting the channel geometry ultimately resulting from the only occurring at one end inflow into the running along the inner edge of the frame channel pressure differences can be largely compensated, so that, seen over the entire channel length and thus the entire , Front edge-side inflow into the felt or nonwoven electrode results in a homogeneous flow distribution or flow with almost isobaric Einströmdruck. From the cross-sectional variation or ultimately the narrowing of the inflow channel with increasing channel length, the decreasing pressure of the inflowing electrolyte is increased locally with increasing channel length, whereby the pressure homogenization is achieved so that the electrolyte enters the electrode almost isobarically over the entire channel length.

Der Kanal selbst ist vorzugsweise als längslaufende Nut ausgeführt, die nicht parallel zur Rahmeninnenseite oder Innenkante verläuft. Diese über die gesamte Kanallänge laufende Nut kann auf einfache Weise in den Rahmen, der vorzugsweise aus Kunststoff gefertigt ist, eingebracht werden. Sie weist einen runden oder rechteckigen Querschnitt auf, je nachdem, wie die Nut nun konkret hergestellt wird. Eine Alternative ist es, sie mittels eines von einer äußeren Rahmenstirnseite her eingeführten Bohrers auszubohren, wobei durch entsprechende winklige Anstellung des Bohrers der Kanalwinkel eingestellt wird. In diesem Fall bildet sich eine im Querschnitt gerundete Nut aus. Denkbar ist es aber auch, nachdem insbesondere bei größeren Rahmen mit Seitenlängen von mehreren 10 cm bis hin zu ca. 80–100 cm eine hinreichend große, die Elektrode aufnehmende Durchbrechung gegeben ist, die Nut mittels eines Stirnfräsers unmittelbar innenkantenseitig auszufräsen, sodass sich ein rechteckiger Querschnitt ergibt. Der Rahmen selbst ist wie beschrieben vorzugsweise aus Kunststoff, wobei hierfür jeder säurebeständige und nicht leitende Kunststoff verwendet werden kann. Lediglich exemplarisch sei PVC genannt. The channel itself is preferably designed as a longitudinal groove, which does not run parallel to the frame inside or inside edge. This running over the entire channel length groove can be easily in the frame, which is preferably made of plastic, are introduced. It has a round or rectangular cross-section, depending on how the groove is now made concrete. An alternative is to drill them out by means of a drill introduced from an outer frame end face, wherein the channel angle is adjusted by appropriate angled setting of the drill. In this case, a groove rounded in cross section is formed. But it is also conceivable, in particular for larger frames with side lengths of several 10 cm up to about 80-100 cm, a sufficiently large, the electrode receiving opening is given to directly rake the groove by means of an end mill inside edge, so that a rectangular Cross section results. The frame itself is preferably made of plastic as described, and any acid-resistant and non-conductive plastic can be used for this purpose. Only exemplary is called PVC.

Wie beschrieben variiert der Zuführkanal im Strömungsquerschnitt, er nimmt kontinuierlich von einem Ende zum anderen hin ab. Ist der Kanal als längslaufende, über die gesamte Länge hin offene Nut ausgeführt, so steigt folglich der Nutboden von einem Ende zum anderen Ende hin etwas an, verläuft also unter einem Winkel. Dabei kann die Nut geradlinig unter einem gleichbleibenden Winkel verlaufen, das heißt, dass sich eine lineare Querschnittsverringerung ergibt. Der Nutgrund verläuft also nicht parallel zur Innenkantenebene, jedoch geradlinig. Alternativ ist es auch möglich, die Nut unter einem sich über die Nutlänge ändernden Winkel auszuführen. Dies ermöglicht es, den Nutgrund gemäß einer leichten Bogenbahn mit sich änderndem Winkel auszuführen, also beispielsweise von einem kleineren Winkel im Bereich des Kanaleingangs zu einem größeren Winkel zum Ende hin auszugestalten. Hierüber kann wiederum eine gezielte Beeinflussung des Druckprofils und damit auch des Strömungsprofils erreicht werden. As described, the feed channel varies in the flow area, decreasing continuously from one end to the other. If the channel is designed as a longitudinal groove that is open over the entire length, the groove bottom thus rises somewhat from one end to the other, ie it extends at an angle. In this case, the groove can extend in a straight line at a constant angle, that is, results in a linear reduction in cross-section. The groove bottom thus does not run parallel to the inner edge plane, but rectilinear. Alternatively, it is also possible to perform the groove under a changing over the groove length angle. This makes it possible to carry out the groove base according to a slight arc path with a changing angle, so for example, from a smaller angle in the region of the channel entrance to a larger angle to the end to design. This in turn can be a targeted influencing the pressure profile and thus also the flow profile can be achieved.

Ganz grundsätzlich sollte der Winkel ≤ 5° sein. Je nach Ausgestaltung der Nut weist er einen innerhalb dieses Intervalls liegenden konstanten Winkel auf, oder er variiert innerhalb des Intervalls zwischen 0°–5°. Bevorzugt sollte der Winkel zwischen 0,1°–3° liegen. Basically, the angle should be ≤ 5 °. Depending on the configuration of the groove, it has a constant angle within this interval, or it varies within the interval between 0 ° -5 °. Preferably, the angle should be between 0.1 ° -3 °.

Da zum Ende des Zuführkanals hin der Druck am stärksten absinkt, sieht eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung vor, dass der Strömungsquerschnitt am Kanalende innerhalb eines verglichen mit der Kanallänge kurzen, maximal 10% der Kanallänge betragenen Kanalstücks ausläuft. Das heißt, dass sich hier der Kanalquerschnitt deutlich stärker ändert, verglichen mit der wesentlichen Kanallänge. Er läuft letztlich auf einen Strömungsquerschnitt von 0 aus, das heißt, dass die Nut in die Ebene der Rahmeninnenkante läuft. Since the pressure drops the most towards the end of the feed channel, an expedient development of the invention provides that the flow cross-section at the channel end terminates within a short channel piece that is short compared to the channel length and at most 10% of the channel length. This means that the channel cross-section changes significantly more strongly here compared to the essential channel length. It ultimately runs on a flow cross-section of 0, that is, that the groove runs in the plane of the frame inner edge.

Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, den Anschluss für eine Zuführ- respektive Abführleitung des jeweiligen Elektrolyten, also die Verbindungselemente zum Zuführ- respektive Abführkanal in geradliniger Verlängerung des jeweiligen Kanals vorzusehen. Zweckmäßig ist es jedoch, diese an den Flachseiten des Elektrodenrahmens anzubringen. Zu diesem Zweck kann ein an der Flachseite des Elektrodenrahmens mündender, senkrecht in den Zuführkanal und/oder Abführkanal laufender Kanalabschnitt vorgesehen sein. Das heißt, dass letztlich rahmenseitig eine Querbohrung vorgesehen ist, die von der Flachseite aus in den Zuführ- respektive Abführkanal läuft. In principle, it is possible to provide the connection for a supply or discharge line of the respective electrolyte, that is to say the connecting elements to the supply or discharge channel in a straight-line extension of the respective channel. It is expedient, however, to attach these to the flat sides of the electrode frame. For this purpose, a channel section which opens on the flat side of the electrode frame and runs vertically into the feed channel and / or discharge channel can be provided. This means that ultimately a cross-bore is provided on the frame side, which runs from the flat side in the feed or discharge channel.

Sind mehr als zwei Zellen vorgesehen, so besteht die Möglichkeit, durch geeignete Ausgestaltung der Elektrodenrahmen den Elektrolytfluss quasi mäanderförmig durch die einzelnen Halbzellen zirkulieren zu lassen. Zu diesem Zweck ist bei einer Batterie vorgesehen, dass, wenn sie aus mehr als zwei Zellen besteht, an jedem Elektrodenrahmen wenigstens eine beidseits in den Flachseiten mündende Kanaldurchbrechung ausgebildet ist, die mit entsprechenden Kanalabschnitten des benachbarten Elektrodenrahmens kommuniziert, derart, dass ein von einem Abführkanal und dem anschließenden Kanalabschnitt abgeführter Elektrolyt in die anschließende Kanaldurchbrechung des benachbarten Elektrodenrahmens und von dort in den Kanalabschnitt, der in den Zuführkanal des wiederum benachbarten Elektrodenrahmens mündet, strömt. Das heißt, dass letztlich der Elektrolyt durch die mehreren, die einzelnen Zellen respektive Halbzellen bildenden Elektrodenrahmen geführt wird und von einem Abführkanal über die Kanaldurchbrechung des nächsten Elektrodenrahmens, der die Halbzelle enthält, durch die der andere Elektrolyt zirkuliert, in die wiederum benachbarte Halbzelle der nächsten Zelle geführt wird und dort über den Zuführkanal einströmt. Da Zuführkanal und Abführkanal einander gegenüberliegend sind, ergibt sich folglich eine Art mäandernder Elektrolytstrom durch den Zellenstapel, der entsprechend groß und eine Vielzahl von Zellen enthaltend ausgelegt werden kann. If more than two cells are provided, it is possible to circulate the electrolyte flow quasi meandering through the individual half-cells by suitable design of the electrode frames. For this purpose, it is provided in a battery that, if it consists of more than two cells, at least one on both sides in the flat sides opening channel aperture is formed on each electrode frame, which communicates with corresponding channel portions of the adjacent electrode frame, such that one of a discharge channel and the subsequent channel portion discharged electrolyte in the subsequent channel aperture of the adjacent electrode frame and from there into the channel portion which opens into the feed channel of the turn adjacent electrode frame flows. That is, in the end, the electrolyte is passed through the plurality of electrode frames forming the individual cells and half cells respectively, and from one discharge channel via the channel aperture of the next electrode frame containing the half cell through which the other electrolyte circulates into the next adjacent half cell Cell is guided and there flows in via the feed channel. Since the feed channel and the discharge channel are opposite one another, a kind of meandering electrolyte flow thus results through the cell stack, which can be designed to be correspondingly large and containing a multiplicity of cells.

Alternativ zu der Ausgestaltung, den Elektrolytstrom quasi durch die Rahmen zu führen, besteht die Möglichkeit, die Zuführ- und Abführkanäle in den Stirnseiten der Elektrodenrahmen münden zu lassen. Dies ermöglicht es, stirnseitig an den Elektrodenrahmen Leitungen anzuschließen, über die der Elektrolyt von Zelle zu Zelle geführt wird. As an alternative to the embodiment, to guide the electrolyte flow quasi through the frame, it is possible to open the supply and discharge channels in the end faces of the electrode frame. This makes it possible to connect the front side of the electrode frame lines over which the electrolyte is passed from cell to cell.

Um einen möglichst kompakten Rahmenstapel ausbilden zu können kann jede Halbzelle eine stromdichte Platte aufweisen, wobei jeder Halterahmen an jeder Flachseite eine die Durchbrechung umlaufende Aufnahmevertiefung zur Aufnahme der Platte aufweist. Zwei solche Vertiefungen benachbarter Halterahmen ergänzen sich und entsprechen letztlich der Dicke der stromdichten Platte, die darin quasi formschlüssig aufgenommen ist. Die Halterahmen liegen flächig aufeinander, sodass sich, wenn die Ausgestaltung vorsieht, den Elektrolyten durch die Rahmen zu führen, auch die benötigte Dichtheit ergibt, wobei selbstverständlich entsprechende Dichtungen zwischen den Rahmen gesetzt werden können, sofern erforderlich. Die stromdichte Platte ist beispielsweis aus Graphit oder Eisen. In order to be able to form a frame stack that is as compact as possible, each half cell can have a current-tight plate, wherein each holding frame has on each flat side a receiving recess running around the aperture for receiving the plate. Two such depressions of adjacent holding frames complement each other and ultimately correspond to the thickness of the current-tight plate, which is accommodated in a quasi-form-fitting manner therein. The support frames lie flat against each other, so that, if the design provides to guide the electrolyte through the frame, also provides the required tightness, of course, appropriate seals between the frame can be set, if necessary. The current-density plate is made of graphite or iron, for example.

Sämtliche Ausführungen hinsichtlich der Ausgestaltung des Zuführkanals respektive der Kanalgeometrie gelten gleichermaßen auch für den Abführkanal, denn es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, auch den Abführkanal in entsprechender Weise mit sich von einem Kanalende zum anderen Kanalende verringerndem Strömungsquerschnitt auszugestalten, wobei jedoch die Querschnittsverringerung in umgekehrter Richtung wie die des Zuführkanals verläuft. All statements regarding the design of the feed channel and the channel geometry apply equally to the discharge channel, because there is always the possibility to design the discharge channel in a corresponding manner with a channel end to the other end of the channel decreasing flow cross-section, but the cross-sectional reduction in the opposite direction which runs the feed channel.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen: Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the embodiment described below and with reference to the drawings. Showing:

1 eine Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie, 1 an exploded view of a redox flow battery according to the invention,

2 eine Prinzipdarstellung eines Elektrodenrahmens mit schrägverlaufenden Zuführ- und Abführkanälen, 2 a schematic diagram of an electrode frame with oblique feed and discharge channels,

3, 4 eine Prinzipschnittdarstellung durch den Zuführkanal im Bereich des Kanaleintritts zur Filz- oder Vlieselektrode (3) sowie im Bereich des Kanalendes (4) zur Darstellung der Veränderung des Strömungsquerschnitts, 3 . 4 3 shows a schematic sectional view through the feed channel in the region of the channel inlet to the felt or nonwoven electrode (FIG. 3 ) as well as in the area of the channel end ( 4 ) for showing the change of the flow cross-section,

5 eine Perspektivansicht eines Rahmenteils aus 2, und 5 a perspective view of a frame part 2 , and

6 eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie zur Darstellung der unterschiedlichen Elektrolytströme. 6 a schematic diagram of a redox flow battery according to the invention to illustrate the different electrolyte flows.

1 zeigt in Form einer Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Redox-Flow-Batterie 1, hier umfassend zwei Zellen 2, die jeweils aus zwei Halbzellen 3, 4 bestehen. Jede Halbzelle 3, 4 umfasst einen Elektrodenrahmen 5, 6, die jeweils eine zentrale Durchbrechung 7, 8 aufweisen, in die jeweils eine Filz- oder Vlieselektrode 9, 10 die Durchbrechung 7, 8 quasi vollständig ausfüllend eingesetzt wird. Die Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 sind jeweils rückseitig von einer stromdichten Platten 11, 12 übergriffen und gegengelagert. In der Explosionsansicht sind die Filz- oder Vlieselektroden 9 nicht sichtbar jeweils hinter der entsprechenden stromdichten Platte 11, wobei die stromdichte Platte, die zwischen den Halbzellen 4 und 3 im Übergang von der einen Zellen 2 zur anderen Zelle 2 angeordnet ist, eine Doppelfunktion hat. An ihr liegt sowohl die Filz- oder Vlieselektrode 10 der Halbzelle 4 der ersten, links gezeigten Zelle 2 auf, wie an der Rückseite die Filz- oder Vlieselektrode 9 der Halbzelle 3 der zweiten, rechts gezeigten Zelle 2. 1 shows in the form of an exploded view of a redox flow battery according to the invention 1 , here two cells 2 , each consisting of two half-cells 3 . 4 consist. Every half cell 3 . 4 includes an electrode frame 5 . 6 , each one a central opening 7 . 8th have, in each case a felt or nonwoven electrode 9 . 10 the opening 7 . 8th almost completely filling in. The felt or fleece electrodes 9 . 10 are each back of a current-tight plates 11 . 12 overruled and counterposed. In the exploded view, the felt or non-woven electrodes 9 not visible behind the respective current-tight plate 11 where the current density plate is between the half cells 4 and 3 in the transition from the one cell 2 to the other cell 2 is arranged, has a double function. At her lies both the felt or fleece electrode 10 the half cell 4 the first cell shown on the left 2 on, as on the back of the felt or fleece electrode 9 the half cell 3 the second cell shown on the right 2 ,

Zwischen jeweils zwei Halterahmen 5, 6, zwei Halbzellen 3, 4 trennend, ist jeweils eine permeabel Membran 13 angeordnet, die die beiden Halbzellen 3, 4 voneinander trennt, jedoch für sich durch Reaktion eines Elektrolyten, der die Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 durchströmt, bildende Reaktionsprodukte, also Ionen, permeabel ist. Die Membran verhindert jedoch eine Vermischung der beiden Elektrolyte. Between two holding frames 5 . 6 , two half cells 3 . 4 separating, is in each case a permeable membrane 13 arranged the two half-cells 3 . 4 separates, but by itself by reaction of an electrolyte, the felt or nonwoven electrodes 9 . 10 flows through, forming reaction products, ie Ions, permeable. However, the membrane prevents mixing of the two electrolytes.

An die jeweils außenliegenden stromdichten Platten 11, 12 schließt sich jeweils eine Kupferelektrode 14, 15 an, die außenseitig wiederum von einem Halterahmen 16, 17 abgestützt ist. Zur Kompaktierung der Batterie 1 weisen sämtliche Rahmen 5, 6, 16, 17 entsprechende Bohrungen 18 auf, durch die entsprechende Gewindestangen geführt werden, die sodann außenseitig über Muttern verspannt werden. To the respective outer current-tight plates 11 . 12 in each case a copper electrode closes 14 . 15 on the outside, in turn, of a holding frame 16 . 17 is supported. For compaction of the battery 1 have all frames 5 . 6 . 16 . 17 corresponding holes 18 on, are guided by the corresponding threaded rods, which are then tightened on the outside via nuts.

Das Funktionsprinzip einer solchen Redox-Flow-Batterie beruht darauf, dass durch die Halbzellen jeweils unterschiedliche Elektrolyte strömen, wobei es an der Filz- oder Vlieselektrode zu einer Reaktion kommt. Über die jeweilige Membran erfolgt sodann der Ionenaustausch. Wesentlich für den Wirkungsgrad respektive die Performance der Batterie ist die Durchströmung der jeweiligen Halbzelle. Diese soll möglichst homogen sein, sodass eine lokale Verarmung der Reaktionsspezies vermieden wird. The principle of operation of such a redox flow battery is based on the fact that different electrolytes flow through the half cells, whereby a reaction takes place at the felt or nonwoven electrode. Then the ion exchange takes place via the respective membrane. Essential for the efficiency and performance of the battery is the flow through the respective half-cell. This should be as homogeneous as possible, so that a local depletion of the reaction species is avoided.

Um dies zu erreichen ist bei den erfindungsgemäßen verwendeten Elektrodenrahmen zumindest der Zuführkanal in besonderer Weise ausgestaltet, gegebenenfalls aber auch der Abführkanal, wie sich aus den 2 und 3 ergibt. In order to achieve this, in the case of the electrode frames used according to the invention, at least the supply channel is designed in a special way, but if appropriate also the discharge channel, as can be seen from FIGS 2 and 3 results.

2 zeigt exemplarisch einen Elektrodenrahmen 5, gleichermaßen aufgebaut ist natürlich der Elektrodenrahmen 6. Er besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, ist also als Kunststoffspritzgussbauteil ausgeführt, beispielsweise aus PVC, wobei dies lediglich exemplarisch ist. Vielmehr kann jedweder säurebeständige und nicht leitende Kunststoff verwendet werden. Wie ausgeführt ist rahmenmittig die Durchbrechung 7 realisiert, in welcher hier die Filz- oder Vlieselektrode 9 angeordnet ist. 2 zeigt letztlich eine Schnittansicht durch den Elektrodenrahmen 5 zur Darstellung der Position und insbesondere Geometrie der Zuführ- und Abführkanäle. 2 shows an example of an electrode frame 5 Of course, the electrode frame is equally constructed 6 , It is preferably made of a plastic, so it is designed as a plastic injection molded component, for example made of PVC, this being merely exemplary. Rather, any acid-resistant and non-conductive plastic can be used. As stated, the opening is in the middle of the frame 7 realized, in which here the felt or fleece electrode 9 is arranged. 2 finally shows a sectional view through the electrode frame 5 to illustrate the position and in particular geometry of the feed and discharge channels.

Wie 2 zu entnehmen ist, befindet sich im gezeigten Ausführungsbeispiel der Zuführkanal 19 an der rechten Innenseite 21a des Halterahmens, der Abführkanal 20 befindet sich an der gegenüberliegenden linken Innenseite 21b des Halterahmens 5. Jeder Kanal ist zum Inneren der Durchbrechung 7 hin offen, mithin also zur Filz- oder Vlieselektrode 9, die unmittelbar mit ihrer Seitenkante 22a am Zuführkanal 19 respektive 22b am Abführkanal 20 anschließt. Sie bildet, was die Seitenkante 21a respektive den Zuführkanal 19 angeht, einen Strömungswiderstand. As 2 can be seen, is located in the illustrated embodiment, the feed 19 on the right inside 21a of the holding frame, the discharge channel 20 is located on the opposite left inner side 21b of the holding frame 5 , Each channel is to the interior of the aperture 7 towards open, hence to the felt or fleece electrode 9 that are immediately with their side edge 22a at the feed channel 19 respectively 22b at the discharge channel 20 followed. It forms what the side edge 21a respectively the feed channel 19 As far as a flow resistance is concerned.

Um nun sicherzustellen, dass sich der über den Zuführkanal 19, wie durch den Pfeil P1 angedeutet, zugeführte Elektrolyt gleichmäßig, also mit homogener Verteilung und mit homogenem Druck über die Stirnkante 22a in die Filz- oder Vlieselektrode einströmt und diese durchströmt (siehe die gestrichelten Pfeile P2) nimmt der Querschnitt des Zuführkanals 19 vom Eintrittsende zum gegenüberliegenden Ende hin ab. Dies ergibt sich anschaulich anhand der 3, 4, wo zwei Schnittansichten durch den Zuführkanal 19 gezeigt sind, die an unterschiedlichen Kanallängspositionen liegen. Wie aus diesen Schnittansichten zu entnehmen ist, ist jeder Zuführkanal 19 mittels einer Nut 23 gebildet, die in die Innenseite 21a des Rahmens 5 eingebracht ist. Diese kann von der Seite her (also entsprechend der Richtung des Pfeils P1) eingebohrt sein, unter Verwendung eines entsprechend langen Bohrers, der so geführt wird, dass sich die zur Durchbrechung 7 hin offene Nutgestaltung ergibt. Sie kann alternativ auch mittels eines Stirnfräsers, der von der Innenseite 21a her, also von Seiten der Durchbrechung 7 kommend, aufgesetzt wird, erzeugt werden. To now ensure that the over the feed channel 19 , as indicated by the arrow P1, supplied electrolyte evenly, ie with homogeneous distribution and with homogeneous pressure over the front edge 22a flows into the felt or nonwoven electrode and flows through them (see the dashed arrows P2) takes the cross section of the feed channel 19 from the entrance end to the opposite end. This is evident from the 3 . 4 where two sectional views through the feed channel 19 are shown, which are located at different channel longitudinal positions. As can be seen from these sectional views, each feed channel 19 by means of a groove 23 formed in the inside 21a of the frame 5 is introduced. This can be drilled from the side (ie corresponding to the direction of the arrow P1), using a correspondingly long drill, which is guided so that the opening 7 towards open groove design results. It can alternatively also by means of an end mill, from the inside 21a here, so from the opening 7 coming, being put on, being produced.

3 zeigt eine Nutgeometrie mit einem runden Nutgrund 24. Ersichtlich ist der Nutverlauf über die Kanallänge nicht konstant, das heißt, die Nut 23 verläuft nicht parallel zur Innenseite 21a des Rahmens, sondern unter einem Winkel hierzu. 3 shows a groove geometry with a round groove bottom 24 , As can be seen, the groove profile is not constant over the channel length, that is, the groove 23 does not run parallel to the inside 21a of the frame, but at an angle to it.

Dieser Winkel α ist in 2 gezeigt. Das heißt, dass im gezeigten Beispiel der Bohrer zur Bildung des Zuführkanals 19 leicht gewinkelt angesetzt wird, sodass also schräg eingebohrt wird. This angle α is in 2 shown. That is, in the example shown, the drill to form the feed channel 19 slightly angled is set, so that is drilled obliquely.

Dies führt dazu, dass sich ersichtlich der Strömungsquerschnitt des Kanals über die Kanallänge hin ändert. Wie 3 zeigt, ist im Bereich des vorderen Kanalendes, wo also der Elektrolytzufluss erfolgt, ein größerer Strömungsquerschnitt Q₁ gegeben, als im Bereich des hinteren Endes, wie 4 mit dem Strömungsquerschnitt Q₂ zeigt. Das auslaufende Ende des Zuführkanals 19 ist im hinteren Kanalabschnitt 40 stark schräg ansteigenden ausgeführt, es mündet an der benachbarten Rahmeninnenseite 21a. As a result, the flow cross-section of the channel obviously changes over the channel length. As 3 shows, in the region of the front end of the channel, that is where the electrolyte inflow takes place, a larger flow cross-section Q _{1 is} given, as in the region of the rear end, such as 4 with the flow cross section Q ₂ shows. The expiring end of the feed channel 19 is in the rear channel section 40 executed steeply sloping, it opens at the adjacent frame inside 21a ,

Über diese schräg verlaufende Ausrichtung des Nutgrunds 24 respektive die Variation des Kanalquerschnitts und damit Strömungsquerschnitts wird nun erreicht, dass der sich ergebende Druckverlust, den der Elektrolyt beim Durchströmen über die Kanallänge erfährt, kompensiert wird. Durch die winkelige Führung respektive den Winkel α wird der mit steigender Kanallänge absinkende Druck des Elektrolyts lokal erhöht, wodurch der Elektrolyt über die gesamte Länge des Zuführkanals 19 nahezu isobar in die Filz- oder Vlieselektrode 9 eintritt. Durch eine entsprechende Wahl des Winkels und letztlich natürlich auch der Tiefe der Nut 23 kann folglich eine Veränderung des freien Strömungsquerschnitts erreicht werden, die den Volumenverlust durch den Über- bzw. Austritt des Elektrolyten in die Filz- oder Vlieselektrode 9 für eine homogene Durchströmung abbildet. About this oblique orientation of the groove bottom 24 respectively the variation of the channel cross-section and thus the flow cross-section is now achieved that the resulting pressure loss, which the electrolyte undergoes when flowing through the channel length, is compensated. Due to the angled guide or the angle α, the pressure of the electrolyte sinking with increasing channel length is locally increased, as a result of which the electrolyte is distributed over the entire length of the feed channel 19 almost isobaric in the felt or fleece electrode 9 entry. By an appropriate choice of the angle and ultimately of course the depth of the groove 23 Consequently, a change in the free flow cross-section can be achieved, the volume loss by the overflow or exit of the electrolyte in the felt or nonwoven electrode 9 for a homogeneous flow.

Wenngleich in den 2, 3 und 4 die Querschnittsreduzierung linear erfolgt, da die Nut 23 eine geradlinig verlaufende Nut ist, ist es denkbar diese auch leicht gebogen auszuführen, dass sich folglich die Querschnittsverringerung vom Kanalanfang zum Kanalende hin etwas vergrößert, wenn dies aus strömungsmechanischen Gründen erforderlich ist. In diesem Fall wäre es erforderlich, die Nut zu fräsen. Although in the 2 . 3 and 4 the cross-section reduction is linear, since the groove 23 a straight-running groove, it is conceivable that they also perform slightly curved, that consequently increases the cross-sectional reduction from the channel beginning towards the channel end slightly, if this is necessary for flow-mechanical reasons. In this case, it would be necessary to mill the groove.

Wie ausgeführt und nachfolgend noch bezüglich 6 beschrieben, ist es erforderlich, den jeweiligen Elektrolyten von einer Halbzelle zur zugehörigen nächsten Halbzelle zu führen, wenn die Batterie aus einer Vielzahl hintereinander geschalteter Zellen 2 besteht. Um dies zu ermöglichen sind an den einzelnen Halterahmen 5, 6 entsprechende Vorkehrungen getroffen, um den Elektrolyten zu leiten. As stated and below with respect to 6 is described, it is necessary to lead the respective electrolyte from a half-cell to the associated next half-cell, when the battery of a plurality of cells connected in series 2 consists. To make this possible are at the individual support frame 5 . 6 appropriate precautions are taken to direct the electrolyte.

5 zeigt eine Perspektivansicht wiederum beispielsweise des Halterahmens 5. Gezeigt ist der Zuführkanal 19 sowie der Abführkanal 20. Wie 5 zeigt, laufen beiden Kanäle 19, 20 um jeweils ein kurzes Stück als Kanalbohrung 25, 26 durch das Material des Halterahmens 5 und münden sodann in jeweils eine Kanaldurchbrechung 27, 28, die an der jeweiligen Flachseite 29, 30 des Halterahmens 5 mündet. Das heißt, dass ein Zustrom des jeweiligen Elektrolyten respektive Abstrom in einer Richtung senkrecht zur Durchströmungsrichtung der hier nicht gezeigten Filz- oder Vlieselektrode 9 möglich ist. 5 shows a perspective view again, for example, the support frame 5 , Shown is the feed channel 19 and the discharge channel 20 , As 5 shows, both channels run 19 . 20 in each case a short piece as a channel bore 25 . 26 through the material of the holding frame 5 and then open into a respective channel aperture 27 . 28 at the respective flat side 29 . 30 of the holding frame 5 empties. This means that an inflow of the respective electrolyte or effluent in a direction perpendicular to the flow direction of the felt or nonwoven electrode, not shown here 9 is possible.

Da der beispielsweise über den Abführkanal 20 abgezogene Elektrolyt nicht unmittelbar in der nächsten Halbzelle wieder einzuspeisen ist, sondern erst in der übernächsten, der benachbarten Zelle 2 zugeordneten Halbzelle, ist es erforderlich, den Elektrolyten quasi um die unmittelbar benachbarte Halbzelle herumzuführen und der übernächsten Halbzelle zuzuführen. Zu diesem Zweck ist an jedem Halterahmen 5 (gleiches gilt bezüglich des Halterahmens 6) eine ihn durchsetzende Kanaldurchbrechung 31 vorgesehen. Diese kommuniziert in der Montagestellung mit einem an der einen Seite und einem an der anderen Seite befindlichen Halterahmen (im vorliegenden Fall einem Halterahmen 6), wobei sie in einem Fall mit einem Kanalabschnitt 28 und im anderen Fall mit einem Kanalabschnitt 27 kommuniziert. Über den Kanalabschnitt 28 strömt der von der benachbarten Halbzelle abgezogene Elektrolyt in die Kanaldurchbrechung 31 und über diese in den Kanalabschnitt 27 des Zuführkanals 19 des wiederum benachbarten Halterahmens. Auf diese Weise ist es also möglich über jeweils einen Halterahmen die Halbzelle zu überbrücken, um den hier nicht erforderlichen Elektrolyten zur benachbarten Halbzelle zu führen. As the example of the discharge channel 20 withdrawn electrolyte is not directly in the next half-cell feed again, but only in the next but one, the adjacent cell 2 associated half-cell, it is necessary to lead around the electrolyte almost to the immediately adjacent half-cell and feed the next but one half cell. For this purpose is on each support frame 5 (The same applies to the holding frame 6 ) a channel aperture passing through it 31 intended. This communicates in the assembled position with a holding frame located on one side and on the other side (in the present case a holding frame 6 ), in one case having a channel section 28 and in the other case with a channel section 27 communicated. Over the canal section 28 the withdrawn from the adjacent half cell electrolyte flows into the channel aperture 31 and about this in the channel section 27 of the feed channel 19 the turn adjacent holding frame. In this way, it is thus possible to bridge the half-cell via one holding frame in order to guide the electrolyte, which is not required here, to the adjacent half-cell.

Dieser mäandernde Elektrolytfluss ist exemplarisch in 6 gezeigt. Gezeigt sind hier insgesamt vier Zellen 2, jeweils bestehend aus einer Halbzelle 3 und einer Halbzelle 4 umfassend jeweils einen Elektrodenrahmen 5, 6 nebst Filz- oder Vlieselektroden 9, 10 und einer stromdichten Platte 11, 12, der Aufbau entspricht also dem wie in 1 gezeigt. This meandering electrolyte flow is exemplary in 6 shown. Shown here are a total of four cells 2 , each consisting of a half cell 3 and a half cell 4 each comprising an electrode frame 5 . 6 together with felt or fleece electrodes 9 . 10 and a current-tight plate 11 . 12 , the structure corresponds to that as in 1 shown.

Endseitig sind zwei Halterahmen 16, 17 vorgesehen, die auch als Endplatten ausgeführt sein können und den Batterieblock abschließen. Nicht näher gezeigt sind die Verbindungsstangen nebst Schrauben etc. At the end are two holding frames 16 . 17 provided, which can also be designed as end plates and complete the battery pack. Not shown in detail are the connecting rods together with screws, etc.

Lediglich exemplarisch sind an den endständigen Halterahmen 16, 17 entsprechende Anschlussmittel 32, 33 bzw. 34, 35 vorgesehen, die dem Anschluss entsprechender zu- und abführender Leitungen dienen, über die der benötigte Elektrolyt zugeführt wird. Gezeigt ist ferner ein erster Tank 36, in dem der Elektrolyt E1 aufgenommen ist, sowie ein zweiter Tank 37, in dem der Elektrolyt E2 aufgenommen ist. Der Tank 36 ist mit dem Anschluss 32 verbunden. Am gegenüberliegenden Batterieende ist am Anschluss 35 die Rückführleitung 38 angeschlossen, die den hier den Batterieblock verlassenden Elektrolyten wieder zum Tank 36 zurückführt. Only exemplary are at the terminal support frame 16 . 17 corresponding connection means 32 . 33 respectively. 34 . 35 provided, which serve to connect corresponding supply and discharge lines, via which the required electrolyte is supplied. Shown is also a first tank 36 , in which the electrolyte E1 is received, and a second tank 37 in which the electrolyte E2 is received. The Tank 36 is with the connection 32 connected. At the opposite battery end is at the connection 35 the return line 38 connected, the the here the battery block leaving the electrolyte back to the tank 36 returns.

In entsprechender Weise ist am Anschluss 34 der Tank 37 mit dem Elektrolyten E2 angeschlossen. Am gegenüberliegenden Anschluss 33 ist in entsprechender Weise eine Rückführleitung 39 angeschlossen, die den hier abgezogenen Elektrolyten E2 wieder zurückführt. Nicht gezeigt sind entsprechende Pumpen, die den Elektrolyten E1, E2 fördern und sicherstellen, dass der Elektrolyt auch mit der hinreichenden Strömungsgeschwindigkeit respektive dem hinreichenden Druck zugeführt wird. In the same way is the connection 34 The Tank 37 connected with the electrolyte E2. At the opposite port 33 is in a similar way a return line 39 connected, which returns the withdrawn here electrolyte E2 again. Not shown are corresponding pumps that promote the electrolyte E1, E2 and ensure that the electrolyte is also supplied with the sufficient flow rate or the sufficient pressure.

Die unterschiedlichen Elektrolytströme sind in 5 einerseits für den Elektrolyten E1 mit der durchgezogenen Linie und für den Elektrolyten E2 mit der gestrichelten Linie dargestellt. Der Elektrolyt E1 strömt zunächst in respektive durch die endseitigen Halterahmen 16 und tritt über einen Kanalabschnitt 27 in den Zuführkanal 19 des Halterahmens 5 der ersten Halbzelle 3 der links gezeigten Zelle 2 ein. Er durchströmt die Filz- oder Vlieselektrode und wird über den Abführkanal 20 abgezogen. Über den Kanalabschnitt 28 strömt er in die Kanaldurchbrechung 31 des benachbarten Elektrodenrahmens 6 der Halbzelle 4 der linken Zelle 2. Er strömt durch diesen Halterahmen 6 und tritt in den Kanalabschnitt 27 des Elektrodenrahmens 5 der Halbzelle 3 der zweiten Zelle 2 ein und von dort in den Zuführkanal 19. Nach durchströmen des Filz- oder Vlieselektrode tritt er in den Abführkanal 20 dieses Halterahmens 5 ein und über den dort vorgesehen Kanalabschnitt 28 in die Kanaldurchbrechung 31 der wiederum benachbarten Halterahmen 6 der Halbzelle 4 der zweiten Zelle 2, usw. Insgesamt ergibt sich so ein quasi mäandernder Fluss des Elektrolyten E1. The different electrolyte currents are in 5 shown on the one hand for the electrolyte E1 with the solid line and for the electrolyte E2 with the dashed line. The electrolyte E1 initially flows in respectively through the end-side holding frame 16 and passes over a channel section 27 in the feed channel 19 of the holding frame 5 the first half cell 3 the cell shown on the left 2 one. It flows through the felt or fleece electrode and is discharged via the discharge channel 20 deducted. Over the canal section 28 it flows into the channel opening 31 of the adjacent electrode frame 6 the half cell 4 the left cell 2 , He flows through this holding frame 6 and enters the channel section 27 of the electrode frame 5 the half cell 3 the second cell 2 in and out of the feed channel 19 , After flowing through the felt or non-woven electrode, it enters the discharge channel 20 this support frame 5 on and over the channel section provided there 28 into the channel break 31 in turn, adjacent support frame 6 the half cell 4 the second cell 2 Overall, this results in a quasi meandering flow of the electrolyte E1.

In entsprechend umgekehrter Weise ist der Strom des Elektrolyten E2. Dieser tritt zunächst durch den endseitigen Halterahmen 17 und von dort in den entsprechenden Kanalabschnitt 27 des Halterahmens 6 der Halbzelle 4 der rechten Zelle 2. Er strömt in den Zuführkanal 19, durchströmt die Elektrode und tritt über den Zuführkanal 20 wieder aus. Über den Kanalabschnitt 28 gelangt er sodann in die Kanaldurchbrechung 31 des Elektrodenrahmens 5 der Halbzelle 3 der rechten Zelle 2 und tritt durch diesen Halterahmen 5 hindurch in den Kanalabschnitt 27 des wiederum benachbarten Halterahmens 6 der Halbzelle 4 der zweiten Zelle 2, gesehen von rechts. Ersichtlich ergibt sich auch hier ein insgesamt mäandernder Elektrolytstrom durch sämtliche Zellen, wobei auch hier der Elektrolyt E2 nur durch die Halbzellen strömt, durch die er strömen muss, nämlich hier die Halbzellen 4, während er um die Halbzellen 3 herumgeschleust wird. In entsprechender Weise strömt der Elektrolyt E1 nur durch die Halbzellen 3, während er um die Halbzellen 4 herumgeschleust wird. In a correspondingly reverse manner, the flow of the electrolyte is E2. This occurs first through the end-side support frame 17 and from there to the corresponding channel section 27 of the holding frame 6 the half cell 4 the right cell 2 , He flows into the feed channel 19 , flows through the electrode and passes over the feed channel 20 out again. Over the canal section 28 he then enters the channel opening 31 of the electrode frame 5 the half cell 3 the right cell 2 and passes through this support frame 5 through into the canal section 27 the turn adjacent holding frame 6 the half cell 4 the second cell 2 , seen from the right. As can be seen, a total of meandering electrolyte flow through all the cells results here as well, with the electrolyte E2 flowing only through the half-cells through which it has to flow, namely here the half-cells 4 while he's around the half cells 3 is being carried around. In a corresponding manner, the electrolyte E1 flows only through the half-cells 3 while he's around the half cells 4 is being carried around.

Wie beschrieben, kann eine Batterie 1 eine beliebige Vielzahl von solchen Zellen 2 besitzen, die auch in ihrer Größe variieren können. So sind Elektrodengrößen von 10 × 10 cm wie aber auch Elektrodengrößen von 80 × 80 cm denkbar. As described, a battery can 1 any number of such cells 2 which may vary in size. Thus, electrode sizes of 10 × 10 cm as well as electrode sizes of 80 × 80 cm are conceivable.

Wenngleich in 2 auch der Abführkanal 20 die entsprechende Kanalgeometrie wie der Zuführkanal 19 aufweist, ist es jedoch nicht erforderlich, auch den Abführkanal 20 so auszugestalten. Vielmehr ist es dort denkbar, eine gerade, ihren Strömungsquerschnitt nicht verändernde Nut zur Bildung des Abführkanals 20 vorzusehen. Although in 2 also the discharge channel 20 the corresponding channel geometry as the feed channel 19 However, it is not necessary, also the discharge channel 20 to shape it. Rather, it is conceivable there, a straight, their flow cross-section not changing groove to form the Abführkanals 20 provided.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims (13)

Redox-Flow-Batterie, umfassend wenigstens eine Zelle bestehend aus zwei Halbzellen mit jeweils einer von einem Elektrolyten durchströmbaren Filz- oder Vlies-Elektrode, die über eine Membran getrennt sind, wobei jede Halbzelle einen Elektrodenrahmen umfasst, der eine die Elektrode aufnehmenden Durchbrechung sowie einen Zuführkanal zum Zuführen des Elektrolyten zur Elektrode und einen Abführkanal zum Abführen des Elektrolyten nach Durchströmen der Elektrode aufweist, die einander gegenüberliegend jeweils randseitig und zur Durchbrechung hin offen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Zuführkanal (19) längs der Durchbrechung (7, 8) erstreckt und sich sein Strömungsquerschnitt (Q₁, Q₂) vom einen zum anderen Ende hin kontinuierlich verringert. Redox flow battery, comprising at least one cell consisting of two half-cells each having a flow-through by an electrolyte felt or nonwoven electrode, which are separated by a membrane, each half-cell comprises an electrode frame having an electrode receiving aperture and a Feed channel for supplying the electrolyte to the electrode and a discharge channel for discharging the electrolyte after flowing through the electrode, which are arranged opposite each other at the edge and open towards the opening, characterized in that the supply channel ( 19 ) along the opening ( 7 . 8th ) and its flow area (Q ₁ , Q ₂ ) continuously decreases from one end to the other. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich auch der Abführkanal (20) längs der Durchbrechung (7, 8) erstreckt und sich sein Strömungsquerschnitt (Q₁, Q₂) vom einen zum anderen Ende hin kontinuierlich, jedoch in umgekehrter Richtung verglichen mit dem Zuführkanal (19), verringert. Redox flow battery according to claim 1, characterized in that also the discharge channel ( 20 ) along the opening ( 7 . 8th ) and its flow cross-section (Q ₁ , Q ₂ ) extends continuously from one end to the other, but in the opposite direction compared with the feed channel ( 19 ), decreased. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zuführkanal (19) und/oder der Abführkanal (20) als längslaufende Nut (23) ausgeführt ist. Redox flow battery according to claim 1 or 2, characterized in that the supply channel ( 19 ) and / or the discharge channel ( 20 ) as a longitudinal groove ( 23 ) is executed. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (23) einen runden oder rechteckigen Querschnitt aufweist. Redox flow battery according to claim 3, characterized in that the groove ( 23 ) has a round or rectangular cross-section. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (23) geradlinig unter einem gleichbleibenden Winkel (α) verläuft. Redox flow battery according to claim 3 or 4, characterized in that the groove ( 23 ) runs in a straight line at a constant angle (α). Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (23) unter einem sich über die Nutlänge ändernden Winkel verläuft. Redox flow battery according to claim 3 or 4, characterized in that the groove ( 23 ) extends at an angle that varies over the groove length. Redox-Flow-Batterie nach einem der Ansprüche 5 oder 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) ≤ 5° ist. Redox flow battery according to one of claims 5 or 6, characterized in that the angle (α) ≤ 5 °. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen 0,1°–3° beträgt. Redox flow battery according to claim 7, characterized in that the angle (α) is between 0.1 ° -3 °. Redox-Flow-Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsquerschnitt am Kanalende innerhalb eines verglichen mit der Kanallänge kurzen, maximal 10% der Kanallänge betragenden Kanalstücks (25) ausläuft. Redox flow battery according to one of the preceding claims, characterized in that the flow cross section at the channel end within a short compared to the channel length, a maximum of 10% of the channel length amount channel piece ( 25 ) expires. Redox-Flow-Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein an der Flachseite (29, 30) des Elektrodenrahmens mündende, senkrecht in den Zuführkanal (19) und/oder den Abführkanal (20) laufender Kanalabschnitt (27, 28) vorgesehen ist. Redox flow battery according to one of the preceding claims, characterized in that one on the flat side ( 29 . 30 ) of the electrode frame, perpendicular to the feed channel ( 19 ) and / or the discharge channel ( 20 ) running channel section ( 27 . 28 ) is provided. Redox-Flow-Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie aus mehr als zwei Zellen (2) besteht, und dass an jedem Elektrodenrahmen (5, 6) wenigstens eine beidseits in den Flachseiten mündende Kanaldurchbrechungen (31) ausgebildet ist, die mit entsprechenden Kanalabschnitten (27, 28) des benachbarten Elektrodenrahmens (5, 6) kommunizieren, derart, dass ein von einem Abführkanal (20) und dem anschließenden Kanalabschnitt (28) abgeführter Elektrolyt (E1, E2) in die anschließende Kanaldurchbrechung (31) des benachbarten Elektrodenrahmens (5, 6) und von dort in den Kanalabschnitt (27), der in den Zuführkanal (19) des wiederum benachbarten Elektrodenrahmens (5, 6) mündet, strömt. Redox flow battery according to claim 10, characterized in that it consists of more than two cells ( 2 ) and that on each electrode frame ( 5 . 6 ) at least one opening on both sides in the flat sides channel openings ( 31 ) formed with corresponding channel sections ( 27 . 28 ) of the adjacent electrode frame ( 5 . 6 ) such that one of a discharge channel ( 20 ) and the subsequent channel section ( 28 ) discharged electrolyte (E1, E2) in the subsequent channel aperture ( 31 ) of the adjacent electrode frame ( 5 . 6 ) and from there into the channel section ( 27 ), which enters the feed channel ( 19 ) of the again adjacent electrode frame ( 5 . 6 ) flows, flows. Redox-Flow-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführ- und Abführkanäle (19, 20) in den Stirnseiten der Elektrodenrahmen (5, 6) münden. Redox flow battery according to one of claims 1 to 9, characterized in that the supply and discharge channels ( 19 . 20 ) in the end faces of the electrode frame ( 5 . 6 ). Redox-Flow-Batterie nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Halbzelle (3, 4) eine stromdichte Platte (11, 12) aufweist, wobei jeder Elektrodenrahmen (5, 6) an jeder Flachseite eine die Durchbrechung umlaufende Aufnahmevertiefung zur Aufnahme der Platte (11, 12) aufweist. Redox flow battery according to one of the preceding claims, characterized in that each half-cell ( 3 . 4 ) a current density plate ( 11 . 12 ), each electrode frame ( 5 . 6 ) on each flat side a circumferential opening receiving recess for receiving the plate ( 11 . 12 ) having.

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