DE102023108336B3

DE102023108336B3 - Redox flow accumulator and manufacturing process therefor

Info

Publication number: DE102023108336B3
Application number: DE102023108336.8A
Authority: DE
Inventors: Gernot Kling
Original assignee: Individual
Current assignee: LUDWIG, ANGELA, DE
Priority date: 2023-03-31
Filing date: 2023-03-31
Publication date: 2024-05-29
Anticipated expiration: 2043-04-01

Abstract

Die Erfindung umfasst eine Zelle für einen Redoxfluss-Akkumulator zur Wandlung chemischer in elektrische Energie und umgekehrt mit zwei identischen aneinander angrenzende Zellrahmen (1), die jeweils eine Membrananordnung (2) und eine Elektrode (3) aufweisen, wobei die Zellrahmen (1) plattenförmig aufgebaut sind und eine vorbestimmte Höhe von einer Oberseite (7) zu einer Unterseite (6) aufweisen, wobei jeder Zellrahmen (1) weiterhin mindestens zwei Elektrolytkanäle (11), zwei Elektrolytdurchflusskanäle (12) und einen Membranausschnitt (13) umfasst, die den Zellrahmen (1) in Höhenrichtung von der Unterseite (6) zu der Oberseite (7) vollständig durchdringen und die jeweils getrennt voneinander ausgebildet sind. Des Weiteren umfasst jeder Zellrahmen (1) mindestens zwei Flussabschnitte (14) auf der Unterseite (6) des Zellrahmens (1), die die Elektrolytkanäle (11) mit dem Membranausschnitt (13) strömungsmäßig verbinden und mindestens einen Kontaktabschnitt (15) auf dem Zellrahmen (1) aufweist, der dazu eingerichtet ist, die Elektrode (3) aufzunehmen und nach außen zu führen. Die Membranausschnitte (13) der beiden Zellrahmen (1) und die jeweiligen Elektroden (3) bilden einen abgeschlossenen Zellinnenraum, den die Membrananordnung (2) in zwei Hohlräume trennt, die von unterschiedlichen Elektrolytlösungen durchströmbar sind. Des Weiteren umfasst die Erfindung einen Redoxfluss-Akkumulator, der die erfindungsgemäße Zelle aufweist, und ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators.The invention comprises a cell for a redox flow accumulator for converting chemical energy into electrical energy and vice versa, with two identical cell frames (1) adjacent to one another, each of which has a membrane arrangement (2) and an electrode (3), the cell frames (1) being plate-shaped and having a predetermined height from an upper side (7) to a lower side (6), each cell frame (1) further comprising at least two electrolyte channels (11), two electrolyte flow channels (12) and a membrane cutout (13) which completely penetrate the cell frame (1) in the height direction from the lower side (6) to the upper side (7) and which are each formed separately from one another. Furthermore, each cell frame (1) comprises at least two flow sections (14) on the lower side (6) of the cell frame (1), which connect the electrolyte channels (11) to the membrane cutout (13) in terms of flow, and has at least one contact section (15) on the cell frame (1) which is designed to receive the electrode (3) and to guide it to the outside. The membrane cutouts (13) of the two cell frames (1) and the respective electrodes (3) form a closed cell interior, which the membrane arrangement (2) separates into two cavities through which different electrolyte solutions can flow. The invention further comprises a redox flow accumulator which has the cell according to the invention, and a method for producing the redox flow accumulator according to the invention.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich von Redoxfluss-Akkumulatoren und dabei auf die Ausgestaltung einer Akkumulatoren-Zelle, die in einer Mehrzahl aneinander in Reihe angeordnet einen Zellstack bildet und ein Herstellungsverfahren eines solchen. Die Erfindung betrifft insbesondere einen Zellrahmen zur Bildung einer Zelle eines Redoxfluss-Akkumulators, der einen einfachen, integralen Aufbau aufweist und der vorteilhaft für eine vollautomatisierte, modularisierte Herstellung und Montage ist.The present invention relates to the field of redox flow accumulators and in particular to the design of an accumulator cell which forms a cell stack when arranged in series and a method of manufacturing such a cell. The invention particularly relates to a cell frame for forming a cell of a redox flow accumulator which has a simple, integral structure and which is advantageous for fully automated, modularized production and assembly.

Bei Zellen eines Redoxfluss-Akkumulators mit einer mehrteiligen Ausgestaltung der Halbzellen besteht das Problem eines erhöhten Montageaufwands besonders dadurch, dass mehrere Sub-Rahmenelemente jeweils mit Elektroden oder Membranen vormontiert werden müssen, die zueinander eine Mehrzahl von Dichtelementen und Dichtflächen aufweisen, wobei die Dichtigkeit der gesamten Halbzelle sichergestellt werden muss. Damit einher gehen nicht nur ein signifikanter Montageaufwand durch die Mehrzahl von unterschiedlichen Bauteilen, sondern auch hohe Anforderungen an Bauteiltoleranzen der zahlreichen Dichtflächen. Durch eine mehrteilige Ausgestaltung besteht zudem das Problem, dass der Bauraum des Zellstacks erheblich vergrößert wird, wodurch die Leistungsdichte des gesamten Redoxfluss-Akkumulators abnimmt. Folglich bestehen Bestrebungen darin, die Leistungsdichte zu erhöhen und den Montageaufwand und dementsprechend die Anzahl der Bauteile zu reduzieren, wodurch die Herstellungskosten eines Redoxfluss-Akkumulators gesenkt werden können.In the case of cells of a redox flow accumulator with a multi-part design of the half cells, the problem of increased assembly effort is particularly due to the fact that several sub-frame elements each have to be pre-assembled with electrodes or membranes, which have a plurality of sealing elements and sealing surfaces in relation to one another, whereby the tightness of the entire half cell must be ensured. This not only involves significant assembly effort due to the large number of different components, but also high requirements for component tolerances of the numerous sealing surfaces. A multi-part design also poses the problem that the installation space of the cell stack is significantly increased, which reduces the power density of the entire redox flow accumulator. Consequently, efforts are being made to increase the power density and reduce the assembly effort and accordingly the number of components, which can reduce the manufacturing costs of a redox flow accumulator.

Aus der WO 2015/007543 A1 ist eine Zelle eines Redoxfluss-Akkumulators bekannt, die mehrere Zellrahmen aus thermoplastischem Kunststoff aufweist. Insgesamt bilden fünf Zellrahmen, davon zwei Rahmen mit Elektroden, zwei Rahmen mit Zu- und Ablauföffnungen und ein Rahmen mit einer Membran, eine elektrochemische Zelle. Die fünf Zellrahmen werden miteinander fluidisch dicht verschweißt. Dieser Zellaufbau bringt eine Vielzahl von Montageschritten mit zumindest drei unterschiedlich ausgebildeten Bauteilen mit sich, die einzeln hergestellt, zusammengefügt und gegenseitig fluiddicht verschweißt werden müssen. Das hat den Nachteil, dass der Herstellungsprozess vergleichsweise komplex ist, lange dauert und dadurch hohe Herstellungskosten verursacht.From the WO 2015/007543 A1 A cell of a redox flow accumulator is known that has several cell frames made of thermoplastic. A total of five cell frames, two of which have electrodes, two frames with inlet and outlet openings and one frame with a membrane, form an electrochemical cell. The five cell frames are welded together to ensure fluid tightness. This cell structure involves a large number of assembly steps with at least three differently designed components that must be manufactured individually, joined together and welded together to ensure fluid tightness. This has the disadvantage that the manufacturing process is comparatively complex, takes a long time and therefore causes high manufacturing costs.

Die DE 10 2020 124 801 A1 aus der Patentfamilie der WO 2020/129022 A2 offenbart einen Zellrahmen, der eine bipolare Platte, eine poröse Elektrode und eine semipermeable Membran in einem zentralen Ausschnitt aufweist. Der Zellrahmen weist auf der Vorder- und Rückseite jeweils zwei Randregionen mit einer Mehrzahl von mäanderförmigen Kanälen auf, die ein Elektrolyt in Form eines Zu- und Ablaufs gleichmäßig durch die durchströmbare poröse Elektrode leiten. Zur Bildung eines Zellstacks werden abwechselnd zwei unterschiedlich ausgebildete Rahmenelemente angrenzend aneinander angeordnet, wobei die mäanderförmigen Kanäle der Vorderseite eines Zellrahmens mit denen der Rückseite eines angrenzenden Zellrahmens korrespondieren, also spiegelbildlich ausgebildet sind. Weiterhin werden aufgrund der Gestaltung der mäanderförmigen Kanäle unterschiedliche Zellrahmen aneinander angeordnet, welche mittels Dichtelementen zueinander umfangsseitig abgedichtet werden. Dies verringert die Anzahl an unterschiedlichen Komponenten nicht wesentlich, wodurch weiterhin erhöhte Herstellungskosten bedingt sind.The EN 10 2020 124 801 A1 from the patent family of WO 2020/129022 A2 discloses a cell frame that has a bipolar plate, a porous electrode and a semipermeable membrane in a central cutout. The cell frame has two edge regions on the front and back with a plurality of meandering channels that conduct an electrolyte in the form of an inlet and outlet evenly through the porous electrode through which flow can take place. To form a cell stack, two differently designed frame elements are alternately arranged adjacent to one another, with the meandering channels on the front of a cell frame corresponding to those on the back of an adjacent cell frame, i.e. being mirror images. Furthermore, due to the design of the meandering channels, different cell frames are arranged next to one another, which are sealed to one another on the circumference by means of sealing elements. This does not significantly reduce the number of different components, which still results in increased manufacturing costs.

Die WO 2017 174053 A1 offenbart eine Zelle, die aus zwei unterschiedlichen Zellrahmenelementen gebildet ist, wobei die Bohrungen, Aussparung und/oder Ausbuchtungen der separaten Versorgungskanäle, durch welche die Elektrolyten gepumpt werden, sich außerhalb des Hauptvolumenkörpers der Zelle befinden. Die Abdichtung der mindestens vier Zellrahmen, die eine Zelle bilden, der Membrane und der Elektrode wird durch Vergießen mit einem selbsthärtenden elektrisch isolierenden Kunststoff zwischen einer Gussform und der Außenseite der Zellrahmen sichergestellt. Nachteilig an dieser Gestaltung ist weiterhin die Anzahl unterschiedlicher Komponenten sowie ein notwendiges Entformen der Zellrahmenelemente aus der Gussform, nachdem der Kunststoff erstarrt ist. Weiter erhöht das verhältnismäßig große Volumen des auszuhärtenden Kunststoffs die Durchlaufzeit des Herstellungsprozesses durch dessen Aushärtezeit selbst sowie durch die Zeit, die zum Entformen benötigt wird, maßgeblich, welche sich auf die Herstellungskosten negativ auswirken.The WO 2017 174053 A1 discloses a cell which is formed from two different cell frame elements, wherein the bores, recesses and/or bulges of the separate supply channels through which the electrolytes are pumped are located outside the main volume body of the cell. The sealing of the at least four cell frames which form a cell, the membrane and the electrode is ensured by casting with a self-curing electrically insulating plastic between a mold and the outside of the cell frames. Another disadvantage of this design is the number of different components and the need to demold the cell frame elements from the mold after the plastic has solidified. Furthermore, the relatively large volume of the plastic to be cured significantly increases the throughput time of the manufacturing process due to its curing time itself and the time required for demolding, which have a negative impact on the manufacturing costs.

Aus der DE 10 2014 103 289 A1 ist ein Verbund von Zellen für einen Redoxfluss-Akkumulator bekannt, bei welchem zwei Zellrahmen zwischen sich eine Membrane aufnehmen und die Elektrolytführung zwischen den einzelnen Zellen von außen mittels Verrohrungen ausgebildet ist, was in nachteiliger Weise zu einer aufwendigen, nachträglichen Montage der Verrohrung an dem Zellverbund führt.From the EN 10 2014 103 289 A1 A combination of cells for a redox flow accumulator is known in which two cell frames accommodate a membrane between them and the electrolyte supply between the individual cells is formed from the outside by means of piping, which disadvantageously leads to a complex, subsequent installation of the piping on the cell combination.

Die US 2019/0330496 A1 schlägt ein Verfahren zum Zusammenbau von elektrochemischen Zellen, insbesondere von einer abdichtenden Befestigung einer Membrane in einem Zellrahmen, unter Verwendung von selbstklebenden Dichtbandstreifen vor.The US 2019/0330496 A1 proposes a method for assembling electrochemical cells, in particular for sealingly attaching a membrane in a cell frame, using self-adhesive sealing tape strips.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zelle für einen Redoxfluss-Akkumulator und einen Redoxfluss-Akkumulator bereitzustellen, die bzw. der die oben genannten Nachteile zumindest teilweise überwindet und die bzw. der kosteneffizient und einfach, insbesondere vollautomatisiert herstellbar ist, einen modularen, einfachen Aufbau sowie eine erhöhte Leistungsdichte aufweist.It is therefore the object of the present invention to provide a cell for a redox flow accumulator and a redox flow accumulator which at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages and which is cost-efficient and simple to manufacture, in particular fully automated, has a modular, simple structure and an increased power density.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der Ansprüche 1 und 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind jeweils Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is solved by the subject matter of claims 1 and 11. Advantageous embodiments of the invention are each the subject matter of the dependent claims.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung einer Zelle bzw. eines Stacks von Zellen eines Redoxfluss-Akkumulators bereitzustellen, das ebenfalls die oben erwähnten Nachteile im Stand der Technik zumindest teilweise überwindet und eine automatisierte Herstellung ermöglicht bzw. verbessert.A further object of the present invention is to provide a method for producing a cell or a stack of cells of a redox flow accumulator, which also at least partially overcomes the above-mentioned disadvantages in the prior art and enables or improves automated production.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 12 gelöst.This object is solved by the subject matter of claim 12.

Erfindungsgemäß bereitgestellt wird eine Zelle für einen Redoxfluss-Akkumulator zur Wandlung chemischer in elektrische Energie und umgekehrt mit zwei identischen aneinander angrenzende Zellrahmen, die jeweils eine Membrananordnung und eine Elektrode aufweisen. Die Zellrahmen sind plattenförmig aufgebaut und weisen eine vorbestimmte Höhe von einer Oberseite zu einer Unterseite auf, wobei jeder Zellrahmen weiterhin mindestens zwei Elektrolytkanäle, zwei Elektrolytdurchflusskanäle und einen Membranausschnitt umfasst, die den Zellrahmen in Höhenrichtung von der Unterseite zu der Oberseite vollständig durchdringen und die jeweils getrennt voneinander ausgebildet sind. Des Weiteren umfasst jeder Zellrahmen mindestens zwei Flussabschnitte auf der Unterseite des Zellrahmens, die die Elektrolytkanäle mit dem Membranausschnitt strömungsmäßig verbinden, und mindestens einen Kontaktabschnitt auf dem Zellrahmen. Der Kontaktabschnitt ist dazu eingerichtet, die Elektrode aufzunehmen und nach außen zu führen. Die Membranausschnitte der beiden Zellrahmen und die jeweiligen Elektroden bilden einen abgeschlossenen Zellinnenraum, den die Membrananordnung in zwei Hohlräume trennt, die von unterschiedlichen Elektrolytlösungen durchströmbar sind.According to the invention, a cell is provided for a redox flow accumulator for converting chemical energy into electrical energy and vice versa, with two identical cell frames adjacent to one another, each of which has a membrane arrangement and an electrode. The cell frames are plate-shaped and have a predetermined height from a top side to a bottom side, each cell frame further comprising at least two electrolyte channels, two electrolyte flow channels and a membrane cutout, which completely penetrate the cell frame in the height direction from the bottom side to the top side and which are each formed separately from one another. Furthermore, each cell frame comprises at least two flow sections on the bottom side of the cell frame, which connect the electrolyte channels to the membrane cutout in terms of flow, and at least one contact section on the cell frame. The contact section is designed to accommodate the electrode and guide it to the outside. The membrane cutouts of the two cell frames and the respective electrodes form a closed cell interior, which the membrane arrangement separates into two cavities through which different electrolyte solutions can flow.

Der Zellaufbau erfolgt aufgrund einer hohen Anzahl an Gleichteilen, insbesondere der identischen Zellrahmen, vorteilhafterweise modular, wodurch die Herstellungskosten für eine erfindungsgemäße Zelle eines Redoxfluss-Akkumulators erheblich gesenkt werden können. Die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle weisen besonders bevorzugt dieselbe Form auf, insbesondere dieselbe Querschnittsfläche. Bevorzugt liegen die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle sich gegenüber. Noch weiter bevorzugt liegt ein Paar von Elektrolytkanälen und ein Paar von Elektrolytdurchflusskanälen sich in Breitenrichtung des Zellrahmens gegenüber. Die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle durchdringen den Zellrahmen vorzugsweise in einer rechteckigen Form. Damit wird die Gestaltung sowie die Herstellung des Zellrahmens vereinfacht. Eine Abwandlung der rechteckigen Querschnittsform der Elektrolytkanäle und der Elektrolytdurchflusskanäle im Sinne einer fertigungsgerechten Ausgestaltung ist denkbar und möglich. Alternativ sind die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle unterschiedlich ausgebildet, das bedeutet, dass die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle unterschiedliche Querschnittsflächen aufweisen.The cell structure is advantageously modular due to a high number of identical parts, in particular the identical cell frames, which can significantly reduce the manufacturing costs for a cell of a redox flow accumulator according to the invention. The electrolyte channels and the electrolyte flow channels particularly preferably have the same shape, in particular the same cross-sectional area. The electrolyte channels and the electrolyte flow channels are preferably located opposite each other. Even more preferably, a pair of electrolyte channels and a pair of electrolyte flow channels are located opposite each other in the width direction of the cell frame. The electrolyte channels and the electrolyte flow channels preferably penetrate the cell frame in a rectangular shape. This simplifies the design and manufacture of the cell frame. A modification of the rectangular cross-sectional shape of the electrolyte channels and the electrolyte flow channels in the sense of a production-friendly design is conceivable and possible. Alternatively, the electrolyte channels and the electrolyte flow channels are designed differently, which means that the electrolyte channels and the electrolyte flow channels have different cross-sectional areas.

Die Flussabschnitte sind bevorzugt integral mit den Elektrolytkanälen ausgebildet. Besonders bevorzugt weisen die Flussabschnitte eine rechteckige Form auf. Hierdurch wird vorteilhafterweise die Elektrolyt-Durchflussmenge in dem Flussabschnitt nicht gedrosselt. Somit kann die Durchflussmenge an Elektrolyten durch eine Zelle hindurch gesteigert werden, wodurch sich die Leistungsdichte der einzelnen Zelle bzw. eines Zellstacks erhöht. Andere geometrische Formen der Flussabschnitte sind ebenso denkbar, die das Elektrolyt auf der Oberfläche der Elektrode und der Membrananordnung gleichmäßig verteilen und dem jeweiligen Hohlraum der Zelle zuführen. Zusätzlich können die Flussabschnitte teilweise oder ausschließlich integral mit der Membrananordnung ausgebildet sein. Damit kann eine kompakte Bauform des Redoxfluss-Akkumulators erreicht und Material eingespart werden. Die Elektrolytdurchflusskanäle und/oder die Elektrolytkanäle sind bevorzugt mit dem Membranausschnitt verbunden, sprich die Elektrolytdurchflusskanäle und/oder die Elektrolytkanäle sind nicht durch den Zellrahmen selbst strömungstechnisch voneinander getrennt.The flow sections are preferably formed integrally with the electrolyte channels. The flow sections particularly preferably have a rectangular shape. This advantageously means that the electrolyte flow rate in the flow section is not throttled. The flow rate of electrolyte through a cell can thus be increased, thereby increasing the power density of the individual cell or a cell stack. Other geometric shapes of the flow sections are also conceivable, which evenly distribute the electrolyte on the surface of the electrode and the membrane arrangement and supply it to the respective cavity of the cell. In addition, the flow sections can be formed partially or exclusively integrally with the membrane arrangement. This allows a compact design of the redox flow accumulator to be achieved and material to be saved. The electrolyte flow channels and/or the electrolyte channels are preferably connected to the membrane cutout, i.e. the electrolyte flow channels and/or the electrolyte channels are not fluidically separated from one another by the cell frame itself.

Der Kontaktabschnitt kann sich vorzugsweise zwischen den Elektrolytkanälen oder den Elektrolytdurchflusskanälen erstrecken. Alternativ kann der Kontaktabschnitt sich zwischen einem Elektrolytkanal und einem Elektrolytdurchflusskanal erstrecken. Der Kontaktabschnitt kann als eine Vertiefung auf der Unterseite des Zellrahmens ausgebildet sein, die nicht den Zellrahmen durchdringt. Der Kontaktabschnitt kann hierdurch die Elektrode abstützen und nach außen führen. Ferner ist der Kontaktabschnitt bevorzugt derart eingerichtet, dass ein Abschnitt der Elektrode flächig in diesem aufgenommen wird. Weiter kann die Vertiefung des Kontaktabschnitts derart ausgebildet sein, dass die im Kontaktabschnitt montierte Elektrode planar mit der Unterseite des Zellrahmens ist. Zusätzlich kann der Kontaktabschnitt durch jeweils einen Spalt auf beiden Seiten des Kontaktabschnitts von dem Zellrahmen teilweise separiert sein. Dies ermöglicht die Kontaktierung des Kontaktabschnitts nicht flächig auf der Elektrode, sondern der Kontaktabschnitt kann umgriffen werden, wodurch eine besonders einfache lösbare elektrische Verbindung mittels Klemmen hergestellt werden kann.The contact section can preferably extend between the electrolyte channels or the electrolyte flow channels. Alternatively, the contact section can extend between an electrolyte channel and an electrolyte flow channel. The contact section can be designed as a recess on the underside of the cell frame that does not penetrate the cell frame. The contact section can thereby support the electrode and guide it outwards. Furthermore, the contact section is preferably designed such that a section of the electrode is received flatly in it. Furthermore, the recess of the contact section can be designed such that the electrode mounted in the contact section is planar with the underside of the cell frame. In addition, the contact section can be separated from the cell frame by a gap on both sides of the contact section. men be partially separated. This allows the contact section to be contacted not flat on the electrode, but the contact section can be gripped, which makes it possible to create a particularly simple, detachable electrical connection using terminals.

Optional kann der Zellrahmen einen Klemmabschnitt, der gegenüberliegend zu dem Kontaktabschnitt positioniert ist, aufweisen. Der Klemmabschnitt kann vorzugweise dieselbe Form wie der Kontaktabschnitt aufweisen, wobei der Klemmabschnitt zusätzlich jeweils einen Spalt auf beiden Seiten aufweist, der identisch zu dem Spalt des Kontaktabschnitts ist. Der Klemmabschnitt weist bevorzugt dieselbe Stärke wie der Zellrahmen auf, so dass der Klemmabschnitt planar mit der Ober- und Unterseite des Zellrahmens ausgebildet ist. Alternativ kann der Klemmabschnitt eine geringere Stärke als der Zellrahmen oder dieselbe Stärke als der Kontaktabschnitt aufweisen.Optionally, the cell frame may have a clamping portion positioned opposite the contact portion. The clamping portion may preferably have the same shape as the contact portion, wherein the clamping portion additionally has a gap on both sides that is identical to the gap of the contact portion. The clamping portion preferably has the same thickness as the cell frame, so that the clamping portion is planar with the top and bottom of the cell frame. Alternatively, the clamping portion may have a smaller thickness than the cell frame or the same thickness as the contact portion.

Bei direkt aneinander angeordneten Zellrahmen liegen der Kontaktabschnitt eines ersten Zellrahmens und der Klemmabschnitt eines zweiten Zellrahmens angrenzend aneinander an, wobei bevorzugt die Spalte zu beiden Seiten des Kontaktabschnitts und zu beiden Seiten des Klemmabschnitts miteinander fluchten. Auf diese Weise wird der Kontaktabschnitt durch den angrenzenden Klemmabschnitt bei der Kontaktierung unterstützt und eine stabile Klemmverbindung vorgeschlagen.In the case of cell frames arranged directly next to one another, the contact section of a first cell frame and the clamping section of a second cell frame lie adjacent to one another, with the gaps on both sides of the contact section and on both sides of the clamping section preferably being aligned with one another. In this way, the contact section is supported by the adjacent clamping section during contacting and a stable clamping connection is proposed.

Der von der Membrananordnung und den Elektroden gebildete Zellinnenraum sowie die zwei Hohlräume, die durch die Membrananordnung getrennt werden, sind fluiddicht ausgebildet, um die zwei unterschiedlichen Elektrolyte fluidisch zu separieren.The cell interior formed by the membrane arrangement and the electrodes as well as the two cavities separated by the membrane arrangement are fluid-tight in order to fluidically separate the two different electrolytes.

Die Hohlräume können besonders bevorzugt säurebeständige ein- oder mehrschichtige Vliesstoffe aufweisen, die den jeweiligen Elektrolyten an die Membrananordnung und an die Elektrode flächig leiten. Die Leistungsdichte der Zelle kann durch die Verwendung der Vliesstoffe in dem jeweiligen Hohlraum gesteigert werden. Der Vliesstoff kann dabei einen Hohlraum vollständig ausfüllen, jedoch mindestens 50% bis 80% oder besonders bevorzugt 80% bis 100% des Volumens eines Hohlraums zwischen einer Elektrode und einer Membrananordnung einnehmen. Es ist denkbar, dass der Vliesstoff in mehreren, vorzugsweise parallelen Vliesstoffstreifen im Hohlraum angeordnet ist. Diese Vliesstoffstreifen können angrenzend aneinander oder beabstandet zueinander sein. Mittels dieser Anordnung ist es möglich, Elektrolytkanäle innerhalb des Vlieses zu bilden, die das Elektrolyt möglichst auf der gesamten Fläche der Membran sowie der Elektrode verteilen. Besonders bevorzugt ist jedoch ein einstückiger, säurebeständiger Vliesstoff als Vliesmatte, die dieselbe Form wie der Membranausschnitt, insbesondere eine rechteckige Form, aufweist. Die Vliesmatte wird hierdurch vorteilhafterweise mindestens teilweise durch die Kontur des Membranausschnitts formschlüssig in lateraler Richtung abgestützt.The cavities can particularly preferably have acid-resistant single- or multi-layer nonwovens that conduct the respective electrolyte to the membrane arrangement and to the electrode over a large area. The power density of the cell can be increased by using the nonwovens in the respective cavity. The nonwoven can completely fill a cavity, but take up at least 50% to 80% or particularly preferably 80% to 100% of the volume of a cavity between an electrode and a membrane arrangement. It is conceivable that the nonwoven is arranged in several, preferably parallel nonwoven strips in the cavity. These nonwoven strips can be adjacent to one another or spaced apart from one another. By means of this arrangement, it is possible to form electrolyte channels within the nonwoven that distribute the electrolyte over as much of the entire surface of the membrane and the electrode as possible. However, a one-piece, acid-resistant nonwoven is particularly preferred as a nonwoven mat that has the same shape as the membrane section, in particular a rectangular shape. The fleece mat is thereby advantageously at least partially supported in a form-fitting manner in the lateral direction by the contour of the membrane cutout.

Mit weiterem Vorteil werden die Zellrahmen derart aneinander angeordnet, dass diese relativ zueinander um 180° in der Membranebene gedreht sind. Die Elektrolytkanäle des ersten Zellenrahmens sind fluidisch mit den Elektrolytdurchflusskanälen des zweiten aneinander angrenzenden Zellrahmens strömungstechnisch verbunden und umgekehrt. So kann eine Zelle für einen Redoxfluss-Akkumulator unter Verwendung von zwei identischen Zellrahmen gebildet werden. Folglich benötigt auch ein Zellstack aus mehreren, z. B. 40, Zellen nur genau einen Zellrahmentyp, wodurch die Herstellungskosten und die Herstellungszeit für eine Redoxfluss-Batterie erheblich reduziert werden.Another advantage is that the cell frames are arranged in such a way that they are rotated relative to one another by 180° in the membrane plane. The electrolyte channels of the first cell frame are fluidically connected to the electrolyte flow channels of the second adjacent cell frame and vice versa. In this way, a cell for a redox flow accumulator can be formed using two identical cell frames. Consequently, a cell stack made up of several cells, e.g. 40, only requires exactly one type of cell frame, which significantly reduces the manufacturing costs and the manufacturing time for a redox flow battery.

Es ist vorteilhaft, wenn die Elektrode eine Graphitelektrode aufweist. Es ist auch denkbar, dass die Elektrode eine weitere säurebeständige Schicht aufweist, die als Träger dient, welche jedoch mindestens eine biegeschlaffe Graphitfolie auf einer der Membrananordnung zugewandten Seite aufweist. Die Elektrode weist bevorzugt mindestens in einem Abschnitt dieselbe Form wie der Membranausschnitt auf, so dass die Elektrode von dem Membranausschnitt in lateraler Richtung zumindest teilweise formschlüssig abgestützt wird. Zusätzlich kann die Elektrode in einem weiteren Abschnitt dieselbe Form wie der Kontaktabschnitt aufweisen.It is advantageous if the electrode has a graphite electrode. It is also conceivable that the electrode has a further acid-resistant layer which serves as a carrier, but which has at least one flexible graphite foil on a side facing the membrane arrangement. The electrode preferably has the same shape as the membrane cutout in at least one section, so that the electrode is at least partially supported in a form-fitting manner by the membrane cutout in the lateral direction. In addition, the electrode can have the same shape as the contact section in a further section.

Alternativ kann die Elektrode einen bipolaren Graphit, beispielsweise als Graphitfolie, aufweisen und zusätzlich oder alternativ als ein unbiegsamer Festkörper ausgebildet sein. Sofern die Elektrode als ein unbiegsamer Festkörper ausgebildet ist, muss diese nicht ausschließlich von dem Kontaktabschnitt zur elektrischen Kontaktierung abgestützt sein, sondern kann direkt mit elektrischen Kontaktelementen wie Klemmen im Eingriff stehen. Die Graphitfolie kann eine Dicke von zwischen 0,01 mm und 2 mm, bevorzugt zwischen 0,1 mm und 1 mm und noch mehr bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,3 mm aufweisen.Alternatively, the electrode can comprise a bipolar graphite, for example as a graphite foil, and additionally or alternatively be designed as an inflexible solid body. If the electrode is designed as an inflexible solid body, it does not have to be supported exclusively by the contact section for electrical contacting, but can engage directly with electrical contact elements such as terminals. The graphite foil can have a thickness of between 0.01 mm and 2 mm, preferably between 0.1 mm and 1 mm and even more preferably between 0.2 mm and 0.3 mm.

Vorzugsweise weist der Zellrahmen einen Befestigungsabschnitt an der Unterseite auf, an dem die Membrananordnung flüssigkeitsdicht befestigt ist, wobei der Befestigungsabschnitt direkt angrenzend an den Membranausschnitt ist und den Membranausschnitt vollständig oder teilweise umgibt. Bevorzugt weist der Befestigungsabschnitt dieselbe umfangsseitige Form wie die Membrananordnung auf, so dass der Befestigungsabschnitt die Membrananordnung in sich aufnehmen kann. Der Befestigungsabschnitt ist derart ausgebildet, dass die Membrananordnung im befestigten Zustand planar mit der Unterseite des Zellrahmens ausgebildet ist. Besonders bevorzugt ist die Membrananordnung mit dem Befestigungsabschnitt durch einen dünnflächig aufgetragenen Klebstoff säurebeständig und flüssigkeitsdicht verklebt. Zu diesem Zweck können geeignete Zweikomponenten-Klebstoffe oder Einkomponenten-Klebstoffe, die durch Wärme, Licht, oder Feuchtigkeit chemisch reagieren, Schmelzklebstoffe, reaktive PUR-Schmelzklebstoffe oder Lösemittel- und wasserbasierte Klebstoffe eingesetzt werden.Preferably, the cell frame has a fastening section on the underside to which the membrane arrangement is fastened in a liquid-tight manner, wherein the fastening section is directly adjacent to the membrane cutout and completely or partially surrounds the membrane cutout. Preferably, the fastening section has the same circumferential shape as the membrane arrangement, so that the fastening section can accommodate the membrane arrangement. The The fastening section is designed such that the membrane arrangement is planar with the underside of the cell frame when fastened. The membrane arrangement is particularly preferably bonded to the fastening section using an adhesive applied over a thin surface in an acid-resistant and liquid-tight manner. Suitable two-component adhesives or one-component adhesives that react chemically with heat, light or moisture, hot melt adhesives, reactive PUR hot melt adhesives or solvent- and water-based adhesives can be used for this purpose.

Alternativ kann anstelle einer Membrananordnung eine Membran direkt mit dem Befestigungsabschnitt stoffschlüssig und flüssigkeitsdicht verbunden werden, vorzugsweise durch Kleben wie oben beschrieben.Alternatively, instead of a membrane arrangement, a membrane can be connected directly to the fastening section in a material-locking and liquid-tight manner, preferably by gluing as described above.

Mit weiterem Vorteil weist die Membrananordnung eine Membran und mindestens ein Membranrahmenelement auf, an dem die Membran angebracht ist. Durch die Verwendung eines Hilfsrahmens wie dem Membranrahmenelement kann eine besonders prozesssichere Abdichtung zwischen dem Membranrahmenelement und der Membran erzielt werden. Das Membranrahmenelement und der Zellrahmen können daher mittels einer einfachen stoffschlüssigen Verbindung schnell automatisiert gefügt werden, so dass die Membrananordnung als Zwischenprodukt vorproduziert werden kann. Der Herstellungsprozess der Zelle kann so beschleunigt werden.Another advantage is that the membrane arrangement has a membrane and at least one membrane frame element to which the membrane is attached. By using an auxiliary frame such as the membrane frame element, a particularly reliable seal can be achieved between the membrane frame element and the membrane. The membrane frame element and the cell frame can therefore be quickly and automatically joined using a simple material-locking connection, so that the membrane arrangement can be pre-produced as an intermediate product. The cell manufacturing process can thus be accelerated.

Das Membranrahmenelement kann dazu eingerichtet sein, in einem montierten Zustand die Elektrolytdurchfluss- und/oder die Elektrolytkanäle strömungstechnisch voneinander abzugrenzen. Es ist ferner vorstellbar, dass die Flussabschnitte teilweise oder vollständig in dem Membranrahmenelement angeordnet sind, wenn die Membrananordnung die Elektrolytkanäle und die Elektrolytdurchflusskanäle strömungstechnisch abgrenzt.The membrane frame element can be designed to fluidically separate the electrolyte flow and/or the electrolyte channels from one another in an assembled state. It is also conceivable that the flow sections are arranged partially or completely in the membrane frame element if the membrane arrangement fluidically separates the electrolyte channels and the electrolyte flow channels.

Die Membran kann eine Dicke zwischen 0,001 mm und 0,5 mm, bevorzugt zwischen 0,01 mm und 0,1 mm, und noch mehr bevorzugt zwischen 0,015 mm und 0,05 mm aufweisen.The membrane may have a thickness between 0.001 mm and 0.5 mm, preferably between 0.01 mm and 0.1 mm, and even more preferably between 0.015 mm and 0.05 mm.

Optional ist die Elektrode mindestens im Kontaktabschnitt flüssigkeitsdicht und/oder säurebeständig damit verklebt oder verschweißt, insbesondere ultraschallverschweißt. Besonders bevorzugt ist die Elektrode mit dem Kontaktabschnitt durch einen dünnflächig aufgetragenen Klebstoff flüssigkeitsdicht und/oder säurebeständig verklebt. Alternativ kann derselbe Klebstoff zur Befestigung der Elektrode wie zur Befestigung der Membranordnung mit dem Zellrahmen verwendet werden. Die Elektrode ist dadurch zur einfachen elektrischen Kontaktierung in dem Kontaktabschnitt des Zellrahmens befestigt, wodurch eine sichere automatisierte Kontaktierung der Elektrode begünstigt wird.Optionally, the electrode is glued or welded to the contact section in a liquid-tight and/or acid-resistant manner, in particular ultrasonically welded. The electrode is particularly preferably glued to the contact section in a liquid-tight and/or acid-resistant manner using a thinly applied adhesive. Alternatively, the same adhesive can be used to attach the electrode as to attach the membrane assembly to the cell frame. The electrode is thus attached to the contact section of the cell frame for easy electrical contact, which promotes secure automated contacting of the electrode.

Allgemein versteht es sich im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung, dass für stoffschlüssige Klebeverbindungen mindestens zwei unterschiedliche Klebstoffe der oben aufgeführten Klebstoffe verwendet werden können. Schweißverbindungen sind nicht auf ein bestimmtes Verfahren beschränkt, sondern umfassen alle stoffschlüssigen Schweißverbindungen, die zum Verbinden der genannten Elemente geeignet sind.In general, it is understood in connection with the present invention that at least two different adhesives from the adhesives listed above can be used for material-bonded adhesive joints. Welded joints are not restricted to a specific method, but include all material-bonded welded joints that are suitable for connecting the elements mentioned.

Der Zellrahmen weist vorteilhafterweise als Werkstoff einen säurebeständigen Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast, ein Duroplast, ein Elastomer oder einen Verbundwerkstoff aus den genannten Materialien auf. Zusätzlich kann das Material durch Faserwerkstoffe verstärkt werden. Die Zellrahmen werden bevorzugt mittels Urformen, insbesondere Gießen, Spritzgießen und 3D-Druck, oder durch Trennen, insbesondere Zerspanen, oder einer Kombination davon hergestellt. Durch die oben erläuterte fertigungsoptimierte Gestaltung mit ausschließlich einem Zellrahmentyp, der für ein oder für mehrere Fertigungsverfahren ausgelegt sein kann, kann der Zellrahmen sowohl in kleinen als auch in großen Stückzahlen kostenoptimiert hergestellt werden.The cell frame advantageously has an acid-resistant plastic as its material, in particular a thermoplastic, a thermoset, an elastomer or a composite material made of the materials mentioned. In addition, the material can be reinforced with fiber materials. The cell frames are preferably manufactured by means of primary molding, in particular casting, injection molding and 3D printing, or by separating, in particular machining, or a combination thereof. Due to the production-optimized design explained above with only one cell frame type, which can be designed for one or more manufacturing processes, the cell frame can be manufactured in a cost-optimized manner in both small and large quantities.

Jeder Zellrahmen weist mit Vorteil mindestens ein Koppelelement auf der Oberseite und auf der Unterseite auf, wobei das Koppelelement der Unterseite des Zellrahmes dazu eingerichtet ist, mit dem Koppelelement auf der Oberseite eines angrenzend angeordneten Zellrahmens formschlüssig zusammen zu wirken. Hierdurch ist es möglich, dass die aneinander angrenzenden Zellrahmen in lateraler Richtung formschlüssig ineinander eingreifen. Des Weiteren werden hierdurch sowohl eine automatisierte als auch eine manuelle Montage erleichtert sowie mögliche Montagefehler reduziert, da die Zellrahmen nur in einer von den Koppelelementen vorbestimmten Orientierung ineinander eingreifend angeordnet werden können. Bei richtiger Positionierung der korrespondierenden Koppelelemente gleiten diese formschlüssig ineinander, so dass die Zellrahmen flächig, ohne Abstand zueinander, in Höhenrichtung aneinander angrenzend angeordnet sind.Each cell frame advantageously has at least one coupling element on the top and bottom, with the coupling element on the bottom of the cell frame being designed to interact in a form-fitting manner with the coupling element on the top of an adjacent cell frame. This makes it possible for the adjacent cell frames to engage with one another in a form-fitting manner in the lateral direction. Furthermore, this facilitates both automated and manual assembly and reduces possible assembly errors, since the cell frames can only be arranged in an interlocking manner in an orientation predetermined by the coupling elements. If the corresponding coupling elements are positioned correctly, they slide into one another in a form-fitting manner, so that the cell frames are arranged flat, without any gap between them, adjacent to one another in the vertical direction.

Das mindestens eine Koppelelement der Oberseite und das mindestens eine Koppelelement der Unterseite kann zusätzlich teilweise um den Membranausschnitt umfangsseitig verlaufen. Optional ist das mindestens eine Koppelelement der Unterseite angrenzend an dem Befestigungsabschnitt der Membran angeordnet. Weiterhin kann das Koppelelement der Unterseite als eine durchgängige Nut ausgebildet sein, die den Befestigungsabschnitt mindestens teilweise umgibt und direkt an die Flussabschnitte angrenzt. Sofern das Koppelelement der Unterseite als Nut ausgebildet ist, kann das Koppelelement der Oberseite als ein durchgängiger Vorsprung ausgebildet sein, der den Membranausschnitt in gleicher Weise teilweise umfangsseitig und dazu eingerichtet ist, in die Nut auf der Unterseite des angrenzenden Zellrahmens einzugreifen. Bei einer Ausprägung des unteren Koppelelements als Nut und des oberen Koppelelements als Vorsprung, kann der Membranausschnitt zusätzlich außenumfangsseitig in der Art einer Labyrinthdichtung abgedichtet werden.The at least one coupling element of the upper side and the at least one coupling element of the lower side can additionally extend partially around the membrane cutout on the circumference. Optionally, the at least one coupling element of the lower side is arranged adjacent to the fastening section of the membrane. Furthermore, the coupling element on the underside can be designed as a continuous groove that at least partially surrounds the fastening section and directly borders the flow sections. If the coupling element on the underside is designed as a groove, the coupling element on the upper side can be designed as a continuous projection that partially surrounds the membrane cutout on the circumference in the same way and is designed to engage in the groove on the underside of the adjacent cell frame. If the lower coupling element is designed as a groove and the upper coupling element as a projection, the membrane cutout can also be sealed on the outer circumference in the manner of a labyrinth seal.

Entsprechend der Anordnung der aneinander angrenzend angeordneten Zellrahmen sind die Koppelelemente der Unterseite um 180° relativ zu den Koppelelementen der Oberseite in der Membranebene gedreht. Hierdurch wird mit Vorteil wie bereits zuvor beschrieben eine vorbestimmte formschlüssige Verbindung der aneinander angrenzenden Zellrahmen definiert.According to the arrangement of the adjacent cell frames, the coupling elements on the underside are rotated by 180° relative to the coupling elements on the top side in the membrane plane. This advantageously defines a predetermined positive connection between the adjacent cell frames, as already described above.

Vorteilhafterweise sind die zwei aneinander angrenzend angeordneten Zellrahmen dünnflächig flüssigkeitsdicht verklebt. Alternativ können diese miteinander flüssigkeitsdicht verschweißt oder ultraschallverschweißt werden. Hierdurch können die Zellrahmen einfach und kostengünstig, untrennbar sowie flüssigkeitsdicht stoffschlüssig miteinander verbunden werden.Advantageously, the two adjacent cell frames are glued together in a thin, liquid-tight manner. Alternatively, they can be welded together in a liquid-tight manner or welded ultrasonically. This means that the cell frames can be bonded together in a simple and cost-effective, inseparable and liquid-tight manner.

Bei Verklebung von aneinander angrenzenden Zellrahmen wird der Klebstoff bevorzugt mindestens vollständig umfangsseitig um den Membranabschnitt, insbesondere in dem Befestigungsabschnitt, um die Elektrolytkanäle und Elektrolytdurchflusskanäle herum in einer dünnflächigen Bahn aufgetragen. Hierdurch wird eine flüssigkeitsdichte stoffschlüssige Verbindung der jeweils angrenzenden Zellrahmen geschaffen, so dass die Elektrolyte voneinander fluidisch separiert sind.When bonding adjacent cell frames together, the adhesive is preferably applied in a thin layer at least completely around the circumference of the membrane section, in particular in the fastening section, around the electrolyte channels and electrolyte flow channels. This creates a liquid-tight, material-locking connection between the adjacent cell frames, so that the electrolytes are fluidically separated from one another.

Die Erfindung stellt des Weiteren einen Redoxfluss-Akkumulator mit einer Mehrzahl von aneinander angrenzenden Zellen wie oben beschrieben bereit, der des Weiteren zwei Stromabnehmerelemente, die sich in Längsrichtung entlang des Akkumulators erstrecken und die die Elektroden der entsprechenden Seite im Kontaktabschnitt kontaktieren, zwei Gehäusedeckel, wobei ein Gehäusedeckel mindestens vier Anschlüsse zu den Elektrolytkanälen und Elektrolytdurchflusskanälen aufweist, mindestens zwei separate Elektrolytrohrleitungskreisläufe, die mit den entsprechenden Anschlüssen des Gehäusedeckels verbunden sind, wobei die Elektrolytrohrleitungskreisläufe in fluidischer Verbindung mit den entsprechenden Elektrolytkanälen und Elektrolytdurchflusskanälen der Zellen stehen, mindestens zwei Elektrolytpumpen zur Zirkulation der jeweiligen Elektrolytlösung durch den Elektrolytrohrleitungskreislauf und die Mehrzahl von Zellen, und mindestens zwei Elektrolytspeicher aufweist, die jeweils unterschiedlich geladene Elektrolytlösungen speichern. Die Elektrolytspeicher sind entsprechend der Ladung der gespeicherten Elektrolytlösungen mit dem entsprechend getrennten Elektrolytrohrleitungskreislauf fluidisch verbunden.The invention further provides a redox flow accumulator with a plurality of adjacent cells as described above, which further comprises two current collector elements which extend longitudinally along the accumulator and which contact the electrodes of the corresponding side in the contact section, two housing covers, wherein a housing cover has at least four connections to the electrolyte channels and electrolyte flow channels, at least two separate electrolyte piping circuits which are connected to the corresponding connections of the housing cover, wherein the electrolyte piping circuits are in fluid communication with the corresponding electrolyte channels and electrolyte flow channels of the cells, at least two electrolyte pumps for circulating the respective electrolyte solution through the electrolyte piping circuit and the plurality of cells, and at least two electrolyte reservoirs which each store differently charged electrolyte solutions. The electrolyte reservoirs are fluidly connected to the corresponding separate electrolyte piping circuit according to the charge of the stored electrolyte solutions.

Die Stromabnehmerelemente kontaktieren vorteilhafterweise jede Elektrode des Akkumulators. Elektroden mit gleicher Polarität sind bevorzugt auf derselben Seite in Längsrichtung an dem erfindungsgemäßen Akkumulator vorgesehen. Noch weiter bevorzugt liegen die Elektroden unterschiedlicher Polarität sich in Längsrichtung des Akkumulators gegenüber. Zur Kontaktierung der Elektroden ist das Stromabnehmerelement länglich als eine Leiste aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet. Das Stromabnehmerelement weist weiter mit Vorteil Kontaktelemente auf, die dazu eingerichtet sind, jeweils einen Abschnitt der Elektrode im Kontaktabschnitt und/oder den Klemmabschnitt zu kontaktieren beziehungsweise zu klemmen. Die Kontaktelemente können so ausgebildet sein, dass sie formschlüssig mit dem Kontaktabschnitt, dem Klemmabschnitt und/oder dem Abschnitt der Elektrode im Kontaktabschnitt eingreifen. Hierdurch kann die Mehrzahl der Elektroden mit dem Stromabnehmerelement lösbar außenseitig am Redoxfluss-Akkumulator befestigt werden. Zusätzlich ist es mittels der Stromabnehmerelemente möglich, alle gleichpoligen Zellen eines Redoxfluss-Akkumulators durch eine einzige, gleichzeitige Kontaktierung der Stromabnehmerelemente elektrisch zu kontaktieren. Dadurch kann die Montagezeit des Redoxfluss-Akkumulators weiter reduziert werden. Eine zusätzliche Befestigung der Stromabnehmerelemente durch Befestigungsmittel an mindestens einem Zellrahmen und/oder einem Gehäusedeckel zur Sicherung der Stromabnehmerelemente ist angedacht.The current collector elements advantageously contact each electrode of the accumulator. Electrodes with the same polarity are preferably provided on the same side in the longitudinal direction of the accumulator according to the invention. Even more preferably, the electrodes with different polarities are located opposite each other in the longitudinal direction of the accumulator. To contact the electrodes, the current collector element is designed as an elongated strip made of an electrically conductive material. The current collector element also advantageously has contact elements that are designed to contact or clamp a section of the electrode in the contact section and/or the clamping section. The contact elements can be designed in such a way that they engage positively with the contact section, the clamping section and/or the section of the electrode in the contact section. As a result, the majority of the electrodes can be detachably attached to the outside of the redox flow accumulator with the current collector element. In addition, it is possible by means of the current collector elements to electrically contact all cells of the same polarity in a redox flow accumulator by a single, simultaneous contact of the current collector elements. This can further reduce the assembly time of the redox flow accumulator. An additional fastening of the current collector elements using fastening means on at least one cell frame and/or a housing cover to secure the current collector elements is planned.

Die zuvor beschriebenen Gehäusedeckel können identisch zueinander sein. Damit wird die Anzahl der Gleichteile des Redoxfluss-Akkumulators gesteigert und die Herstellungskosten reduziert.The housing covers described above can be identical to one another. This increases the number of identical parts in the redox flow accumulator and reduces manufacturing costs.

Die endständigen Gehäusedeckel sind jedoch besonders bevorzugt unterschiedlich ausgebildet. Ein erster Gehäusedeckel weist optional eine Vertiefung auf, die korrespondierend zu dem Membranausschnitt des Zellrahmens ist und dieselbe Form aufweist, wobei die Vertiefung eine vorbestimmte Höhe aufweist, die nicht den Gehäusedeckel durchdringt. Die Vertiefung ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Elektrode und/oder einen Vliesstoff aufzunehmen. Weiter weist der erste Gehäusedeckel mit Vorteil einen säurebeständigen Vliesstoff, insbesondere eine Vliesstoffmatte, die angrenzend an eine Membrane oder an eine Membrananordnung eines angrenzenden Zellrahmens ist, und eine Elektrode sowie einen Kontaktabschnitt auf. Der Vliesstoff ist bevorzugt von dem jeweiligen Elektrolyten durchspülbar. Analog zur Anordnung der Komponenten im Zellrahmen wird die Elektrode mindestens im Kontaktabschnitt des ersten Gehäusedeckels besonders bevorzugt säurebeständig stoffschlüssig verbunden.However, the terminal housing covers are particularly preferably designed differently. A first housing cover optionally has a recess that corresponds to the membrane cutout of the cell frame and has the same shape, wherein the recess has a predetermined height that does not penetrate the housing cover. The recess is preferably designed to accommodate an electrode and/or a nonwoven fabric. Furthermore, the first housing cover advantageously has an acid-resistant nonwoven fabric, in particular a nonwoven mat which is adjacent to a membrane or to a membrane arrangement of an adjacent cell frame, and an electrode and a contact section. The nonwoven fabric can preferably be flushed through by the respective electrolyte. Analogous to the arrangement of the components in the cell frame, the electrode is particularly preferably acid-resistantly bonded at least in the contact section of the first housing cover.

Die Elektrode wird mindestens teilweise flächig von der Vertiefung und/oder dem Kontaktabschnitt des ersten Gehäusedeckels aufgenommen. Der Kontaktabschnitt des ersten Gehäusedeckels weist dieselbe Form und dieselben Dimensionen wie der Kontaktabschnitt des Zellrahmens auf. Dies gilt ebenfalls für den optionalen Spalt zu beiden Seiten des Kontaktabschnitts.The electrode is at least partially received in the recess and/or the contact section of the first housing cover. The contact section of the first housing cover has the same shape and the same dimensions as the contact section of the cell frame. This also applies to the optional gap on both sides of the contact section.

Der Vliesstoff wird analog zu dem oben beschriebenen Aufbau der Zelle bzw. des Zellrahmens mindestens teilweise auf die Elektrode aufgelegt. Besonders bevorzugt ist die Elektrode des ersten Gehäusedeckels, sowie der Vliesstoff des ersten Gehäusedeckels, dieselbe Elektrode und derselben Vliesstoff wie die, die in dem angrenzenden Zellrahmen verwendet werden, womit die Anzahl von Gleichteilen erhöht wird und Werkzeug- wie auch Herstellungskosten verringert werden.The nonwoven fabric is placed at least partially on the electrode in a manner analogous to the structure of the cell or cell frame described above. The electrode of the first housing cover and the nonwoven fabric of the first housing cover are particularly preferably the same electrode and the same nonwoven fabric as those used in the adjacent cell frame, thus increasing the number of identical parts and reducing tool and manufacturing costs.

Die Vertiefung in dem ersten Gehäusedeckel kann so dimensioniert sein, dass die in der Vertiefung auf einer Elektrode angeordnete Vliesstoffmatte planar mit der Unterseite des ersten Gehäusedeckels ist. Vorteilhafterweise kann insgesamt hierdurch im ersten Gehäusedeckel ein Hohlraum gebildet werden, der eine weitere Elektrode aufweist und zusammen mit dem angrenzenden Zellrahmen eine funktionsfähige galvanische Zelle bildet.The recess in the first housing cover can be dimensioned such that the nonwoven mat arranged on an electrode in the recess is planar with the underside of the first housing cover. Advantageously, this can form a cavity in the first housing cover, which has a further electrode and, together with the adjacent cell frame, forms a functional galvanic cell.

Der erste Gehäusedeckel weist mindestens vier Anschlüsse auf. Optional kann der erste oder ein zweiter Gehäusedeckel Koppelelemente aufweisen, die dazu eingerichtet sind, mit den Koppelelementen auf der Ober- oder Unterseite des angrenzenden Zellrahmens formschlüssig einzugreifen. Vorteilhaft kann mithilfe von Koppelelementen auch im Bereich der Gehäusedeckel durch eine Art Labyrinthdichtung die Dichtigkeit des Redoxfluss-Akkumulators verbessert werden und damit die Montagequalität sicherstellen.The first housing cover has at least four connections. Optionally, the first or a second housing cover can have coupling elements that are designed to engage with the coupling elements on the top or bottom of the adjacent cell frame in a form-fitting manner. The use of coupling elements in the area of the housing cover can also be advantageously used to improve the tightness of the redox flow accumulator by means of a type of labyrinth seal, thus ensuring the quality of assembly.

Die Anschlüsse sind jeweils mit den voneinander getrennten Elektrolytkanälen und Elektrolytdurchflusskanälen verbunden. Die Anschlüsse der Elektrolytkanäle können einen ersten Abstand zueinander haben und die Anschlüsse der Elektrolytdurchflusskanäle können einen zweiten Abstand zueinander haben, der sich vom ersten Abstand unterscheidet. Die Anschlüsse sind bevorzugt jeweils als zylindrische Anschlusselemente ausgeprägt, die aus dem ersten Gehäusedeckel hervorstehen, wobei die Anschlusselemente jeweils durch eine Bohrung mit den jeweiligen Elektrolytkanälen oder den Elektrolytdurchflusskanälen fluidisch verbunden sind. Durch diese Anordnung der Elektrolytanschlüsse können die Elektrolytrohrleitungskreisläufe auf eine simple, sich nicht überschneidende Weise angeordnet werden, wodurch die Herstellungskosten, als auch die Montagezeit gesenkt werden können.The connections are each connected to the electrolyte channels and electrolyte flow channels which are separate from one another. The connections of the electrolyte channels can have a first distance from one another and the connections of the electrolyte flow channels can have a second distance from one another which is different from the first distance. The connections are preferably each designed as cylindrical connection elements which protrude from the first housing cover, wherein the connection elements are each fluidically connected to the respective electrolyte channels or the electrolyte flow channels by a bore. This arrangement of the electrolyte connections allows the electrolyte piping circuits to be arranged in a simple, non-overlapping manner, which can reduce both the manufacturing costs and the assembly time.

Die Anschlusselemente können integral mit dem ersten Gehäusedeckel ausgebildet sein. Bevorzugt sind die Anschlusselemente jedoch als separates Bauteil durch Kleben oder Vibrationsschweißen an dem ersten Gehäusedeckel flüssigkeitsdicht, stoffschlüssig befestigt und weisen bevorzugt Rohrleitungsbefestigungsabschnitte auf, um die jeweiligen Elektrolytrohrleitungskreisläufe mit diesen strömungstechnisch zu verbinden. Die Rohrleitungsbefestigungsabschnitte können ein Außengewinde aufweisen, das mit einem Innengewinde einer Rohrleitung in Eingriff stehen kann. Als separates Bauteil kann das Anschlusselement besonders einfach und kostengünstig mit dem ersten Gehäusedeckel befestigt werden, sowie mittels einfacher und kostenoptimierter Fertigungsverfahren hergestellt werden.The connection elements can be formed integrally with the first housing cover. However, the connection elements are preferably attached to the first housing cover as a separate component in a liquid-tight, material-locking manner by gluing or vibration welding and preferably have pipe fastening sections in order to fluidically connect the respective electrolyte pipe circuits to them. The pipe fastening sections can have an external thread that can engage with an internal thread of a pipe. As a separate component, the connection element can be attached to the first housing cover particularly easily and inexpensively, and can be manufactured using simple and cost-optimized manufacturing processes.

Sowohl der erste Gehäusedeckel als auch der zweite Gehäusedeckel können jeweils einen Klemmabschnitt aufweisen. Der erste Gehäusedeckel weist optional einen Klemmabschnitt gegenüber dem Kontaktabschnitt auf. Der Klemmabschnitt ist identisch zu dem Klemmabschnitt des Zellrahmens ausgebildet. Der zweite Gehäusedeckel kann zusätzlich mindestens einen Klemmabschnitt aufweisen, der mit dem Kontaktabschnitt eines angrenzend angeordneten Zellrahmens korrespondiert und der identisch zu dem Klemmabschnitt des angrenzenden Zellrahmens ist. Der erste und der zweite Gehäusedeckel können erste, zweite, dritte und vierte Koppelelemente aufweisen. Der erste Gehäusedeckel weist dann insbesondere dieselben Koppelelemente der Oberseite des Zellrahmens auf und der zweite Gehäusedeckel weist insbesondere dieselben Koppelelemente der Unterseite des Zellrahmens auf. Dadurch können mit Vorteil die Gehäusedeckel in einer durch die Koppelelemente vorbestimmten Orientierung endständig auf das Zellstack positioniert werden, was die Möglichkeit von Montagefehlern reduziert und eine stabile formschlüssige Verbindung bewirkt. Ferner führen die Koppelelemente der Gehäusedeckel bei Eingriff mit den Koppelelementen des Zellstacks durch eine Labyrinthdichtwirkung zu einer verbesserten Abdichtung der Gehäusedeckel.Both the first housing cover and the second housing cover can each have a clamping section. The first housing cover optionally has a clamping section opposite the contact section. The clamping section is designed to be identical to the clamping section of the cell frame. The second housing cover can additionally have at least one clamping section that corresponds to the contact section of an adjacently arranged cell frame and that is identical to the clamping section of the adjacent cell frame. The first and second housing covers can have first, second, third and fourth coupling elements. The first housing cover then has in particular the same coupling elements on the top side of the cell frame and the second housing cover has in particular the same coupling elements on the bottom side of the cell frame. This advantageously allows the housing covers to be positioned end-on on the cell stack in an orientation predetermined by the coupling elements, which reduces the possibility of assembly errors and creates a stable, positive connection. Furthermore, the coupling elements of the housing covers lead to improved sealing of the housing covers when engaging with the coupling elements of the cell stack through a labyrinth sealing effect.

Optional werden mindestens zwei Zellrahmen des Redoxfluss-Akkumulators umfangsseitig mittels einer Dichtmittelschicht abgedichtet, wobei als Dichtmittel vorzugsweise Lacke oder flüssige Klebstoffe verwendet werden, die vorteilhafterweise auf mindestens die Umfangsseite mindestens zweiter Zellrahmen aufgetragen, genauer aufgesprüht werden. Optional werden zur Bildung der Dichtmittelschicht dieselben Klebstoffe, wie die zur Befestigung der Membrananordnung oder der Elektrode verwendet. Zusätzlich oder alternativ wirkt die Dichtmittelschicht zumindest teilweise undurchlässig gegenüber UV-Strahlung. Einer Alterung des Zellrahmenmaterials kann damit entgegengewirkt werden. Ferner kann hierdurch in einer einfachen Art und Weise zur Verbindung von mindestens zwei aneinander angrenzenden Zellrahmen zusätzlich eine außenumfangsseitige Abdichtung angebracht werden. Darüber hinaus kann der Redoxfluss-Akkumulator vor Umwelteinflüssen geschützt werden und einer Materialalterung entgegengewirkt werden.Optionally, at least two cell frames of the redox flow accumulator are sealed by means of a sealant layer, whereby paints or liquid adhesives are preferably used as sealants, which are advantageously applied, or more precisely sprayed, to at least the peripheral side of at least two cell frames. Optionally, the same adhesives as those used to attach the membrane arrangement or the electrode are used to form the sealant layer. Additionally or alternatively, the sealant layer is at least partially impermeable to UV radiation. This can counteract aging of the cell frame material. Furthermore, this can also be used to attach an outer peripheral seal in a simple manner to connect at least two adjacent cell frames. In addition, the redox flow accumulator can be protected from environmental influences and material aging can be counteracted.

Die Elektrolytrohrleitungskreisläufe umfassen vorzugsweise säurebeständige Kunststoff- oder Metallrohre. Alternativ können die Elektrolytrohrleitungskreisläufe flexible Schläuche umfassen. In beiden Fällen können jedoch Verbindungsstücke aus säurebeständigen Kunststoffen und/oder Metallen vorgesehen sein, um die Elektrolytrohrleitungskreisläufe zu bilden. Die Verwendung von handelsüblichen Kunststoff- und/oder Metallrohren, flexiblen Schläuchen sowie auch Verbindungsstücken senken die Herstellungskosten und sind als standardisierte Bauteile weltweit verfügbar und können kostengünstig beschafft werden.The electrolyte piping circuits preferably comprise acid-resistant plastic or metal pipes. Alternatively, the electrolyte piping circuits may comprise flexible hoses. In both cases, however, connectors made of acid-resistant plastics and/or metals may be provided to form the electrolyte piping circuits. The use of commercially available plastic and/or metal pipes, flexible hoses and connectors reduces manufacturing costs and are available worldwide as standardized components and can be procured inexpensively.

Vorteilhafterweise sind die Elektrolytpumpen jeweils innerhalb des Elektrolyttanks in Form von Tauchpumpen angeordnet. Diese Anordnung reduziert die Notwendigkeit eines Entlüftens des Elektrolytrohrleitungskreislaufs, wodurch der Redoxfluss-Akkumulator besonders wartungsarm ist. Die Zirkulation der Elektrolyten durch den Redoxfluss-Akkumulator kann damit gestoppt werden, ohne die Elektrolytrohrleitungskreisläufe nach einer gewissen Stillstands-Zeit entlüften zu müssen. Dies senkt den internen Energieverbrauch des Redoxfluss-Akkumulators, wenn keine elektrische Leistung dem Akkumulator entnommen oder in ihm gespeichert wird.The electrolyte pumps are advantageously arranged within the electrolyte tank in the form of submersible pumps. This arrangement reduces the need to vent the electrolyte piping circuit, making the redox flow accumulator particularly low-maintenance. The circulation of the electrolytes through the redox flow accumulator can thus be stopped without having to vent the electrolyte piping circuits after a certain downtime. This reduces the internal energy consumption of the redox flow accumulator when no electrical power is drawn from or stored in the accumulator.

Als Elektrolytlösungen werden bevorzugt Vanadium- oder besonders bevorzugt Mangansulfatlösungen verwendet. Diese Elektrolytlösungen sind besonders kostengünstig, gut verfügbar und erzielen eine ausreichende Leistungsdichte des Redoxfluss-Akkumulators. Andere Elektrolytlösungen, die eine größere oder niedrigere Leistungsdichte des Redoxfluss-Akkumulators bewirken, sind ebenfalls denkbar.Vanadium or, particularly preferably, manganese sulfate solutions are preferably used as electrolyte solutions. These electrolyte solutions are particularly inexpensive, readily available and achieve a sufficient power density of the redox flow accumulator. Other electrolyte solutions that achieve a higher or lower power density of the redox flow accumulator are also conceivable.

Optional weist der Redoxfluss-Akkumulator einen Wechselrichter auf, der in elektrischer Verbindung mit den Elektroden steht und Gleichstrom in Wechselstrom oder umgekehrt umwandelt. Vorteilhafterweise kann hierdurch aus dem Gleichstrom der Zellen ein Wechselstrom erzeugt werden, der in ein Stromnetz eingespeist werden kann. Ebenfalls wäre es denkbar elektrische Verbraucher direkt mit dem Wechselrichter oder direkt mit dem Redoxfluss-Akkumulator zu koppeln.Optionally, the redox flow accumulator has an inverter that is electrically connected to the electrodes and converts direct current into alternating current or vice versa. Advantageously, this can be used to generate alternating current from the direct current of the cells, which can be fed into a power grid. It would also be conceivable to connect electrical consumers directly to the inverter or directly to the redox flow accumulator.

Des Weiteren kann der Redoxfluss-Akkumulator einen Elektrolyttemperierungseinrichtung aufweisen, die im Elektrolytrohrleitungskreislauf angeordnet oder mit einem der Elektrolytspeicher verbunden ist. Der Elektrolyttemperierungseinrichtung ist dazu eingerichtet, das Elektrolyt zu kühlen oder zu erwärmen, um optimale Betriebsbedingungen für den Betrieb des Akkumulators sicherzustellen und dessen Leistungsdichte zu steigern.Furthermore, the redox flow accumulator can have an electrolyte temperature control device that is arranged in the electrolyte piping circuit or connected to one of the electrolyte reservoirs. The electrolyte temperature control device is designed to cool or heat the electrolyte in order to ensure optimal operating conditions for the operation of the accumulator and to increase its power density.

Optional können mindestens die Zellen, die Gehäusedeckel, die Stromabnehmerelemente und der Wechselrichter von einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen werden, wodurch der Redoxfluss-Akkumulator vor Umwelteinflüssen und äußeren Einwirkungen geschützt ist.Optionally, at least the cells, the housing covers, the current collector elements and the inverter can be accommodated in a common housing, thereby protecting the redox flow accumulator from environmental influences and external influences.

Des Weiteren kann der Redoxfluss-Akkumulator optional eine Steuereinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, das Be- und Entladen des Redoxfluss-Akkumulators durch Energieerzeugungseinrichtungen oder durch elektrische Verbraucher, sowie die Durchlaufgeschwindigkeit der Elektrolyte mittels der Elektrolytpumpen zu steuern. Die Steuereinrichtung kann ein Benutzerschnittstelle und/oder eine Schnittstelle zum Datenaustausch über Kommunikationsnetzwerke verfügen. Mit Vorteil wird hierdurch ein Redoxfluss-Akkumulator bereitgestellt, der in bestehende elektrische Strukturen integriert werden kann und autark geregelt ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, Daten über ein Kommunikationsnetzwerk empfangen, welche die Steuereinrichtung dazu veranlassen, die Durchlaufgeschwindigkeit und Temperatur der Elektrolyte mittels der Elektrolytpumpen und der Elektrolyttemperierungseinrichtung zu verändern.Furthermore, the redox flow accumulator can optionally have a control device that is set up to control the charging and discharging of the redox flow accumulator by energy generation devices or by electrical consumers, as well as the flow rate of the electrolytes by means of the electrolyte pumps. The control device can have a user interface and/or an interface for data exchange via communication networks. This advantageously provides a redox flow accumulator that can be integrated into existing electrical structures and is self-sufficiently controlled. It is also conceivable that the control device is set up to receive data via a communication network that causes the control device to change the flow rate and temperature of the electrolytes by means of the electrolyte pumps and the electrolyte temperature control device.

Die Erfindung umfasst weiter ein Verfahren zu Herstellung eines Zellstacks für einen Redoxfluss-Akkumulator mit einer vorbestimmten Anzahl von Zellen wie oben beschrieben, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

a) Bereitstellen des ersten Zellrahmens, so dass die Unterseite nach oben gerichtet ist;
b) Auftragen eines Klebstoffs in dem Befestigungsabschnitt;
c) Anordnen der Membrananordnung in dem Befestigungsabschnitt des ersten Zellrahmens;
d) Drehen des Zellrahmens um 180° um eine erste Drehachse, die in der Membranebene liegt, so dass die Oberseite des ersten Zellrahmens nach oben gerichtet ist;
e) Positionieren und Befestigen einer Elektrode innerhalb des Membranausschnitts in dem Kontaktbereich des ersten Zellrahmens;
f) Bereitstellen eines zum ersten Zellrahmen identisch ausgebildeten zweiten Zellrahmens, der nach einem der Schritte a) bis e) hergestellt wurde;
g) Drehen des zweiten Zellrahmens um 180° relativ zum ersten Zellrahmen um eine zweite Drehachse, die senkrecht zur Membranebene ist, wenn die Oberseite des ersten Zellrahmens oder eines obersten Zellrahmens der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen nach oben gerichtet ist;
h) Auftragen des Klebstoffs umfangsseitig um mindestens den Membranausschnitt, die Elektrolytkanäle, die Elektrolytdurchflusskanäle des ersten Zellrahmens oder des obersten Zellrahmens der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen;
i) Aufsetzen und Befestigen des zweiten Zellrahmens auf den ersten Zellrahmen oder den obersten Zellrahmen der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen;
j) Wiederholen der Schritte a) bis i), bis der Zellstack die vorbestimmte Anzahl an Zellen aufweist;
k) Bereitstellen zweier Gehäusedeckel;
l) Auftragen eines Klebstoffes umfangsseitig um mindestens den Membranausschnitt, die Elektrolytkanäle, die Elektrolytdurchflusskanäle des ersten und des obersten Zellrahmens der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen und Positionieren der Gehäusedeckel jeweils auf der Unterseite des ersten Zellrahmens und auf der Oberseite des obersten Zellrahmens der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen.

The invention further comprises a method for producing a cell stack for a redox flow accumulator with a predetermined number of cells as described above, the method comprising the following steps:

a) providing the first cell frame so that the bottom is facing upwards;
b) applying an adhesive in the fastening section;
c) arranging the membrane assembly in the mounting portion of the first cell frame;
d) rotating the cell frame by 180° about a first axis of rotation lying in the membrane plane so that the top of the first cell frame is directed upwards;
e) positioning and securing an electrode within the membrane cutout in the contact region of the first cell frame;
f) providing a second cell frame which is identical to the first cell frame and which was produced according to one of steps a) to e);
g) rotating the second cell frame by 180° relative to the first cell frame about a second axis of rotation which is perpendicular to the membrane plane when the upper side of the first cell frame or of an uppermost cell frame of the plurality of cell frames already connected to one another is directed upwards;
h) applying the adhesive circumferentially around at least the membrane cutout, the electrolyte channels, the electrolyte flow channels of the first cell frame or the uppermost cell frame of the plurality of cell frames already connected to one another;
i) placing and securing the second cell frame onto the first cell frame or the uppermost cell frame of the plurality of cell frames already connected to one another;
j) repeating steps a) to i) until the cell stack has the predetermined number of cells;
k) providing two housing covers;
l) Applying an adhesive circumferentially around at least the membrane cutout, the electrolyte channels, the electrolyte flow channels of the first and the uppermost cell frame of the plurality of cell frames already connected to one another and positioning the housing covers respectively on the underside of the first cell frame and on the top side of the uppermost cell frame of the plurality of cell frames already connected to one another.

Der Klebstoff wird besonders bevorzugt dünnflächig in dem Befestigungsabschnitt aufgebracht. Hierdurch wird mit Vorteil eine flüssigkeitsdichte und stabile Klebeverbindung mit der Membrananordnung gewährleistet.The adhesive is preferably applied over a thin surface in the fastening section. This advantageously ensures a liquid-tight and stable adhesive bond with the membrane arrangement.

Die Membrananordnung wird bevorzugt mindestens teilweise formschlüssig von dem Befestigungsabschnitt des ersten Zellrahmens aufgenommen.The membrane arrangement is preferably at least partially positively received by the fastening section of the first cell frame.

Optional kann der erste Zellrahmen zwischengelagert werden, bis der Klebstoff im Wesentlichen vollständig ausgehärtet ist. Alternativ kann die Aushärtezeit je nach Klebestoffart verkürzt werden, so dass ein Zwischenlagern nicht nötig ist.Optionally, the first cell frame can be temporarily stored until the adhesive has essentially completely cured. Alternatively, the curing time can be shortened depending on the type of adhesive, so that temporary storage is not necessary.

Bevorzugt kann ein Vliesstoff innerhalb des Membranausschnittes positioniert werden. Der Vliesstoff wird bevorzugt mindestens teilweise formschlüssig in dem Membranausschnitt aufgenommen und auf die Membrananordnung von oben aufgelegt.Preferably, a nonwoven fabric can be positioned within the membrane cutout. The nonwoven fabric is preferably at least partially received in a form-fitting manner in the membrane cutout and placed on the membrane arrangement from above.

Optional kann ein Klebstoff im Kontaktbereich aufgetragen werden. Der Klebstoff wird im Kontaktbereich besonders bevorzugt dünnflächig über die gesamte Fläche des Kontaktbereichs aufgetragen, so dass die Elektrode mit dem Kontaktbereich flüssigkeitsdicht verklebt ist.Optionally, an adhesive can be applied to the contact area. The adhesive is preferably applied in a thin layer over the entire surface of the contact area so that the electrode is bonded to the contact area in a liquid-tight manner.

Bevorzugt kann ein zweiter Vliesstoff innerhalb des Membranausschnittes auf der Elektrode positioniert werden. Der Vliesstoff wird bevorzugt mindestens teilweise formschlüssig in dem Membranabschnitt aufgenommen und liegt flächig mindestens teilweise auf der Elektrode auf. Hierdurch ergibt sich ein einfacher Schichtaufbau, der in Höhenrichtung von der mit dem Befestigungsabschnitt verklebten Membrananordnung gehalten wird.Preferably, a second nonwoven fabric can be positioned on the electrode within the membrane section. The nonwoven fabric is preferably at least partially received in the membrane section in a form-fitting manner and lies flatly at least partially on the electrode. This results in a simple layer structure that is held in the vertical direction by the membrane arrangement glued to the fastening section.

Besonders bevorzugt wird der Klebstoff als eine dünnflächige Bahn aufgetragen. Eine flüssigkeitsdichte, stoffschlüssige und stabile Verbindung des ersten und des mindestens zweiten Zellrahmens kann auf diese Weise gewährleistet werden.Particularly preferably, the adhesive is applied as a thin sheet. A liquid-tight, material-tight and stable connection of the first and at least the second cell frame can be ensured in this way.

Der zweite Zellrahmen wird auf den ersten beziehungsweise obersten Zellrahmen, so aufgesetzt, dass die Seitenkanten des ersten beziehungsweise der Mehrzahl von bereits miteinander befestigten Zellrahmen mit denen des zweiten Zellrahmens fluchten. Weiter fluchtet der Membranausschnitt des ersten Zellrahmens mit dem des zweiten Zellrahmens und jedem weiteren befestigten Zellrahmen. Die Elektrolytkanäle des ersten Zellrahmens und die Elektrolytdurchflusskanäle des zweiten und jedem weiteren befestigten Zellrahmens, die bevorzugt die gleiche Form aufweisen, fluchten im befestigten Zustand miteinander. Analog dazu fluchten bevorzugt die Elektrolytdurchflusskanäle des ersten Zellrahmens mit den Elektrolytkanälen des zweiten und jedem weiteren befestigten Zellrahmens im befestigten Zustand.The second cell frame is placed on the first or uppermost cell frame in such a way that the side edges of the first or the plurality of cell frames already fastened together are aligned with those of the second cell frame. Furthermore, the membrane cutout of the first cell frame is aligned with that of the second cell frame and each further fastened cell frame. The electrolyte channels of the first cell frame and the electrolyte flow channels of the second and each further fastened cell frame, which preferably have the same shape, are aligned with one another when fastened. Similarly, the electrolyte flow channels of the first cell frame are preferably aligned with the electrolyte channels of the second and each further fastened cell frame when fastened.

Je nach verwendetem Klebstoff kann optional der befestigte erste und zweite Zellrahmen zwischengelagert werden, bis die Aushärtezeit des Klebstoffes erreicht ist. Zusätzlich kann die Aushärtezeit je nach Klebstoffart verkürzt werden, so dass ein Zwischenlagern nicht benötigt wird.Depending on the adhesive used, the attached first and second cell frames can optionally be temporarily stored until the adhesive has cured. In addition, the curing time can be shortened depending on the type of adhesive, so that intermediate storage is not required.

Das Verfahren kann des Weiteren eine optionale Druckleckprüfung aufweisen, wobei z.B. die Unterseite des ersten Zellrahmens fluiddicht gegen eine erste Komponente einer Prüfvorrichtung gedrückt wird und eine zweite Komponente einer Prüfvorrichtung gegen die Oberseite des mindestens zweiten Zellrahmens fluiddicht gedrückt wird. Der so abgeschlossene Innenraum der Zelle wird für einen vorbestimmten Zeitraum mit einem relativen Luftdruck, von vorzugsweise -0,5 bar bis +0,5 bar beaufschlagt und der Druckverlauf des Zellinnenraums wird mit einem vorbestimmten Druckverlauf oder mit einem vorbestimmten Druckgrenzwert innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums verglichen. Vorteilhafterweise wird hierdurch nach jeder Befestigung eines weiteren Zellrahmens auf die bisher befestigten Zellrahmen eine Druckleckprüfung durchgeführt. Wird ein Druckabfall erkannt, so ist bekannt, dass sich ein Leck in der zuletzt durchgeführten Verbindung befinden muss.The method can further comprise an optional pressure leak test, whereby, for example, the underside of the first cell frame is pressed fluid-tight against a first component of a test device and a second component of a test device is pressed fluid-tight against the top of the at least second cell frame. The interior of the cell sealed in this way is subjected to a relative air pressure of preferably -0.5 bar to +0.5 bar for a predetermined period of time and the pressure profile of the cell interior is compared with a predetermined pressure profile or with a predetermined pressure limit value within a predetermined period of time. Advantageously, a pressure leak test is carried out after each attachment of a further cell frame to the previously attached cell frames. If a drop in pressure is detected, it is known that there must be a leak in the last connection made.

Das Auftragen des Klebstoffes und das Aufsetzen der Gehäusedeckel erfolgt besonders bevorzugt nacheinander. Alternativ ist es denkbar, dass der Klebstoff zunächst auf beide Gehäusedeckel aufgetragen wird, bevor die Gehäusedeckel aufgesetzt werden. Zusätzlich kann der Klebstoff so auf die Gehäusedeckel aufgetragen werden, dass der Klebestoff, bevorzugt als eine dünnflächige Klebstoffbahn, umfangsseitig um den Membranabschnitt und umfangsseitig um die Elektrolytkanäle oder die Elektrolytdurchflusskanäle aufgetragen ist. Im Fall von unterschiedlichen Gehäusedeckeln muss der erste Gehäusedeckel, der den Vliesstoff und die Elektrode aufweist, mit der Oberseite des obersten befestigten Zellrahmens des Zellstacks und der zweite Gehäusedeckel dementsprechend mit der Unterseite des ersten Zellrahmens des Zellstacks angrenzend angeordnet sein.The adhesive is particularly preferably applied and the housing covers are placed one after the other. Alternatively, it is conceivable that the adhesive is first applied to both housing covers before the housing covers are placed. In addition, the adhesive can be applied to the housing covers in such a way that the adhesive, preferably as a thin adhesive strip, is applied circumferentially around the membrane section and circumferentially around the electrolyte channels or the electrolyte flow channels. In the case of different housing covers, the first housing cover, which has the nonwoven fabric and the electrode, must be arranged adjacent to the top of the topmost attached cell frame of the cell stack and the second housing cover accordingly must be arranged adjacent to the bottom of the first cell frame of the cell stack.

Mit besonderem Vorteil weist das erfindungsgemäße Verfahren des Weiteren folgende Schritte auf: Bereitstellen und Positionieren eines ersten Membranrahmenelements; Bereitstellen und Positionieren einer Membran auf dem Membranrahmenelement derart, dass die Membran von dem Membranrahmenelement umgeben ist und damit eine Membrananordnung bildet.With particular advantage, the method according to the invention further comprises the following steps: providing and positioning a first membrane frame element; providing and positioning a membrane on the membrane frame element such that the membrane is surrounded by the membrane frame element and thus forms a membrane arrangement.

Bevorzugt sind alle Seitenkanten der Membran von dem Membranrahmenelement umgeben. Mit weiterem Vorteil kann ein identisch mit dem ersten Membranrahmenelement ausgebildetes, zweites Membranrahmenelement die Membran umgeben und fest mit dem ersten Membranrahmenelement verbindbar sein, so dass die Membrananordnung zwei Membranrahmenelemente mit der Membran dazwischen umfasst. Die Membran wird dabei besonders bevorzugt mit dem einen und/oder beiden Membranrahmenelementen flüssigkeitsdicht und/oder stoffschlüssig verbunden.Preferably, all side edges of the membrane are surrounded by the membrane frame element. With further advantage, a second membrane frame element, which is identical to the first membrane frame element, can surround the membrane and can be firmly connected to the first membrane frame element, so that the membrane arrangement comprises two membrane frame elements with the membrane in between. The membrane is particularly preferably connected to one and/or both membrane frame elements in a liquid-tight and/or materially bonded manner.

Die Merkmale der erfindungsgemäßen Zelle, des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators sowie des Verfahrens zur Herstellung des Zellstacks sind nicht ausschließlich auf ihren Gegenstand selbst beschränkt, sondern können sich gegenseitig ergänzen.The features of the cell according to the invention, the redox flow accumulator according to the invention and the method for producing the cell stack are not exclusively limited to their subject matter itself, but can complement each other.

Weitere Vorteile und besondere Ausführungsformen ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung zweier Ausführungsformen und anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen

1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Unterseite eines Zellrahmens einer erfindungsgemäßen Zelle;
2 eine perspektivische Darstellung einer Oberseite des Zellrahmens aus 1;
3 eine perspektivische Darstellung eines ersten Gehäusedeckels einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators;
4 eine perspektivische Darstellung eines zweiten Gehäusedeckels der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators;
5 eine perspektivische Darstellung einer Membrananordnung gemäß der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle;
6 eine perspektivische Darstellung einer Elektrode gemäß der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle;
7 eine perspektivische Schnittansicht der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators;
8 eine Explosionsdarstellung des Redoxfluss-Akkumulators aus 7;
9 eine Explosionsdarstellung einer zweiten Ausführungsform einer Membrananordnung der erfindungsgemäßen Zelle;
10 eine perspektivische Darstellung der Oberseite eines Zellrahmens gemäß einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle;
11 eine perspektivische Darstellung eines Zellrahmens gemäß der zweiten Ausführungsform mit einer Membrananordnung;
12 eine Explosionsdarstellung eines Stromabnehmerelements gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators;
13 eine Explosionsdarstellung eines Zellstacks gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators; und
14 eine perspektivische Darstellung eines Zellstacks gemäß der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators mit Stromabnehmerelementen ist.

Further advantages and special embodiments will become apparent from the following detailed description of two embodiments and from the accompanying drawings, in which

1 a perspective view of a first embodiment of an underside of a cell frame of a cell according to the invention;
2 a perspective view of a top side of the cell frame from 1 ;
3 a perspective view of a first housing cover of a first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention;
4 a perspective view of a second housing cover of the first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention;
5 a perspective view of a membrane arrangement according to the first embodiment of the cell according to the invention;
6 a perspective view of an electrode according to the first embodiment of the cell according to the invention;
7 a perspective sectional view of the first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention;
8th an exploded view of the redox flow accumulator from 7 ;
9 an exploded view of a second embodiment of a membrane arrangement of the cell according to the invention;
10 a perspective view of the top of a cell frame according to a second embodiment of the cell according to the invention;
11 a perspective view of a cell frame according to the second embodiment with a membrane arrangement;
12 an exploded view of a current collector element according to the second embodiment of the redox flow accumulator according to the invention;
13 an exploded view of a cell stack according to the second embodiment of the redox flow accumulator according to the invention; and
14 a perspective view of a cell stack according to the second embodiment of the redox flow accumulator according to the invention with current collector elements.

Ausführungsform 1Embodiment 1

1 zeigt eine perspektive Darstellung einer Unterseite 6 eines Zellrahmens 1 einer erfindungsgemäßen Zelle gemäß einer ersten Ausführungsform, der aus Polypropylen (PP) hergestellt, genauer spritzgegossen ist. Auch andere geeignete Kunststoffe sind möglich. Der Zellrahmen 1 ist rechteckig plattenartig ausgebildet, wobei die Erfindung nicht auf diese geometrische Form beschränkt ist. Vielmehr kann der Zellrahmen auch andere geometrische Ausgestaltungen annehmen, z. B. eine elliptische Form oder eine Form mit abgerundeten Ecken. Auf einer Seite des Zellrahmens 1 sind zwei Elektrolytdurchflusskanäle 12 und gegenüberliegend zwei Elektrolytkanäle 11 angeordnet, die jeweils einzeln voneinander getrennt sind und den Zellrahmen 1 vollständig von einer Oberseite 7 zur Unterseite 6 durchdringen. Die Elektrolytkanäle 11 und die Elektrolytdurchflusskanäle 12 weisen in der hier dargestellten Ausführungsform dieselbe Kontur und denselben Querschnitt auf. Zwischen den Elektrolytkanälen 11 weist der Zellrahmen 1 einen Kontaktabschnitt 15 auf. In ähnlicher Art und Weise weist der Zellrahmen 1 zwischen den beiden Elektrolytdurchflusskanälen 12 einen Klemmabschnitt 23 auf. Weiterhin umfasst der Zellrahmen 1 vier Elektrolytflussabschnitte 14, von denen je zwei mit einem Elektrolytkanal 11 integral ausgebildet sind. Die zwei Elektrolytflussabschnitte 14, die strömungstechnisch mit einem Elektrolytkanal 11 verbunden sind, sind in der dargestellten ersten Ausführungsform durch einen Steg 8 beabstandet, der die Elektrolytflussabschnitte strömungstechnisch unterteilt. 1 shows a perspective view of a bottom side 6 of a cell frame 1 of a cell according to the invention according to a first embodiment, which is made of polypropylene (PP), more precisely injection-molded. Other suitable plastics are also possible. The cell frame 1 is rectangular, plate-like, although the invention is not restricted to this geometric shape. Rather, the cell frame can also take on other geometric designs, e.g. an elliptical shape or a shape with rounded corners. On one side of the cell frame 1 there are two electrolyte flow channels 12 and opposite them two electrolyte channels 11, which are each individually separated from one another and penetrate the cell frame 1 completely from an upper side 7 to the lower side 6. The electrolyte channels 11 and the electrolyte flow channels 12 have the same contour and the same cross section in the embodiment shown here. Between the electrolyte channels 11 the cell frame 1 has a contact section 15. In a similar manner, the cell frame 1 has a clamping section 23 between the two electrolyte flow channels 12. The cell frame 1 also comprises four electrolyte flow sections 14, two of which are each integrally formed with an electrolyte channel 11. The two electrolyte flow sections 14, which are fluidically connected to an electrolyte channel 11, are spaced apart in the first embodiment shown by a web 8, which divides the electrolyte flow sections fluidically.

Der Kontaktabschnitt 15 ist als eine Vertiefung im Zellrahmen 1 mit zwei ersten Koppelelementen 17, die den Kontaktabschnitt 15 verjüngen, geformt. Der Kontaktabschnitt 15 führt in der ersten Ausführungsform von einem Membranausschnitt 13 zu einer Außenkante des Zellrahmens 1. Ein Abschnitt des Kontaktabschnitts 15 ist durch einen Spalt 9, der sich von den ersten Koppelelementen 17 zur Außenkante des Zellrahmens 1 in Höhenrichtung von der Oberseite 7 bis zur Unterseite 6 erstreckt, von dem Zellrahmen 1 beabstandet. In der ersten Ausführungsform ist ein zweites Koppelelement 18 vorgesehen, das als Nut ausgebildet ist und sich teilweise umfangsseitig um den Membranausschnitt 13 herum erstreckt und mit den Flussabschnitten 14 der beiden Elektrolytkanäle 11 verbunden ist. Dem Kontaktabschnitt 15 gegenüber liegend zeigt die erste Ausführungsform einen Klemmabschnitt 23, der die gleiche Form wie der Kontaktabschnitt 15 aufweist und der durch die beiden Spalte 9 links und rechts des Klemmabschnitts 23 zum Zellrahmen 1 beabstandet ist. Die Spalte 9 des Kontaktabschnitts 15 und die des Klemmabschnitts 23 sind identisch dimensioniert und liegen sich in der Membranebene gegenüber.The contact section 15 is formed as a recess in the cell frame 1 with two first coupling elements 17 that taper the contact section 15. In the first embodiment, the contact section 15 leads from a membrane cutout 13 to an outer edge of the cell frame 1. A section of the contact section 15 is spaced from the cell frame 1 by a gap 9 that extends from the first coupling elements 17 to the outer edge of the cell frame 1 in the height direction from the top 7 to the bottom 6. In the first embodiment, a second coupling element 18 is provided, which is designed as a groove and extends partially circumferentially around the membrane cutout 13 and is connected to the flow sections 14 of the two electrolyte channels 11. Opposite the contact section 15, the first embodiment shows a clamping section 23 that has the same shape as the contact section 15 and that is spaced from the cell frame 1 by the two gaps 9 to the left and right of the clamping section 23. The gap 9 of the contact section 15 and that of the clamping section 23 are identically dimensioned and lie opposite each other in the membrane plane.

2 zeigt eine perspektive Darstellung einer Oberseite 7 des Zellrahmens 1 gemäß der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform. Ergänzend zu 1 ist hier zu erkennen, dass die Oberseite 7 ein drittes Koppelelement 19 aufweist, das dazu eingerichtet ist, in die korrespondierenden ersten Koppelelemente 17 auf der Unterseite 6 formschlüssig einzugreifen. Ein viertes Koppelelement 20, das den Membranabschnitt 13 auf der Oberseite 7 umfangseitig teilweise umgibt, ist als ein Vorsprung, insbesondere als ein Steg ausgebildet. Das vierte Koppelelement 20 ist insbesondere dazu eingerichtet, in das zweite Koppelelement 18, das auf der Unterseite 6 eines angrenzend angeordneten Zellrahmens 1 positioniert ist, formschlüssig einzugreifen. Weiter zeigt 2, dass der Klemmabschnitt 23 in der ersten Ausführungsform dieselbe Stärke wie der Zellrahmen 1 aufweist, wodurch dieser jeweils mit der Unterseite 6 und Oberseite 7 des Zellrahmens planar ist. 2 shows a perspective view of a top side 7 of the cell frame 1 according to the 1 illustrated first embodiment. In addition to 1 it can be seen here that the upper side 7 has a third coupling element 19, which is designed to engage in a form-fitting manner with the corresponding first coupling elements 17 on the underside 6. A fourth coupling element 20, which partially surrounds the membrane section 13 on the upper side 7, is designed as a projection, in particular as a web. The fourth coupling element 20 is in particular designed to engage in a form-fitting manner with the second coupling element 18, which is positioned on the underside 6 of an adjacently arranged cell frame 1. Furthermore, 2 that the clamping portion 23 in the first embodiment has the same thickness as the cell frame 1, whereby it is planar with the bottom 6 and top 7 of the cell frame.

3 zeigt eine perspektivische Darstellung eines ersten Gehäusedeckels 4, der aus PP spritzgegossen wurde, gemäß einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators, der vier Anschlüsse 41 auf der Oberseite 42 aufweist, die hier bevorzugt integral mit dem ersten Gehäusedeckel 4 ausgebildet sind. Die Anschlüsse 41 sind dazu eingerichtet, mit den Elektrolyt-Versorgungsleitungen des Redoxfluss-Akkumulators verbunden zu werden. Die Ausbildung der Anschlüsse 41 ist derart, dass eine hohe Dichtigkeit und gleichzeitig eine ausreichend gute Anschließbarkeit der Versorgungsleitungen gewährleistet ist. Des Weiteren ist seitlich ein Kontaktabschnitt 15 als Vertiefung in der Unterseite 43 des Gehäusedeckels 4 ausgebildet, an dem ein Abschnitt einer Elektrode 3 aufgenommen werden kann. Der erste Gehäusedeckel 4 umfasst wie der oben beschriebene Zellrahmen 1 die ersten und zweiten Koppelelemente 17, 18 auf seiner Unterseite 43, die dazu eingerichtet sind, mit den dritten und den vierten Koppelelementen 19, 20 eines angrenzenden Zellrahmens ineinander zu greifen. In dieser ersten Ausführungsform weist der Gehäusedeckel 4 jeweils links und rechts vom Kontaktabschnitt 15 einen Spalt 9 auf. Gegenüberliegend zum Kontaktabschnitt 15 ist zusätzlich ein Klemmabschnitt 23 angeordnet, der analog links und rechts des Klemmabschnitts 23 einen Spalt 9 zeigt, der den Klemmabschnitt 23 von dem Zellrahmen 1 in lateraler Richtung beabstandet. Die Spalte 9 des ersten Deckels 9 sind mit den gleichen Dimensionen wie die Spalte 9 des Zellrahmens 1 ausgebildet, so dass die Spalte 9 des Deckels mit den Spalten 9 des Zellrahmens zur Deckung kommen, wenn der Deckel 4 und der Zellrahmen 1 in der durch die Koppelelemente 17, 18, 19, 20 vorbestimmten Ausrichtung aneinander angrenzend angeordnet sind. Alternativ könnte man den ersten Gehäusedeckel 4 auch als Deckelelement bezeichnen. 3 shows a perspective view of a first housing cover 4, which was injection-molded from PP, according to a first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention, which has four connections 41 on the top 42, which are preferably formed integrally with the first housing cover 4. The connections 41 are designed to be connected to the electrolyte supply lines of the redox flow accumulator. The design of the connections 41 is such that a high degree of tightness and at the same time a sufficiently good connection of the supply lines is ensured. Furthermore, a contact section 15 is formed laterally as a recess in the bottom 43 of the housing cover 4, in which a section of an electrode 3 can be received. The first housing cover 4, like the cell frame 1 described above, comprises the first and second coupling elements 17, 18 on its bottom 43, which are designed to engage with the third and fourth coupling elements 19, 20 of an adjacent cell frame. In this first embodiment, the housing cover 4 has a gap 9 to the left and right of the contact section 15. A clamping section 23 is additionally arranged opposite the contact section 15, which has a gap 9 to the left and right of the clamping section 23, which separates the clamping section 23 from the cell frame 1 in lateral direction. The gaps 9 of the first cover 9 are formed with the same dimensions as the gaps 9 of the cell frame 1, so that the gaps 9 of the cover coincide with the gaps 9 of the cell frame when the cover 4 and the cell frame 1 are arranged adjacent to one another in the orientation predetermined by the coupling elements 17, 18, 19, 20. Alternatively, the first housing cover 4 could also be referred to as a cover element.

4 ist eine perspektivische Darstellung eines zweiten Gehäusedeckels 10, der ebenfalls aus PP spritzgegossen ist, gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators und der anders als der erste Gehäusedeckel 4 keine Anschlüsse 41 aufweist. Der in 4 dargestellte zweite Gehäusedeckel 10 weist die dritten und vierten Koppelelemente 19, 20 auf der Unterseite 44 auf, die mit korrespondierenden ersten und zweiten Koppelelementen 17, 18 der Unterseite 6 eines angrenzend angeordneten Zellrahmens 1 formschlüssig zusammenwirken. Die Oberseite 45 des zweiten Gehäusedeckels 10 ist flächig ausgebildet und weist weder Anschlüsse 41 noch Koppelelemente auf. Der zweite Gehäusedeckel 10 weist in dieser dargestellten ersten Ausführungsform zwei sich gegenüberliegende Klemmabschnitte 23 mit jeweils zwei Ausnehmungen auf, die sich gegenüber liegen und den entsprechend zu denen Spalten 9 des Zellrahmens 1 ausgebildet sind, so dass die Spalte 9 des zweiten Gehäusedeckels mit den Spalten 9 des Zellrahmens 1 in einer durch die Koppelelemente vorbestimmte Ausrichtung miteinander fluchten. Alternativ könnte man den zweiten Gehäusedeckel 10 auch als Bodenelement bezeichnen. 4 is a perspective view of a second housing cover 10, which is also injection-molded from PP, according to the first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention and which, unlike the first housing cover 4, has no connections 41. The 4 The second housing cover 10 shown has the third and fourth coupling elements 19, 20 on the underside 44, which interact in a form-fitting manner with corresponding first and second coupling elements 17, 18 on the underside 6 of an adjacently arranged cell frame 1. The upper side 45 of the second housing cover 10 is flat and has neither connections 41 nor coupling elements. In this first embodiment shown, the second housing cover 10 has two opposing clamping sections 23, each with two recesses, which are opposite one another and are designed to correspond to the columns 9 of the cell frame 1, so that the columns 9 of the second housing cover are aligned with the columns 9 of the cell frame 1 in an alignment predetermined by the coupling elements. Alternatively, the second housing cover 10 could also be referred to as a base element.

5 ist eine perspektivische Darstellung der Membrananordnung 2 gemäß der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die Membranordnung 2 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige Kontur, die der Kontur des Membranausschnitts 13 entspricht. Die Membrananordnung 2 der ersten Ausführungsform umfasst eine Membran 24, die aus einem Folienmaterial mit einer Dicke von 0,02 mm ausgebildet ist. 5 is a perspective view of the membrane arrangement 2 according to the first embodiment of the cell according to the invention. The membrane arrangement 2 has a substantially rectangular contour which corresponds to the contour of the membrane section 13. The membrane arrangement 2 of the first embodiment comprises a membrane 24 which is made of a film material with a thickness of 0.02 mm.

6 ist eine perspektivische Darstellung einer Elektrode 3, bestehend aus einer Graphitfolie mit einer Stärke von etwa 0,2 mm, gemäß der ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle. Die Elektrode 3 weist einen ersten Abschnitt 21, der dazu ausgebildet ist, im Membranausschnitt 13 des Zellrahmens 1 angeordnet zu sein, und einen zweiten Abschnitt 22 auf, der dazu ausgebildet ist, im Kontaktabschnitt 15 des Zellrahmens 1 angeordnet zu sein. Folglich entspricht der erste Abschnitt 21 teilweise der Kontur des Membranausschnitts 13 und der zweite Abschnitt 22 teilweise der Kontur des Kontaktabschnitts 15. 6 is a perspective view of an electrode 3, consisting of a graphite foil with a thickness of approximately 0.2 mm, according to the first embodiment of the cell according to the invention. The electrode 3 has a first section 21, which is designed to be arranged in the membrane cutout 13 of the cell frame 1, and a second section 22, which is designed to be arranged in the contact section 15 of the cell frame 1. Consequently, the first section 21 partially corresponds to the contour of the membrane cutout 13 and the second section 22 partially corresponds to the contour of the contact section 15.

7 ist eine perspektivische Schnittdarstellung eines Zellstacks 100 gemäß der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators. In der hier dargestellten Ausführungsform sind ein erster Gehäusedeckel 4 und ein zweiter Gehäusedeckel 10, wie in den 3 bzw. 4 dargestellt, endständig angeordnet. Zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäusedeckel 4, 10 sind insgesamt acht Zellrahmen 1 aneinander angeordnet, wobei jeweils die aneinander angrenzende Zellrahmen 1 relativ zueinander um 180° in der Membranebene gedreht sind. Damit umfasst der Zellstack 100 hier fünf Zellen. Weiterhin sind die zweiten Abschnitte 22 der Elektroden 3 zu erkennen, die in den Kontaktabschnitten 15 positioniert sind und die Elektrode 3 zum Zwecke der elektrischen Kontaktierung nach außen führen. Jeweils ein Klemmabschnitt 23 steht in Kontakt mit einem Kontaktabschnitt 15 des angrenzenden Zellrahmens 1. In dem ersten Gehäusedeckel 4 ist ein nicht dargestellter Vliesstoff 5 und eine Elektrode 3 im Bereich des Membranausschnitts 13 des angrenzenden Zellrahmens 1 angeordnet. Der hier dargestellte Zellstack 100 umfasst fünf funktionsfähige galvanische Zellen, die von einem Elektrolyten aus Vanadiumsulfat durchspült werden. Im Ausführungsbeispiel der 7 ist zu erkennen, wie die Spalte 9 der Kontaktabschnitte 15 und die Klemmabschnitte 23 von jeweils einem angrenzenden Zellrahmen 1 miteinander fluchten. 7 is a perspective sectional view of a cell stack 100 according to the first embodiment of the redox flow accumulator according to the invention. In the embodiment shown here, a first housing cover 4 and a second housing cover 10, as in the 3 or 4 shown, arranged at the end. A total of eight cell frames 1 are arranged between the first and the second housing cover 4, 10, whereby the adjacent cell frames 1 are rotated relative to each other by 180° in the membrane plane. The cell stack 100 thus comprises five cells here. Furthermore, the second sections 22 of the electrodes 3 can be seen, which are positioned in the contact sections 15 and lead the electrode 3 to the outside for the purpose of electrical contact. A clamping section 23 is in contact with a contact section 15 of the adjacent cell frame 1. In the first housing cover 4, a nonwoven fabric 5 (not shown) and an electrode 3 are arranged in the area of the membrane cutout 13 of the adjacent cell frame 1. The cell stack 100 shown here comprises five functional galvanic cells, which are flushed through by an electrolyte made of vanadium sulfate. In the embodiment of the 7 it can be seen how the gap 9 of the contact sections 15 and the clamping sections 23 of each adjacent cell frame 1 are aligned with each other.

8 ist eine Explosionsdarstellung des Zellstacks 100 aus 7. Wie zuvor beschrieben ist zu erkennen, dass die aneinander angrenzenden Zellrahmen 1 jeweils um 180° relativ zueinander gedreht in der Membranebene angeordnet sind. Dadurch ergibt sich der besonders kompakte und einfache Aufbau einer Zelle bzw. eines gesamten Zellstacks 100. Die Elektroden 3 jeder zweiten Zelle, die die gleiche Polung aufweisen, sind durch die Drehung der Zellrahmen 1 zueinander in die gleiche Richtung orientiert. Zu erkennen ist insbesondere der Aufbau einer Zelle, wobei in jedem Zellrahmen 1 die Membrananordnung 2, bestehend aus einer Membran 24 aus Folienmaterial, den Membranausschnitt 13 überdeckt. Die Membrananordnung 2 ist hierbei etwas größer als der Membranausschnitt 13, der in dem Befestigungsabschnitt 16 auf der Unterseite 6 des Zellrahmens 1 befestigt wird. Auf die Membranordnung 2 folgt von der Oberseite 7 des Zellrahmens 1 eine erste Schicht Vliesstoff 5, der hier als eine Vliesstoffmatte ausgebildet ist. Anschließend dazu ist der zweite Abschnitt 22 einer Elektrode 3 im Kontaktabschnitt 15 aufgenommen und flüssigkeitsdicht und stoffschlüssig befestigt, genauer verklebt. Weiter folgt eine zweite Schicht Vliesstoff 5, die auf dem ersten Abschnitt 21 der Elektrode 3 aufliegt. 8th is an exploded view of the cell stack 100 from 7 . As previously described, it can be seen that the adjacent cell frames 1 are each rotated by 180° relative to one another in the membrane plane. This results in the particularly compact and simple structure of a cell or of an entire cell stack 100. The electrodes 3 of every second cell, which have the same polarity, are oriented in the same direction due to the rotation of the cell frames 1 relative to one another. The structure of a cell can be seen in particular, wherein in each cell frame 1 the membrane arrangement 2, consisting of a membrane 24 made of film material, covers the membrane cutout 13. The membrane arrangement 2 is somewhat larger than the membrane cutout 13, which is fastened in the fastening section 16 on the underside 6 of the cell frame 1. The membrane arrangement 2 is followed by a first layer of nonwoven fabric 5 from the top side 7 of the cell frame 1, which is designed here as a nonwoven fabric mat. Subsequently, the second section 22 of an electrode 3 is received in the contact section 15 and fastened, or more precisely glued, in a liquid-tight and material-locking manner. This is followed by a second layer of nonwoven fabric 5, which rests on the first section 21 of the electrode 3.

In der Explosionszeichnung der 8 ist erkennbar, dass der erste Abschnitt 21 der Elektrode 3 in der ersten Ausführungsform dieselbe Fläche und Dimension wie der Vliesstoff 5 und der Membranausschnitt 13 aufweist. Der erste Abschnitt 21 der Elektrode 3 und der Vliesstoff 5 werden damit in lateraler Richtung zumindest teilweise von dem Membranausschnitt 13 gestützt. Weiter offenbart die 8, dass zwischen dem ersten Gehäusedeckel 4, links in der 8, und der Membran 2 des angrenzenden Zellrahmens 1 eine Elektrode 3 und eine Schicht Vliesstoff 5 angeordnet sind, die in den ersten Gehäusedeckel 4 eingelegt werden. Ebenfalls ist rechts in der 8 der zweite Gehäusedeckel 10 dargestellt, wobei die Anschlusselemente 41 des ersten Deckels 4 fluchtend entsprechend mit den Elektrolytkanälen 11 bzw. mit den Elektrolytdurchflusskanälen 12 positioniert sind. Das obere Paar von Anschlusselementen 41 des ersten Gehäusedeckels 4 weist einen größeren Abstand zueinander als das untere Paar von Anschlusselementen 41 auf. Weiter zeigt die Explosionsdarstellung, dass die Koppelelemente 19, 20 der Oberseite 7 der Zellrahmen 1 jeweils zueinander in der Membranebene um 180° zueinander gedreht sind und entsprechend die nicht dargestellten Koppelelemente 17, 18 der Unterseite 6 der Zellrahmen 1 analog dazu um 180° zueinander in der Membranebene gedreht sind und dadurch dazu eingerichtet sind, ineinander zu greifen.In the exploded view of the 8th It can be seen that the first section 21 of the electrode 3 in the first embodiment has the same area and dimension as the nonwoven fabric 5 and the membrane section 13. The first section 21 of the electrode 3 and the nonwoven fabric 5 are thus at least partially supported in the lateral direction by the membrane section 13. Furthermore, the 8th that between the first housing cover 4, left in the 8th , and the membrane 2 of the adjacent cell frame 1, an electrode 3 and a layer of nonwoven fabric 5 are arranged, which are inserted into the first housing cover 4. Also on the right in the 8th the second housing cover 10 is shown, with the connection elements 41 of the first cover 4 being positioned in alignment with the electrolyte channels 11 or with the electrolyte flow channels 12. The upper pair of connection elements 41 of the first housing cover 4 is spaced further apart than the lower pair of connection elements 41. The exploded view also shows that the coupling elements 19, 20 of the upper side 7 of the cell frame 1 are each rotated 180° relative to one another in the membrane plane and, accordingly, the coupling elements 17, 18 (not shown) of the lower side 6 of the cell frame 1 are similarly rotated 180° relative to one another in the membrane plane and are thus designed to engage with one another.

Ausführungsform 2Embodiment 2

9 zeigt in Explosionsdarstellung Teile der erfindungsgemäßen Zelle gemäß einer zweiten Ausführungsform mit einer Membrananordnung 2, die zwei Membranrahmenelemente 25 aufweist, zwischen denen ein Membranelement 24 positioniert ist. Das Membranelement 24 ist vergleichbar zur ersten Ausführungsform aus einem biegeschlaffen Folienmaterial ausgebildet. Die Membranrahmenelemente 25 sind derart ausgebildet, dass diese mindestens die gleichen Dimensionen des Membranelements 24 aufweisen, so dass die Membranrahmenelemente 25 zumindest bündig mit dem Membranelement 24 sind und alle Seitenkanten des rechteckigen Membranelement umgeben. Die Membranrahmenelemente 25 weisen einen inneren Ausschnitt auf, dessen Fläche und Dimensionen kleiner als die des Membranelements 24 sind. Das Membranrahmenelement 25 ist aus Acryl-Butadien-Styrol ABS hergestellt, genauer spritzgegossen. 9 shows an exploded view of parts of the cell according to the invention according to a second embodiment with a membrane arrangement 2, which has two membrane frame elements 25, between which a membrane element 24 is positioned. The membrane element 24 is made from a flexible film material, comparable to the first embodiment. The membrane frame elements 25 are designed in such a way that they have at least the same dimensions as the membrane element 24, so that the membrane frame elements 25 are at least flush with the membrane element 24 and surround all side edges of the rectangular membrane element. The membrane frame elements 25 have an inner cutout, the area and dimensions of which are smaller than those of the membrane element 24. The membrane frame element 25 is made from acrylic butadiene styrene ABS, more precisely injection molded.

10 stellt eine perspektivische Ansicht einer Oberseite 7 eines Zellrahmens 1 gemäß der zweiten Ausführungsform dar, der einen Membranausschnitt 13, einen Befestigungsabschnitt 16, zwei Elektrolytdurchflusskanäle 12, zwei Elektrolytkanäle 11, sowie ein erstes Koppelelement 17 auf der Unterseite 6 des Zellrahmens 1 und auch ein zweites Koppelelement 19 auf der Oberseite 7 des Zellrahmens 1 aufweist. Die Elektrolytdurchflusskanäle 12 sind direkt mit dem Membranabschnitt 13 verbunden, so dass diese nicht durch Abschnitte des Zellrahmens 1 selbst fluidisch voneinander getrennt sind. Der Befestigungsabschnitt 16 folgt dem Membranausschnitt 13 zumindest teilweise umfangseitig. Des Weiteren ist der Befestigungsabschnitt 16 derart ausgebildet, dass dieser eine Tiefe in Richtung der Oberseite 7 zu der Unterseite 6 des Zellrahmens 1 aufweist, die kleiner als die Höhe der Membrananordnung 2 ist, wodurch die Membrananordnung 2 in einem befestigten Zustand mit dem Zellrahmen 1 nicht planar mit der Oberseite 7 ist. Als weiteren Unterschied zur ersten Ausführungsform weist der Zellrahmen 1 der zweiten Ausführungsform keine Klemmabschnitte 23 und keine Spalte 9 zwischen den Klemmabschnitten 23 sowie dem Kontaktabschnitt 15 auf. Der Kontaktabschnitt 15 zur Aufnahme des zweiten Abschnitts 22 der Elektrode 3 ist insofern reduziert. Der Zellrahmen 1 ist in der zweiten Ausführungsform aus ABS gefertigt, insbesondere spritzgegossen. 10 represents a perspective view of a top side 7 of a cell frame 1 according to the second embodiment, which has a membrane cutout 13, a fastening section 16, two electrolyte flow channels 12, two electrolyte channels 11, as well as a first coupling element 17 on the underside 6 of the cell frame 1 and also a second coupling element 19 on the top side 7 of the cell frame 1. The electrolyte flow channels 12 are directly connected to the membrane section 13, so that they are not fluidically separated from one another by sections of the cell frame 1 itself. The fastening section 16 follows the membrane cutout 13 at least partially on the circumference. Furthermore, the fastening section 16 is designed such that it has a depth in the direction of the top side 7 to the bottom side 6 of the cell frame 1, which is smaller than the height of the membrane arrangement 2, whereby the membrane arrangement 2 is not planar with the top side 7 in a fastened state with the cell frame 1. As a further difference to the first embodiment, the cell frame 1 of the second embodiment has no clamping sections 23 and no gap 9 between the clamping sections 23 and the contact section 15. The contact section 15 for receiving the second section 22 of the electrode 3 is reduced in this respect. The cell frame 1 in the second embodiment is made of ABS, in particular injection-molded.

Weiter zeigt 11 eine perspektivische Darstellung der Oberseite 7 eines Aufbaus eines Zellrahmens 1 gemäß der zweiten Ausführungsform gemäß der 9 und 10 mit einer Membrananordnung 2, wobei die Membrananordnung 2 in dem nicht dargestellten Befestigungsabschnitt 16 aufgenommen wird, genauer mit diesem verklebt wird. In der zweiten Ausführungsform ist die Membrananordnung 2 im Wesentlichen planar mit der Oberseite 7 des Zellrahmens 1 im Befestigungsabschnitt 16 aufgenommen. Im Wesentlichen bedeutet dies hier genauer, dass der dargestellte Überstand der Membrananordnung 2 kleiner als 1 mm ist und durch das gegenseitige Verbinden der Zellrahmen 1 kompensiert wird. Der nicht gezeigte Flussabschnitt 14 auf der Unterseite 6 des Zellrahmens 1 erstreckt sich über das Zellrahmenelement 25 und ist mit diesem integral ausgebildet.Next shows 11 a perspective view of the top side 7 of a structure of a cell frame 1 according to the second embodiment according to the 9 and 10 with a membrane arrangement 2, wherein the membrane arrangement 2 is received in the fastening section 16 (not shown), or more precisely is glued to it. In the second embodiment, the membrane arrangement 2 is received in the fastening section 16 essentially planar with the upper side 7 of the cell frame 1. In more detail, this essentially means that the projection of the membrane arrangement 2 shown is less than 1 mm and is compensated by the mutual connection of the cell frames 1. The flow section 14 (not shown) on the underside 6 of the cell frame 1 extends over the cell frame element 25 and is formed integrally with it.

Die 12 ist eine Explosionszeichnung eines Stromabnehmerelements 26 für den Zellstack 100 bzw. den Redoxfluss-Akkumulator 1, das eine längliche Leiste aus einem elektrisch leitenden Material, hier aus einem Blech mit einer Stärke von mehr als 2 mm, aufweist, an dessen Ende Kontaktzungen 29 vorgesehen sind. Senkrecht zur Erstreckung des Stromabnehmerelements 26 in Längsrichtung sind Kontaktelemente 30 in vorbestimmten Abständen angeordnet, die den Abständen der zu kontaktierenden Elektroden 3 des Redoxfluss-Akkumulators 1 entsprechen. Die Kontaktelemente 30 sind in Form von elastisch beweglichen Klammern aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und mit der Leiste mechanisch und elektrisch verbunden. Das Stromabnehmerelement 26 umfasst weiter zwei Stirnseitenverkleidungen 28 sowie zwei Seitenverkleidungen 27 aus einem elektrischen Isolator wie ABS, die die stromleitende Leiste aufnehmen und im montierten Zustand nach außen elektrisch isolieren. Die Stirnseitenverkleidungen 28 weisen weiter einen Ausschnitt auf, durch den sich die Kontaktzungen 29 im zusammengesetzten Zustand des Stromabnehmerelements 26 zur elektrischen Kontaktierung des Redoxfluss-Akkumulators nach außen erstrecken.The 12 is an exploded view of a current collector element 26 for the cell stack 100 or the redox flow accumulator 1, which has an elongated strip made of an electrically conductive material, here made of a sheet with a thickness of more than 2 mm, at the end of which contact tongues 29 are provided. Perpendicular to the extension of the current collector element 26 in the longitudinal direction, contact elements 30 are arranged at predetermined intervals, which correspond to the distances between the electrodes 3 of the redox flow accumulator 1 to be contacted. The contact elements 30 are designed in the form of elastically movable clamps made of an electrically conductive material and are mechanically and electrically connected to the strip. The current collector element 26 also comprises two end panels 28 and two side panels 27 made of an electrical insulator such as ABS, which accommodate the current-conducting strip and, when mounted, electrically insulate it from the outside. The front side panels 28 further have a cutout through which the contact tongues 29 extend outwards in the assembled state of the current collector element 26 for electrically contacting the redox flow accumulator.

13 stellt eine Explosionszeichnung des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators 1 gemäß der zweiten Ausführungsform dar, der vier galvanische Halbzellen aufweist. Endständig sind zwei Gehäusedeckel, nämlich ein erster Gehäusedeckel 4 und eine zweiter Gehäusedeckel 10 angeordnet, die sich voneinander unterscheiden und aus ABS spritzgegossen sind. Der erste Gehäusedeckel 4 weist vergleichbar zu der ersten Ausführungsform vier Anschlusselemente 41 auf, die paarweise angeordnet sind. Die Anschlusselemente 41 des ersten Paares sind in Breitenrichtung des Redoxfluss-Akkumulators 1 in einem größeren Abstand zueinander angeordnet als die Anschlusselementen 41 des zweiten Paares. Der erste Abschnitt 21 der Elektrode 3 in dieser zweiten Ausführungsform ist kleiner als der Vliesstoff 5, welcher in der zweiten Ausführungsform ebenfalls als eine Vliesstoffmatte 5 ausgebildet ist. Der zweite Abschnitt 22 der Elektrode 3 wird in einem montierten Zustand von dem Kontaktabschnitt 15 teilweise aufgenommen, insbesondere mit diesen fluiddicht und stoffschlüssig verbunden. Die Elektrode 3 ist ferner als eine bipolare Graphitelektrode ausgebildet, wobei der zweite Abschnitt 22 der Elektrode 3 im Kontaktabschnitt 15 des ersten Gehäusedeckels 4 und entsprechend in den Kontaktabschnitten 15 der Zellrahmen 1 zumindest teilweise formschlüssig in lateraler Richtung bezüglich der Koppelelemente 17 aufgenommen wird. Die bipolare Graphitelektrode wird in mit dem Kontaktabschnitt 15 stoffschlüssig verklebt. Die Tiefe des Kontaktabschnitts 15 des ersten Gehäusedeckels 4 und der Zellrahmen 1 ist derart ausgebildet, dass die Elektrode planar mit Unterseite 43 des ersten Gehäusedeckels 4 und der Unterseite 6 des Zellrahmens 1 ist. der Die bipolare Graphitelektrode 3 ist ein Festkörper, wodurch der zweite Abschnitt 22 direkt ohne weitere Abstützung elektrisch kontaktiert werden kann. Analog zur ersten Ausführungsform sind die Vliesstoffe 5 der zweiten Ausführungsform sowohl in deren Fläche als auch in deren Dimensionen derart ausgebildet, dass diese von den Membranausschnitten 13 teilweise formschlüssig in lateraler Richtung bezüglich der Breitenrichtung des Zellrahmens 1 aufgenommen werden können. Unverändert zur ersten Ausführungsform sind die aneinander angrenzenden Zellrahmen 1 zueinander um 180° in der Membranebene gedreht. Gleiches trifft auf deren erstes Koppelelement 17 der Oberseite 6 und deren drittes Koppelelement 19 zu. 13 shows an exploded view of the redox flow accumulator 1 according to the invention in accordance with the second embodiment, which has four galvanic half cells. Two housing covers, namely a first housing cover 4 and a second housing cover 10, are arranged at the end, which are different from one another and are injection-molded from ABS. The first housing cover 4 has, comparable to the first embodiment, four connection elements 41, which are arranged in pairs. The connection elements 41 of the first pair are arranged at a greater distance from one another in the width direction of the redox flow accumulator 1 than the connection elements 41 of the second pair. The first section 21 of the electrode 3 in this second embodiment is smaller than the nonwoven fabric 5, which in the second embodiment is also designed as a nonwoven fabric mat 5. The second section 22 of the electrode 3 is partially received by the contact section 15 in an assembled state, in particular connected to it in a fluid-tight and materially bonded manner. The electrode 3 is further designed as a bipolar graphite electrode, wherein the second section 22 of the electrode 3 is received in the contact section 15 of the first housing cover 4 and correspondingly in the contact sections 15 of the cell frame 1 at least partially in a form-fitting manner in the lateral direction with respect to the coupling elements 17. The bipolar graphite electrode is adhesively bonded to the contact section 15. The depth of the contact section 15 of the first housing cover 4 and the cell frame 1 is designed such that the electrode is planar with the underside 43 of the first housing cover 4 and the underside 6 of the cell frame 1. The bipolar graphite electrode 3 is a solid body, whereby the second section 22 can be electrically contacted directly without further support. Analogous to the first embodiment, the nonwoven fabrics 5 of the second embodiment are designed both in their surface area and in their dimensions in such a way that they can be partially received by the membrane cutouts 13 in a form-fitting manner in the lateral direction with respect to the width direction of the cell frame 1. Unchanged from the first embodiment, the adjacent cell frames 1 are rotated relative to one another by 180° in the membrane plane. The same applies to their first coupling element 17 of the upper side 6 and their third coupling element 19.

Die 14 ist eine perspektivische Darstellung des Zellstacks 100 des Zusammenbaus des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators 1 und eines Zusammenbaus zweier gegenüberliegender Stromabnehmerelemente 26, die in Fügerichtung zu dem Redoxfluss-Akkumulator 1 beabstandet sind. Das dargestellte Zellstack 100 des erfindungsgemäßen Redoxfluss-Akkumulators 1 weist in dieser zweiten Ausführungsform dreiundvierzig galvanische Zellen, die von einem Elektrolyten bestehend aus Mangansulfat durchspült werden, auf. Der erfindungsgemäße Redoxfluss-Akkumulator in 14 erzeugt in etwa eine elektrische Spannung von 48 V. Es sei angemerkt, dass die Bezugszeichen der 14 exemplarisch und unvollständig für gleiche Elemente eingetragen sind, um die Übersichtlichkeit der Zeichnung nicht zu beeinträchtigen. Durch die Drehung der Zellrahmen 1 jeweils um 180° zueinander sind die zweiten Abschnitte 22 der Elektroden 3 gleicher Polung in Längsrichtung hintereinander angeordnet, während die zweiten Abschnitte 22 der Elektroden 3 der entsprechend anderen Polung ebenfalls in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind. Die zweiten Abschnitte 22 unterschiedlich geladener Elektroden 3 liegen sich in Breitenrichtung des Redoxfluss-Akkumulators gegenüber. Die Kontaktelemente 30 der Stromabnehmerelemente 26 sind als Klammern ausgeführt und umgreifen die zweiten Abschnitte 22 der Elektroden 3 im montierten Zustand, wodurch das elektrische Potenzial an den endständigen Zungen 29 anliegt.The 14 is a perspective view of the cell stack 100 of the assembly of the redox flow accumulator 1 according to the invention and an assembly of two opposing current collector elements 26, which are spaced apart in the joining direction to the redox flow accumulator 1. The illustrated cell stack 100 of the redox flow accumulator 1 according to the invention has, in this second embodiment, forty-three galvanic cells, which are flushed by an electrolyte consisting of manganese sulfate. The redox flow accumulator according to the invention in 14 generates an electrical voltage of approximately 48 V. It should be noted that the reference numerals of the 14 are entered as examples and incompletely for identical elements in order not to impair the clarity of the drawing. By rotating the cell frames 1 by 180° to each other, the second sections 22 of the electrodes 3 with the same polarity are arranged one behind the other in the longitudinal direction, while the second sections 22 of the electrodes 3 with the correspondingly different polarity are also arranged one behind the other in the longitudinal direction. The second sections 22 of differently charged electrodes 3 are located opposite one another in the width direction of the redox flow accumulator. The contact elements 30 of the current collector elements 26 are designed as clamps and enclose the second sections 22 of the electrodes 3 in the assembled state, whereby the electrical potential is applied to the terminal tongues 29.

Die Merkmale der ersten und der zweiten Ausführungsform sind nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt, sondern stellen jeweils ein spezifisches Beispiel zur Ausführung der Erfindung dar. Im Zuge der Erfindung können daher die spezifischen Merkmale der ersten Ausführungsform und die der zweiten Ausführungsform miteinander kombiniert werden und neue Ausführungsformen geschaffen werden.The features of the first and second embodiments are not limited to these embodiments, but each represents a specific example for carrying out the invention. In the course of the invention, the specific features of the first embodiment and those of the second embodiment can therefore be combined with one another and new embodiments can be created.

Insbesondere kann die Anzahl der Zellen in einem Zellstack so gewählt werden, dass eine entsprechende Ausgangsspannung an den Außenelektroden des Redoxfluss-Akkumulators anliegt.In particular, the number of cells in a cell stack can be selected so that a corresponding output voltage is applied to the outer electrodes of the redox flow accumulator.

Liste der Bezugszeichen:List of reference symbols:

11: ZellrahmenCell frame
22: MembrananordnungMembrane arrangement
33: Elektrodeelectrode
44: erster Gehäusedeckelfirst housing cover
55: VliesstoffNonwoven fabric
66: Unterseitebottom
77: OberseiteTop
88th: Stegweb
99: Spaltgap
1010: zweiter Gehäusedeckelsecond housing cover
1111: ElektrolytkanalElectrolyte channel
1212: ElektrolytdurchflusskanalElectrolyte flow channel
1313: MembranausschnittMembrane cutout
1414: FlussabschnittRiver section
1515: KontaktabschnittContact section
1616: BefestigungsabschnittMounting section
1717: erstes Koppelelementfirst coupling element
1818: zweites Koppelelementsecond coupling element
1919: drittes Koppelelementthird coupling element
2020: viertes Koppelelementfourth coupling element
2121: erster Abschnittfirst section
2222: zweiter Abschnittsecond part
2323: KlemmabschnittClamping section
2424: Membranmembrane
2525: MembranrahmenelementMembrane frame element
2626: StromabnehmerelementCurrent collector element
2727: SeitenverkleidungSide panel
2828: StirnseitenverkleidungFront panel cladding
2929: KontaktzungeContact tongue
3030: KontaktelementContact element
4141: AnschlusselementConnection element
4242: Oberseite des ersten GehäusedeckelsTop of the first housing cover
4343: Unterseite des ersten GehäusedeckelsBottom of the first housing cover
4444: Unterseite des zweiten GehäusedeckelsBottom of the second housing cover
4545: Oberseite des zweiten GehäusedeckelsTop of the second housing cover

Claims

Zelle für einen Redoxfluss-Akkumulator zur Wandlung chemischer in elektrische Energie und umgekehrt mit zwei identischen, aneinander angrenzenden Zellrahmen (1), die jeweils eine Membrananordnung (2) und eine Elektrode (3) aufweisen, wobei die Zellrahmen (1) plattenförmig aufgebaut sind und eine vorbestimmte Höhe von einer Unterseite (6) zu einer Oberseite (7) aufweisen, wobei jeder Zellrahmen (1) weiterhin umfasst: mindestens zwei Elektrolytkanäle (11), zwei Elektrolytdurchflusskanäle (12) und einen Membranausschnitt (13), die den Zellrahmen (1) in Höhenrichtung von der Unterseite (6) zur Oberseite (7) vollständig durchdringen und die jeweils getrennt voneinander ausgebildet sind; mindestens zwei Flussabschnitte (14) auf der Unterseite (6) des Zellrahmens (1), die die Elektrolytkanäle (11) mit dem Membranausschnitt (13) strömungsmäßig verbinden; und einen Kontaktabschnitt (15) auf dem Zellrahmen (1), der dazu eingerichtet ist, die Elektrode (3) aufzunehmen und nach außen zu führen; wobei die Membranausschnitte (13) und die Elektroden (3) der beiden Zellrahmen (1) einen abgeschlossenen Zellinnenraum bilden, den die Membrananordnung (2) in zwei Hohlräume trennt, die von unterschiedlichen Elektrolytlösungen durchströmbar sind.Cell for a redox flow accumulator for converting chemical energy into electrical energy and vice versa, with two identical, adjacent cell frames (1), each of which has a membrane arrangement (2) and an electrode (3), the cell frames (1) being plate-shaped and having a predetermined height from a bottom side (6) to a top side (7), each cell frame (1) further comprising: at least two electrolyte channels (11), two electrolyte flow channels (12) and a membrane cutout (13), which completely penetrate the cell frame (1) in the height direction from the bottom side (6) to the top side (7) and which are each formed separately from one another; at least two flow sections (14) on the bottom side (6) of the cell frame (1), which connect the electrolyte channels (11) to the membrane cutout (13) in terms of flow; and a contact section (15) on the cell frame (1), which is designed to receive the electrode (3) and to guide it to the outside; wherein the membrane cutouts (13) and the electrodes (3) of the two cell frames (1) form a closed cell interior which is separated by the membrane arrangement (2) into two cavities through which different electrolyte solutions can flow.

Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hohlräume einen säurebeständigen Vliesstoff (5) aufweisen, der von dem jeweiligen Elektrolyten durchspülbar ist.Cell after Claim 1 , characterized in that the cavities have an acid-resistant nonwoven fabric (5) which can be flushed through by the respective electrolyte.

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (1) derart aneinander angeordnet sind, dass diese relativ zueinander um 180° in der Membranebene gedreht sind.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that the cell frames (1) are arranged on one another in such a way that they are rotated relative to one another by 180° in the membrane plane.

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrode (3) eine Graphitelektrode aufweist.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that one electrode (3) comprises a graphite electrode.

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (1) einen Befestigungsabschnitt (16) aufweist, wobei der Befestigungsabschnitt (16) direkt angrenzend an den Membranausschnitt (13) ist und den Membranausschnitt (13) zumindest teilweise umgibt.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that the cell frame (1) has a fastening section (16), wherein the fastening section (16) is directly adjacent to the membrane cutout (13) and at least partially surrounds the membrane cutout (13).

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrananordnung (2) eine Membran (24) und mindestens ein Membranrahmenelement (25) aufweist, an dem die Membran (24) angebracht ist.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that the membrane arrangement (2) comprises a membrane (24) and at least one membrane frame element (25) to which the membrane (24) is attached.

Zelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrananordnung (2) mit dem Befestigungsabschnitt (16) flüssigkeitsdicht säurebeständig verklebt, verschweißt, insbesondere ultraschallverschweißt ist.Cell after Claim 5 or 6 , characterized in that the membrane arrangement (2) is glued, welded, in particular ultrasonically welded, to the fastening section (16) in a liquid-tight, acid-resistant manner.

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellrahmen (1) als Werkstoff einen säurebeständigen Kunststoff, insbesondere ein Thermoplast, Duroplast, Elastomer oder einen Verbundwerkstoff aus den genannten Materialien aufweisen, wobei die Zellrahmen mittels Urformen, insbesondere Gießen, Spritzgießen und 3D-Druck, oder Trennen, insbesondere Zerspanen, oder einer Kombination davon hergestellt sind.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that the cell frames (1) have an acid-resistant plastic, in particular a thermoplastic, duroplastic, elastomer or a composite material made of the said materials, wherein the cell frames are produced by means of primary molding, in particular casting, injection molding and 3D printing, or separation, in particular machining, or a combination thereof.

Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Zellrahmen (1) mindestens ein Koppelelement (17, 18, 19, 20) auf der Unterseite (6) und auf der Oberseite (7) aufweist, wobei das Koppelelement (17, 18) auf der Unterseite (6) dazu eingerichtet ist, mit dem entsprechenden Koppelelement (19, 20) auf der Oberseite (7) des angrenzend angeordneten zweiten Zellrahmens (1) formschlüssig zusammenzuwirken.Cell according to one of the preceding claims, characterized in that each cell frame (1) has at least one coupling element (17, 18, 19, 20) on the underside (6) and on the upper side (7), wherein the coupling element (17, 18) on the underside (6) is designed to interact in a form-fitting manner with the corresponding coupling element (19, 20) on the upper side (7) of the adjacently arranged second cell frame (1).

Zelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellrahmen (1) auf der Unterseite (6) ein erstes Koppelelement (17) im Kontaktabschnitt (15) aufweist und auf der Oberseite (7) ein drittes Koppelelement (19) aufweist, dass derart ausgebildet ist, um mit dem ersten Koppelelement (17) des Kontaktabschnitts (15) auf der Unterseite (6) eines angrenzend angeordneten Zellrahmens (1) formschlüssig zusammenzuwirken.Cell after Claim 9 , characterized in that the cell frame (1) has a first coupling element (17) in the contact section (15) on the underside (6) and a third coupling element (19) on the upper side (7) which is designed to interact in a form-fitting manner with the first coupling element (17) of the contact section (15) on the underside (6) of an adjacently arranged cell frame (1).

Redoxfluss-Akkumulator mit einer Mehrzahl von aneinander angrenzenden Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, der des Weiteren aufweist: zwei Stromabnehmerelemente (26), die sich in Längsrichtung entlang des Akkumulators (100) erstrecken und die Elektroden (3) der entsprechenden Seite im Kontaktabschnitt (15) kontaktieren; zwei Gehäusedeckel (4, 10), wobei ein erster Gehäusedeckel (4) vier Anschlüsse (41) zu den jeweils voneinander getrennten Elektrolytkanälen (11) und Elektrolytdurchflusskanälen (12) aufweist; mindestens zwei separate Elektrolytrohrleitungskreisläufe, die mit den entsprechenden Anschlüssen (41) des ersten Gehäusedeckels (4) verbunden sind, wobei Elektrolytrohrleitungskreisläufe in strömungsmäßiger Verbindung mit den entsprechenden Elektrolytkanälen (11) und Elektrolytdurchflusskanälen (12) der Zellen stehen; mindestens zwei Elektrolytpumpen zur Zirkulation der jeweiligen Elektrolytlösung durch den Elektrolytrohrleitungskreislauf und die Mehrzahl von Zellen; mindestens zwei Elektrolytspeicher, die jeweils unterschiedlich geladene Elektrolytlösungen speichern, wobei die Elektrolytspeicher entsprechend der Ladung der gespeicherten Elektrolytlösungen mit dem entsprechend getrennten Elektrolytrohrleitungskreislauf strömungstechnisch verbunden ist.Redox flow accumulator with a plurality of adjacent cells according to one of the Claims 1 until 10 , which further comprises: two current collector elements (26) which extend longitudinally along the accumulator (100) and contact the electrodes (3) of the corresponding side in the contact section (15); two housing covers (4, 10), wherein a first housing cover (4) has four connections (41) to the respectively separate electrolyte channels (11) and electrolyte flow channels (12); at least two separate electrolyte piping circuits which are connected to the corresponding connections (41) of the first housing cover (4), wherein electrolyte piping circuits are in flow connection with the corresponding electrolyte channels (11) and electrolyte flow channels (12) of the cells; at least two electrolyte pumps for circulating the respective electrolyte solution through the electrolyte piping circuit and the plurality of cells; at least two electrolyte reservoirs, each storing differently charged electrolyte solutions, wherein the electrolyte reservoirs are fluidically connected to the correspondingly separate electrolyte piping circuit according to the charge of the stored electrolyte solutions.

Verfahren zur Herstellung eines Zellstacks (100) für einen Redoxfluss-Akkumulator mit einer vorbestimmten Anzahl von Zellen nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen des ersten Zellrahmens (1), so dass die Unterseite (6) nach oben gerichtet ist; b) Auftragen von Klebstoff in dem Befestigungsabschnitt (16); c) Anordnen der Membrananordnung (2) in dem Befestigungsabschnitt (16) des ersten Zellrahmens (1); d) Drehen des Zellrahmens (1) um 180° um eine erste Drehachse, die in der Membranebene liegt, so dass die Oberseite (7) des ersten Zellrahmens (1) nach oben gerichtet ist; e) Positionieren und Befestigen der Elektrode (3) innerhalb des Membranausschnitts (13) und in dem Kontaktbereich (15) des ersten Zellrahmens (1); f) Bereitstellen eines mit dem ersten Zellrahmen (1) identisch ausgebildeten zweiten Zellrahmens (1), der nach einem der Schritte a) bis e) hergestellt wurde; g) Drehen des zweiten Zellrahmens (1) um 180° relativ zum ersten Zellrahmen (1) um eine zweite Drehachse, die senkrecht zur Membranebene angeordnet ist, wenn die Oberseite (7) des ersten Zellrahmens (1) oder des obersten Zellrahmens (1) der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen (1) nach oben gerichtet ist; h) Auftragen des Klebstoffes umfangsseitig um mindestens den Membranausschnitt (13), die Elektrolytkanäle (11), die Elektrolytdurchflusskanäle (12) des ersten Zellrahmens (1) oder des obersten Zellrahmens (1) der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen (1); i) Aufsetzen und Befestigen des zweiten Zellrahmens (1) auf den ersten Zellrahmen (1) oder auf den obersten Zellrahmen (1) der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen (1); j) Wiederholen der Schritte a) bis i) bis der Zellstack die vorbestimmte Anzahl an Zellen aufweist; I) Bereitstellen zweier Gehäusedeckel (4, 10); m) Auftragen eines Klebstoffes umfangsseitig um mindestens den Membranausschnitt (13), die Elektrolytkanäle (11), die Elektrolytdurchflusskanäle (12) des ersten und des obersten Zellrahmens (1) der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen (1) und Positionieren der Gehäusedeckel (4, 10) auf der Unterseite (6) des ersten Zellrahmens (1) und auf der Oberseite (7) des obersten Zellrahmens (1) der Mehrzahl von bereits miteinander verbundenen Zellrahmen (1).Method for producing a cell stack (100) for a redox flow accumulator with a predetermined number of cells according to one of the Claims 1 until 10 , the method comprising the following steps: a) providing the first cell frame (1) so that the underside (6) is directed upwards; b) applying adhesive in the fastening section (16); c) arranging the membrane arrangement (2) in the fastening section (16) of the first cell frame (1); d) rotating the cell frame (1) by 180° about a first axis of rotation which lies in the membrane plane so that the top side (7) of the first cell frame (1) is directed upwards; e) positioning and fastening the electrode (3) within the membrane cutout (13) and in the contact region (15) of the first cell frame (1); f) providing a second cell frame (1) which is identical to the first cell frame (1) and which was produced according to one of steps a) to e); g) rotating the second cell frame (1) by 180° relative to the first cell frame (1) about a second axis of rotation which is arranged perpendicular to the membrane plane when the upper side (7) of the first cell frame (1) or of the uppermost cell frame (1) of the plurality of cell frames (1) already connected to one another is directed upwards; h) applying the adhesive circumferentially around at least the membrane cutout (13), the electrolyte channels (11), the electrolyte flow channels (12) of the first cell frame (1) or of the uppermost cell frame (1) of the plurality of cell frames (1) already connected to one another; i) placing and fastening the second cell frame (1) on the first cell frame (1) or on the uppermost cell frame (1) of the plurality of cell frames (1) already connected to one another; j) repeating steps a) to i) until the cell stack has the predetermined number of cells; I) providing two housing covers (4, 10); m) applying an adhesive circumferentially around at least the membrane cutout (13), the electrolyte channels (11), the electrolyte flow channels (12) of the first and the uppermost cell frame (1) of the plurality of cell frames (1) already connected to one another and positioning the housing covers (4, 10) on the underside (6) of the first cell frame (1) and on the upper side (7) of the uppermost cell frame (1) of the plurality of cell frames (1) already connected to one another.

Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Verfahren des Weiteren die Schritte: Positionieren eines Vliesstoffes (5) innerhalb des Membranausschnittes (13) zwischen den Schritten d) und e); und Positionieren eines zweiten Vliesstoffes (5) innerhalb des Membranausschnittes (13) auf der Elektrode zwischen den Schritten f) und g) aufweist.Procedure according to Claim 12 , the method further comprising the steps of: positioning a nonwoven fabric (5) within the membrane cutout (13) between steps d) and e); and positioning a second nonwoven fabric (5) within the membrane cutout (13) on the electrode between steps f) and g).

Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 13, wobei das Verfahren des Weiteren die folgenden Schritte aufweist: Bereitstellen und Positionieren eines ersten Membranrahmenelements (25), und Bereitstellen und Positionieren einer Membran (24) auf dem ersten Membranrahmenelement (25) derart, dass die Membran (24) von dem Membranrahmenelement (25) umgeben ist und damit eine Membrananordnung (2) bildet.Method according to one of the Claims 12 until 13 , the method further comprising the following steps: providing and positioning a first membrane frame element (25), and providing and positioning a membrane (24) on the first membrane frame element (25) such that the membrane (24) is surrounded by the membrane frame element (25) and thus forms a membrane arrangement (2).