WO2023174603A1

WO2023174603A1 - Flow frame for an electrochemical cell

Info

Publication number: WO2023174603A1
Application number: PCT/EP2023/051671
Authority: WO
Inventors: Udo Martin; Andreas Schiegl; Marcel BEIROW; Lars KÜHNLE; Christian Teufel
Original assignee: J.Schmalz Gmbh
Priority date: 2022-03-16
Filing date: 2023-01-24
Publication date: 2023-09-21
Also published as: DE102022106048A1

Abstract

The invention relates to a flow frame (10) for an electrochemical cell, wherein the flow frame defines at least one electrode space (14) for accommodating an electrode, comprising at least one feed channel system (16) for feeding electrolyte into the electrode space, wherein the feed channel system comprises a fluid port (20) that is fluidically connected via feed channel structures (22) to the electrode space, and comprising at least one return channel system (18) for returning electrolyte from the electrode space, wherein the return channel system comprises a fluid port (24) that is fluidically connected via return channel structures (26) to the electrode space, wherein the feed channel structures and/or the return channel structures comprise multiple secondary channels (32) which branch off at separate positions of the respective fluid port and which open via inflow regions (34) into the electrode space.

Description

Titel: Flussrahmen für eine elektrochemische Zelle Title: Flow framework for an electrochemical cell

Beschreibung Description

Die Erfindung betrifft einen Flussrahmen für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für einen Redox-Flow- Batterie-Stack. Die Erfindung betrifft auch eine elektrochemische Zelle, insbesondere Redox-Flow-Batterie- Zelle. The invention relates to a flow frame for an electrochemical cell, in particular for a redox flow battery stack. The invention also relates to an electrochemical cell, in particular a redox flow battery cell.

Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Energiespeicher mit fließfähigen, insbesondere flüssigen, Speichermedien, in denen ein redox-aktives Material bzw. eine redox-aktive Substanz in einem flüssigen Elektrolyten gelöst ist. DieRedox flow batteries are electrochemical energy storage devices with flowable, in particular liquid, storage media in which a redox-active material or a redox-active substance is dissolved in a liquid electrolyte. The

Elektrolyten (je nach Polarität Anolyt bzw. Katholyt genannt) werden separat bereitgestellt, z.B. in separaten Tanks gelagert und bei Bedarf einer elektrochemischen Energiewandlereinheit ( der sog . Zelle der Redox-Flow- Batterie ) für den Lade- oder Entladeprozess zugeführt . Beim Lade- bzw . Entladeprozess werden die redox-aktiven Materialien in der Zelle in getrennten Halbzellen oxidiert bzw . reduziert . Hierbei wird beim Entladeprozess chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt und beim Ladeprozess elektrische Energie in chemische Energie zurück umgewandelt . Ein Vorteil von Redox-Flow-Batterien besteht insbesondere darin, dass Leistung (Anzahl und Größe der elektrochemischen Energiewandler/ Zellen) und Kapazität (Elektrolytvolumen, Größe und Anzahl der Tanks ) unabhängig voneinander einstellbar sind, sodass zentrale und dezentrale Speichersysteme im Maßstab von wenigen Kilowatt bis Megawatt realisierbar sind . Electrolytes (called anolyte or catholyte depending on polarity) are provided separately, for example in separate Tanks are stored and, if necessary, fed to an electrochemical energy conversion unit (the so-called cell of the redox flow battery) for the charging or discharging process. When loading or During the discharge process, the redox-active materials in the cell are oxidized or oxidized in separate half-cells. reduced. Chemical energy is converted into electrical energy during the discharging process and electrical energy is converted back into chemical energy during the charging process. A particular advantage of redox flow batteries is that power (number and size of electrochemical energy converters/cells) and capacity (electrolyte volume, size and number of tanks) can be adjusted independently of one another, allowing centralized and decentralized storage systems on a scale of a few kilowatts up to megawatts can be achieved.

Eine Redox-Flow-Batterie umfasst üblicherweise eine Viel zahl von baugleichen Zellen, welche fluidisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind . Die Zellen sind insbesondere zu einem Stapel , dem sog . Zellstack, zusammengefügt und über ein Verspannsystem verpresst und ggf . mittels Zugankern verspannt . Das Verspannsystem umfasst üblicherweise Endplatten bspw . aus Kunststof f und/oder Nichteisenmetallen wie Aluminium, zwischen denen die Einzel zellen angeordnet sind . Zusätzlich kann das Verspannsystem I solierplatten zur Trennung der stromführenden Einzel zellen von den Endplatten, Stromabnehmer mit elektrischen Anschlüssen zur Ableitung bzw . Zuführung des Lade- oder Entladestroms sowie Medienanschlüsse für die Zu- und Abführung des Elektrolyten (Anolyt/Katholyt ) aufweisen . A redox flow battery usually includes a large number of identical cells, which are fluidically connected in parallel and electrically in series. The cells are in particular formed into a stack, the so-called. Cell stack, assembled and pressed using a clamping system and if necessary. braced using tie rods. The bracing system usually includes end plates, for example. made of plastic and/or non-ferrous metals such as aluminum, between which the individual cells are arranged. In addition, the bracing system I can have insulating plates to separate the current-carrying individual cells from the end plates, current collectors with electrical connections for discharge or Supply of the charging or discharging current as well Have media connections for the supply and removal of the electrolyte (anolyte/catholyte).

Zur elektrischen Verbindung der Einzel zellen untereinander ist zwischen zwei Einzel zellen üblicherweise eine sogenannte Bipolarplatte , bspw . aus einem Graphit- Kunststof f-Komposit-Material , angeordnet . Jede Einzel zelle ist wiederum aus zwei Halbzellen aufgebaut , die durch eine ionenleitende Membran getrennt sind . To electrically connect the individual cells to one another, there is usually a so-called bipolar plate between two individual cells, for example. made of a graphite plastic composite material, arranged. Each individual cell is made up of two half cells that are separated by an ion-conducting membrane.

Die Halbzellen umfassen ihrerseits j eweils einen Flussrahmen und eine Elektrode , welche üblicherweise in einer Rahmenöf fnung des Flussrahmens angeordnet ist . Die Rahmenöf fnung bildet insofern einen Elektrodenraum zur Aufnahme einer Elektrode und definiert den eigentlichen Wirkraum bzw . Wirkfläche der Halbzelle , also den aktiven Bereich, in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen . Darüber hinaus umfassen die bekannten Flussrahmen in der Regel ein integriertes Zuführkanalsystem zur Zuführung von Elekytrolyt in den Elektrodenraum und ein Rückführkanalsystem zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Elektrodenraum . Diese Kanalsysteme umfassen üblicherweise einen Fluidanschluss ( Primärkanal ) , bspw . in Form eines Durchgangslochs in dem Flussrahmen, von dem ein Einzelkanal ( Sekundärkanal ) abgeht , welcher schließlich über fächerförmig oder kammförmig ausgestaltete Verteilerstrukturen in den Elektrodenraum einmündet . Ein derartiger Flussrahmen ist beispielsweise aus US 2018 / 0062188 Al bekannt . Bei den bekannten Systemen kommt es j edoch regelmäßig zu hohen Druckabfällen über den Primär- und Sekundärkanal , was insbesondere bei hohen Elektrolyt-Volumenströmen die Ef fi zienz des Redox-Flow-Batterie-Stacks und der gesamten Redox-Flow-Batterieanlage begrenzen kann . Zudem ist bei den bekannten Systemen oftmals eine Verteilung des Elektrolyten in dem Wirkraum ungleichmäßig, was sich ebenfalls negativ auf die Leistung der Batterie auswirken kann . The half cells each comprise a flow frame and an electrode, which is usually arranged in a frame opening of the flow frame. The frame opening therefore forms an electrode space for receiving an electrode and defines the actual effective space or Effective area of the half cell, i.e. the active area in which the electrochemical processes take place. In addition, the known flow frames generally include an integrated feed channel system for feeding electrolyte into the electrode space and a return channel system for returning electrolyte from the electrode space. These channel systems usually include a fluid connection (primary channel), for example. in the form of a through hole in the flow frame, from which an individual channel (secondary channel) extends, which ultimately opens into the electrode space via fan-shaped or comb-shaped distribution structures. Such a flow frame is known, for example, from US 2018/0062188 Al. However, in the known systems there are regularly high pressure drops across the primary and secondary channels, which can limit the efficiency of the redox flow battery stack and the entire redox flow battery system, particularly with high electrolyte volume flows. In addition, in the known systems, the distribution of the electrolyte in the effective space is often uneven, which can also have a negative effect on the performance of the battery.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe , bei einer Redox-Flow-Batterie die Elektrolyt führung zu verbessern . Insbesondere sollen auch hohe Elektrolyt- Volumenströme ef fi zient und homogen durch die Wirkräume einer Redox-Flow-Batterie-Zelle geleitet werden können . Zudem ist eine flexible Skalierung der Redox-Flow-Batterie wünschenswert . The present invention is concerned with the task of improving the electrolyte flow in a redox flow battery. In particular, high electrolyte volume flows should be able to be conducted efficiently and homogeneously through the effective spaces of a redox flow battery cell. Flexible scaling of the redox flow battery is also desirable.

Diese Aufgabe wird durch einen Flussrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst . Der Flussrahmen ist für eine Verwendung in einer elektrochemischen Zelle ausgebildet , insbesondere für eine Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flow-Batterie . This task is solved by a flow frame with the features of claim 1. The flow frame is designed for use in an electrochemical cell, in particular for use in a cell of a redox flow battery.

Der Flussrahmen umgrenzt eine Rahmenöf fnung zur Aufnahme einer Elektrode . Die Rahmenöf fnung bildet insofern einen Elektrodenraum zur Aufnahme der Elektrode . Insbesondere definiert der Elektrodenraum den eigentlichen Wirkraum einer Halbzelle umfassend einen solchen Flussrahmen . Der Flussrahmen umfasst wenigstens ein in dem Flussrahmen ausgebildetes Zuführkanalsystem zur Zuführung von Elektrolyt in den Elektrodenraum . Das Zuführkanalsystem umfasst einen Fluidanschluss ( Primärkanal ) , über welchen dem Flussrahmen Elektrolyt zugeführt werden kann . Der Fluidanschluss ist über Zuführkanalstrukturen mit dem Elektrodenraum fluidisch verbunden . Die Zuführkanalstrukturen münden insofern in den Elektrodenraum ein . The flow frame delimits a frame opening for receiving an electrode. The frame opening therefore forms an electrode space for receiving the electrode. In particular, the electrode space defines the actual effective space of a half cell comprising such a flow frame. The flow frame comprises at least one feed channel system formed in the flow frame for feeding electrolyte into the electrode space. The supply channel system includes a fluid connection (primary channel) through which electrolyte can be supplied to the flow frame. The fluid connection is fluidly connected to the electrode space via supply channel structures. The supply channel structures thus open into the electrode space.

Der Flussrahmen umfasst außerdem wenigstens ein in dem Flussrahmen ausgebildetes Rückführkanalsystem zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Elektrodenraum . Das Rückführkanalsystem umfasst ebenfalls einen Fluidanschluss ( Primärkanal ) , über welchen Elektrolyt aus dem Flussrahmen abgeführt werden kann . Der Fluidanschluss ist über Rückführkanalstrukturen mit dem Elektrodenraum fluidisch verbunden . The flow frame also includes at least one return channel system formed in the flow frame for returning electrolyte from the electrode space. The return channel system also includes a fluid connection (primary channel) through which electrolyte can be removed from the flow frame. The fluid connection is fluidly connected to the electrode space via return channel structures.

Die Fluidanschlüsse sind insofern insbesondere derart über die Kanalstrukturen ( Zuführkanalstrukturen bzw . Rückführkanalstrukturen) mit dem Elektrodenraum verbunden, dass über die Kanalsysteme Elektrolyt dem Elektrodenraum, insbesondere einer darin angeordneten Elektrode , zugeführt und aus diesem wieder abgeführt werden kann . Insbesondere können die Fluidanschlüsse in Form von Durchgangslöchern in dem Flussrahmen ausgebildet sein . The fluid connections are connected to the electrode space in particular via the channel structures (supply channel structures or return channel structures) in such a way that electrolyte can be supplied to the electrode space, in particular an electrode arranged therein, and removed from it again via the channel systems. In particular, the fluid connections can be designed in the form of through holes in the flow frame.

Die Zuführkanalstrukturen und/oder dieThe feed channel structures and/or the

Rückführkanalstrukturen umfassen eine Mehrzahl von Sekundärkanälen ( Fluidkanälen) , welche an unterschiedlichen und voneinander separaten Positionen des j eweiligen Fluidanschlusses abgehen . Andersrum betrachtet münden die Sekundärkanäle insofern an unterschiedlichen Positionen und voneinander separat in den j eweiligen Fluidanschluss ein . An ihrem anderen Ende münden die Sekundärkanäle über Einströmbereiche , insbesondere umfassend Verteilerstrukturen zur Verteilung von Fluid, in den Elektrodenraum bzw . in die Rahmenöf fnung ein . Die Sekundärkanäle erstrecken sich insofern insbesondere von dem j eweiligen Fluidanschluss zu dem j eweiligen Einströmbereich . Return channel structures include a plurality of Secondary channels (fluid channels), which extend from different and separate positions of the respective fluid connection. Viewed the other way around, the secondary channels open into the respective fluid connection at different positions and separately from each other. At their other end, the secondary channels open into the electrode space or via inflow areas, in particular comprising distribution structures for distributing fluid. into the frame opening. The secondary channels extend in particular from the respective fluid connection to the respective inflow area.

Bei dem vorgeschlagenen Flussrahmen geht von einem Fluidanschluss insofern nicht nur ein Einzelkanal ab, welcher dann, z . B . baumartig, verzweigt . Stattdessen ist eine Mehrzahl von Fluidkanälen ( Sekundärkanälen) vorgesehen, welche von dem Fluidanschluss an unterschiedlichen Positionen abgehen und insofern fluidisch parallelgeschaltet sind . Insbesondere weisen die Sekundärkanäle selbst keine Verzweigungen auf . Bei einem solchen Flussrahmen ist ein Gesamtdruckabfall zwischen Fluidanschluss und Elektrodenraum reduziert , da ein Gesamt- Elektrolyt-Volumenstrom auf eine Mehrzahl von Sekundärkanälen aufgeteilt ist ( segmentierte Fluidführung) . Hierdurch kann der Peripherie-Energiebedarf eines Redox- Flow-Batteriesystems reduziert werden, da z . B . geringere Pumpendrücke erforderlich sind, was sich positiv auf den Energieverbrauch der Peripherie-Aggregate und die Gesamtsystemef fi zienz auswirkt . Zudem ermöglicht es ein solcher Flussrahmen, hohe Elektrolyt-Volumenströme , z . B . zur Realisierung hoher elektrischer Stromdichten [ > 200 A/cm² ] , durch einen Redox-Flow-Stack zu führen, ohne dass es zu nennenswerten Leistungseinbußen und/oder einer Ungleichverteilung des Elektrolyten im Elektrodenraum in den Einzel zellen im Stack kommt . Eine Ausgestaltung mit einer Mehrzahl von Sekundärkanälen begünstigt zudem einen kompakten Aufbau der Zuführ- und Rückführkanalstrukturen und somit einen kompakten Aufbau des gesamten Flussrahmens (Material-Kosteneinsparung) . In the proposed flow frame, not only a single channel extends from a fluid connection, which then, e.g. B. tree-like, branched. Instead, a plurality of fluid channels (secondary channels) are provided, which extend from the fluid connection at different positions and are therefore fluidly connected in parallel. In particular, the secondary channels themselves have no branches. With such a flow frame, a total pressure drop between the fluid connection and the electrode space is reduced because a total electrolyte volume flow is divided into a plurality of secondary channels (segmented fluid guidance). This allows the peripheral energy requirements of a redox flow battery system to be reduced, since e.g. B. Lower pump pressures are required, which has a positive effect on the energy consumption of the peripheral units and the overall system efficiency. It also enables a such flow frames, high electrolyte volume flows, e.g. B. to achieve high electrical current densities [>200 A/cm ² ], through a redox flow stack without causing any significant loss of performance and/or an uneven distribution of the electrolyte in the electrode space in the individual cells in the stack. A design with a plurality of secondary channels also promotes a compact structure of the supply and return channel structures and thus a compact structure of the entire flow frame (material cost savings).

Der Flussrahmen kann beispielsweise in einem Spritzgussverfahren hergestellt sein . Vorteilhafte Materialien für den Flussrahmen umfassen Polypropylen, Polyethylen oder Polyamid . The flow frame can be manufactured, for example, using an injection molding process. Beneficial materials for the flow frame include polypropylene, polyethylene or polyamide.

Die Fluidanschlüsse können insbesondere in Form von Durchgangslöchern in dem Flussrahmen ausgebildet sein . Insofern können die Sekundärkanäle an unterschiedlichen Positionen radial von dem Durchgangsloch abgehen . Die Flussrahmen können in einem Stack insbesondere derart aufeinandergestapelt sein, dass die Durchgangslöcher der Flussrahmen miteinander fluchten, sodass eine den Stack durchsetzende Elektrolytleitung gebildet ist . Vorzugsweise sind die Zuführkanalstrukturen und die Rückführkanalstrukturen in dem Flussrahmen ausgebildet , beispielsweise in Form von lokalen Ausnehmungen an der Oberfläche des Flussrahmens . Die Kanalstrukturen und/oder die Durchgangslöcher können bereits beim Urformen des Flussrahmens erzeugt werden (bspw . in einem Spritzgussprozess ) . Es ist aber auch denkbar, dass die Kanalstrukturen und/oder die Durchgangslöcher durch materialabtragende Verfahren, z . B . Bohren, Stanzen oder Fräsen, in einer Rahmenoberfläche des Flussrahmens erzeugt sind . The fluid connections can in particular be designed in the form of through holes in the flow frame. In this respect, the secondary channels can extend radially from the through hole at different positions. The flow frames can in particular be stacked on top of one another in a stack in such a way that the through holes of the flow frames are aligned with one another, so that an electrolyte line passing through the stack is formed. Preferably, the supply channel structures and the return channel structures are formed in the flow frame, for example in the form of local recesses on the surface of the flow frame. The channel structures and/or the through holes can be created when the flow frame is originally formed (e.g. in a Injection molding process). However, it is also conceivable that the channel structures and/or the through holes are made by material-removing processes, e.g. B. Drilling, punching or milling, are produced in a frame surface of the flow frame.

Für eine homogene Fluidverteilung in dem Elektrodenraum kann es vorteilhaft sein, wenn das Zuführkanalsystem und das Rückführkanalsystem derart ausgebildet sind, dass die Zuführkanalstrukturen und die Rückführkanalstrukturen an gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenraums in diesen einmünden . Zudem kann es vorteilhaft sein, wenn eine Anzahl der Sekundärkanäle der Zuführkanalstrukturen und eine Anzahl der Sekundärkanäle der Rückführkanalstrukturen gleich ist . Insbesondere können die Zuführkanalstrukturen und die Rückführkanalstrukturen punktsymmetrisch zu einem Elektrodenraummittelpunkt angeordnet sein . For a homogeneous fluid distribution in the electrode space, it can be advantageous if the supply channel system and the return channel system are designed such that the supply channel structures and the return channel structures open into the electrode space on opposite sides. In addition, it can be advantageous if a number of the secondary channels of the supply channel structures and a number of secondary channels of the return channel structures are the same. In particular, the supply channel structures and the return channel structures can be arranged point-symmetrically to an electrode space center.

Eine besonders homogene Verteilung von Elektrolyt in dem Elektrodenraum kann außerdem dadurch begünstigt werden, dass j eder Sekundärkanal über einen eigenen Einströmbereich in den Elektrodenraum einmündet . Insofern ist eine Anzahl an Sekundärkanälen und Einströmbereiche vorzugsweise identisch . Vorzugsweise sind die Einströmbereiche der Sekundärkanäle voneinander räumlich getrennt . Die Sekundärkanäle münden insofern vorzugsweise an separaten Positionen in den Elektrodenraum ein . Hierdurch können hohe lokale Shuntströme beim Eintritt des Elektrolyten in den Elektrodenraum reduziert werden . Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn die Sekundärkanäle entlang ihres , insbesondere kompletten, Verlaufs von dem Fluidanschluss zu dem Elektrodenraum fluidisch und elektrisch voneinander isoliert sind . Insbesondere können die Sekundärkanäle entlang ihres Verlaufs von dem Fluidanschluss zu dem Elektrodenraum durch Materialabschnitte des Flussrahmens , insbesondere in Form von Stegen, voneinander fluidisch und elektrisch isoliert sein . A particularly homogeneous distribution of electrolyte in the electrode space can also be promoted by each secondary channel opening into the electrode space via its own inflow area. In this respect, a number of secondary channels and inflow areas are preferably identical. The inflow areas of the secondary channels are preferably spatially separated from one another. The secondary channels therefore preferably open into the electrode space at separate positions. This allows high local shunt currents to be reduced when the electrolyte enters the electrode space. In addition, it can be advantageous if the secondary channels are fluidically and electrically insulated from one another along their, in particular complete, course from the fluid connection to the electrode space. In particular, the secondary channels can be fluidically and electrically insulated from each other along their course from the fluid connection to the electrode space by material sections of the flow frame, in particular in the form of webs.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können die Sekundärkanäle ihrerseits j eweils eine Mehrzahl von, insbesondere parallel verlaufenden, Unterkanälen aufweisen oder dadurch gebildet sein . Eine solche zusätzliche Unterteilung in Unterkanäle reduziert den Gesamtdruckabfall weiter . Zudem ist bei einer solchen Ausgestaltung eine Kanalbreite j e Kanal (Unterkanal ) geringer als die Kanalbreite eines Einzelkanals mit vergleichbarem Gesamtströmungsquerschnitt wie die Summe der Unterkanäle eines Sekundärkanals . Dies ermöglicht es , die Sekundärkanäle bzw . Unterkanäle auf einfache Weise auch mit weichen Dichtungsmaterialien, insbesondere Flachdichtungen, abzudichten, da durch die geringe Kanalbreite ein unerwünschtes Einsinken der Dichtungsmaterialien in die Kanäle , bspw . beim Verpressen im Stack, verhindert oder zumindest auf ein akzeptables Maß reduziert werden kann . In diesem Zusammenhang kann es vorteilhaft sein, wenn eine Kanalbreite der Unterkanäle zwischen 1 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 4 mm beträgt und/oder wobei eine Kanaltiefe (bzw . Höhe ) der Unterkanäle zwischen 0 , 3 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 0 , 5 und 2 mm, beträgt . As part of an advantageous development, the secondary channels can each have a plurality of, in particular parallel, sub-channels or be formed thereby. Such additional division into sub-channels further reduces the overall pressure drop. In addition, in such a configuration, a channel width per channel (subchannel) is smaller than the channel width of an individual channel with a comparable overall flow cross section to the sum of the subchannels of a secondary channel. This makes it possible to use the secondary channels or Sub-channels can also be easily sealed with soft sealing materials, in particular flat seals, since the small channel width prevents the sealing materials from sinking into the channels, for example. when pressing in the stack, can be prevented or at least reduced to an acceptable level. In this context, it can be advantageous if a channel width of the sub-channels is between 1 and 6 mm, preferably between 2 and 4 mm and/or where a channel depth (or height) of the sub-channels is between 0.3 and 4 mm, preferably between 0.5 and 2 mm.

Die Unterkanäle können grundsätzlich den gleichen Strömungsquerschnitt , insbesondere die gleiche Kanalbreite und/oder Kanaltiefe , aufweisen . Es ist auch denkbar, dass eine Teilmenge der Unterkanäle eines Strömungskanals einen unterschiedlichen Strömungsquerschnitt aufweist . Es ist auch denkbar, dass ein Unterkanal entlang seines Verlaufs innerhalb eines Sekundärkanal-Segments eine variierende Kanalbreite und/oder Kanaltiefe aufweist . The subchannels can fundamentally have the same flow cross section, in particular the same channel width and/or channel depth. It is also conceivable that a subset of the subchannels of a flow channel have a different flow cross section. It is also conceivable that a subchannel has a varying channel width and/or channel depth along its course within a secondary channel segment.

Die Unterkanäle münden ihrerseits vorzugsweise an unterschiedlichen Positionen, insbesondere voneinander separat , in den j eweiligen Fluidanschluss ein . Mit anderen Worten gehen die Unterkanäle insbesondere an unterschiedlichen Positionen des Fluidanschlusses ab . The sub-channels in turn preferably open into the respective fluid connection at different positions, in particular separately from one another. In other words, the sub-channels originate in particular at different positions of the fluid connection.

Die Unterkanäle können sich entlang der gesamten Länge eines j eweiligen Sekundärkanals erstrecken . Insbesondere können die Unterkanäle entlang ihres kompletten Verlaufs von dem Fluidanschluss zu dem Elektrodenraum voneinander fluidisch und elektrisch isoliert sein . Beispielsweise können die Unterkanäle zumindest abschnittsweise durch Stege voneinander getrennt sein . Die Stege können durch Materialabschnitte des Flussrahmens gebildet sein . Die Stege können dabei als Abstütz flächen für optionale Dichtungselemente wie bspw . Flachdichtungen dienen . Um einen Ausgleich von etwaigen Druckunterschieden zwischen den Unterkanälen zu ermöglichen, kann es j edoch vorteilhaft sein, wenn zumindest eine Teilmenge der Unterkanäle zumindest einer Teilmenge der Sekundärkanäle über wenigstens einen Querkanal miteinander verbunden sind . Dies kann bspw . dadurch erzielt werden, dass Stege , welche benachbarte Unterkanäle trennen, zumindest abschnittsweise unterbrochen sind . Es ist auch denkbar, dass Querkanäle unterschiedlicher Breite vorgesehen sind . The subchannels can extend along the entire length of a respective secondary channel. In particular, the subchannels can be fluidically and electrically insulated from one another along their entire course from the fluid connection to the electrode space. For example, the subchannels can be separated from one another at least in sections by webs. The webs can be formed by material sections of the flow frame. The webs can be used as support surfaces for optional sealing elements such as. Flat gaskets are used. However, in order to enable compensation of any pressure differences between the sub-channels, it may be advantageous if at least a subset of the sub-channels of at least a subset of the secondary channels are connected to one another via at least one transverse channel. This can, for example, can be achieved in that webs which separate adjacent sub-channels are interrupted at least in sections. It is also conceivable that transverse channels of different widths are provided.

Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können die Sekundärkanäle eine Mehrzahl von Sekundärkanal-Segmenten umfassen, welche entlang der Erstreckung des Sekundärkanals von dem Fluidanschluss zu dem Elektrodenraum hintereinander angeordnet sind . Mit anderen Worten kann ein j eweiliger Sekundärkanal entlang seines Verlaufs in mehrere Abschnitte unterteilt sein, welche in ihrer Gesamtheit den Sekundärkanal bilden . Die Sekundärkanäle können insofern derart ausgebildet sein, dass entlang ihrer Erstreckung von dem Fluidanschluss zu dem Elektrodenraum verschiedene Segmente durchlaufen werden . As part of an advantageous development, the secondary channels can comprise a plurality of secondary channel segments, which are arranged one behind the other along the extension of the secondary channel from the fluid connection to the electrode space. In other words, a respective secondary channel can be divided along its course into several sections, which in their entirety form the secondary channel. The secondary channels can be designed in such a way that different segments are passed through along their extension from the fluid connection to the electrode space.

Die Sekundärkanal-Segmente können ihrerseits die vorstehend beschriebenen Unterkanäle aufweisen . In diesem Zusammenhang ist es möglich, dass die Sekundärkanal-Segmente eines Sekundärkanals j eweils die gleiche Anzahl von Unterkanälen aufweisen . Es ist aber auch möglich, dass die Anzahl von Unterkanälen zwischen den Sekundärkanal-Segmenten eines Sekundärkanals variiert . Vorzugsweise ist eine Anzahl und Konfiguration der Unterkanäle derart gewählt , dass einThe secondary channel segments can in turn have the subchannels described above. In this context, it is possible that the secondary channel segments of a secondary channel each have the same number of subchannels. However, it is also possible for the number of subchannels to vary between the secondary channel segments of a secondary channel. Preferably a number and Configuration of the subchannels chosen in such a way that a

Druckabfall möglichst homogen über alle Sekundärkanäle ist . Pressure drop is as homogeneous as possible across all secondary channels.

Eine Homogenisierung des Fluidstroms durch einen Sekundärkanal kann insbesondere dadurch begünstigt werden, dass zumindest ein Sekundärkanal-Segment des Sekundärkanals eine geringere Anzahl an Unterkanälen aufweist als ein entlang der Erstreckung des Sekundärkanals von dem Fluidanschluss zu dem Einströmbereich vor diesem Sekundärkanal-Segment liegendes Sekundärkanal-Segment . Insofern kann eine Anzahl an Unterkanälen entlang der Erstreckung des Sekundärkanals von dem Fluidanschluss zu dem Einströmbereich auch abnehmen . Insbesondere kann zumindest eine Teilmenge der Sekundärkanäle derart ausgebildet sein, dass eine Anzahl von Unterkanälen entlang des Verlaufs des Sekundärkanals von dem Fluidkanal zu dem Elektrodenraum zunächst abnimmt und dann wieder zunimmt , insbesondere nicht von Segment zu Segment steigt . A homogenization of the fluid flow through a secondary channel can be promoted in particular in that at least one secondary channel segment of the secondary channel has a smaller number of subchannels than a secondary channel segment lying along the extension of the secondary channel from the fluid connection to the inflow area in front of this secondary channel segment. In this respect, a number of subchannels can also decrease along the extent of the secondary channel from the fluid connection to the inflow area. In particular, at least a subset of the secondary channels can be designed such that a number of subchannels initially decreases and then increases again along the course of the secondary channel from the fluid channel to the electrode space, in particular does not increase from segment to segment.

Die Sekundärkanal-Segmente können derart ausgebildet sein, dass zumindest eine Teilmenge der Sekundärkanal-Segmente eines Sekundärkanals eine unterschiedliche Orientierung aufweist . Insofern können benachbarte Sekundärkanal- Segmente zueinander winklig angeordnet sein, bspw . zueinander orthogonal verlaufen . The secondary channel segments can be designed such that at least a subset of the secondary channel segments of a secondary channel have a different orientation. In this respect, adjacent secondary channel segments can be arranged at an angle to one another, for example. run orthogonally to each other.

Eine Homogenisierung der Fluidströmung in den Sekundärkanälen kann ferner dadurch begünstigt werden, dass an einem Verbindungspunkt , insbesondere einem Umlenkpunkt , zweier benachbarter Sekundärkanal-Segmente eines Sekundärkanals die Unterkanäle über ein gitterartiges Kanalnetz miteinander fluidisch verbunden sind . A homogenization of the fluid flow in the secondary channels can further be promoted by the fact that at a connection point, in particular a deflection point, two adjacent secondary channel segments Secondary channel, the subchannels are fluidly connected to one another via a grid-like channel network.

Beispielsweise können die vorstehend beschriebenen Stege zwischen benachbarten Unterkanälen derart abschnittsweise unterbrochen sein, dass ein gitterartiges Kanalnetz gebildet ist . Eine solche Ausgestaltung ermöglicht zudem einen Ausgleich von Druckunterschieden zwischen den Unterkanälen . For example, the webs described above can be interrupted in sections between adjacent sub-channels in such a way that a grid-like channel network is formed. Such a design also enables pressure differences between the sub-channels to be equalized.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung können das wenigstens eine Zuführkanalsystem und/oder das wenigstens eine Rückführkanalsystem, insbesondere die Sekundärkanäle , derart ausgebildet sein, dass ein Druckunterschied zwischen Fluidanschluss und j eweiligem Einströmbereich der Sekundärkanäle in den Elektrodenraum zwischen 0 und 10 % , insbesondere zwischen 0 , 1 und 1 , 0 % , beträgt . As part of an advantageous embodiment, the at least one supply channel system and/or the at least one return channel system, in particular the secondary channels, can be designed such that a pressure difference between the fluid connection and the respective inflow area of the secondary channels into the electrode space is between 0 and 10%, in particular between 0. 1 and 1.0%.

Um einen möglichst homogenen Druckabfall über alle Sekundärkanäle von deren Abzweig aus dem Fluidanschluss bis zu dem Eintritt in den Elektrodenraum zu erzielen, kann es außerdem vorteilhaft sein, wenn das wenigstens eine Zuführkanalsystem und/oder das wenigstens eine Rückführkanalsystem, insbesondere die Sekundärkanäle , weiter insbesondere eine Konfiguration der Unterkanäle , derart ausgebildet sind, dass eine Di f ferenz zwischen den Teilvolumenströmen durch die Sekundärkanäle kleiner 10 % , vorzugsweise kleiner 1 % , insbesondere zwischen 0 , 1 und 0 , 8 % , ist . Für eine homogene Verteilung von Elektrolyt flüssigkeit in dem Elektrodenraum kann es außerdem vorteilhaft sein, wenn auch auf Ebene der Primärkanäle , also auf Ebene der Fluidanschlüsse , eine segmentierte Fluidführung erfolgt . Zu diesem Zweck kann der Flussrahmen im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung eine Mehrzahl von vorstehend beschriebenen Zuführkanalsystemen und eine Mehrzahl von vorstehend beschriebenen Rückführkanalsystemen aufweisen . Insofern kann der Flussrahmen mehrere Fluidanschlüsse zur Zuführung von Elektrolyt in den Flussrahmen und mehrere Fluidanschlüsse zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Flussrahmen umfassen . Es ist beispielsweise denkbar, dass der Flussrahmen wenigstens zwei Fluidanschlüsse umfasst , welche mit vorstehend beschriebenen Zuführkanalstrukturen mit dem Elektrodenraum verbunden sind, und wenigstens zwei Fluidanschlüsse , welche mit den vorstehend beschriebenen Rückführkanalstrukturen mit dem Elektrodenraum verbunden sind . Eine solche segmentierte Fluidzuführung und Fluidrückführung reduziert den Druckabfall weiter, sodass auch hohe Elektrolytvolumenströme ef fi zient durch den Elektrodenraum geleitet werden können . In order to achieve the most homogeneous possible pressure drop across all secondary channels from their branch from the fluid connection to the entry into the electrode space, it can also be advantageous if the at least one supply channel system and / or the at least one return channel system, in particular the secondary channels, further in particular one Configuration of the subchannels are designed such that a difference between the partial volume flows through the secondary channels is less than 10%, preferably less than 1%, in particular between 0.1 and 0.8%. For a homogeneous distribution of electrolyte liquid in the electrode space, it can also be advantageous if segmented fluid guidance also takes place at the level of the primary channels, i.e. at the level of the fluid connections. For this purpose, as part of an advantageous development, the flow frame can have a plurality of feed channel systems described above and a plurality of return channel systems described above. In this respect, the flow frame can include several fluid connections for supplying electrolyte into the flow frame and several fluid connections for returning electrolyte from the flow frame. It is, for example, conceivable that the flow frame comprises at least two fluid connections, which are connected to the electrode space with the feed channel structures described above, and at least two fluid connections, which are connected to the electrode space with the return channel structures described above. Such a segmented fluid supply and fluid return further reduces the pressure drop, so that even high electrolyte volume flows can be conducted efficiently through the electrode space.

In vorteilhafter Weise kann der Flussrahmen eine Mehrzahl von Flussrahmensegmenten umfassen, welche j eweils ein Zuführkanalsystem und ein Rückführkanalsystem aufweisen . Die Flussrahmensegmente können insbesondere entlang einer Rahmenachse nebeneinander angeordnet sein . Insbesondere definieren die Flussrahmensegmente j eweils ein Elektrodenraumsegment , wobei die Elektrodenraumsegmente in ihrer Gesamtheit den Elektrodenraum bilden . Die Flussrahmensegmente können derart ausgebildet sein, dass die Elektrodenraumsegmente der Flussrahmensegmente in ihrer Gesamtheit einen durchgehenden Elektrodenraum bilden . Beispielsweise ist es denkbar, dass die Elektrodenraumsegmente entlang der Rahmenachse betrachtet einseitig oder beidseitig of fen sind, sodass durch Zusammensetzen mehrerer Flussrahmensegmente eine Größe des Elektrodenraums variabel verändert werden kann . Bei bestimmungsgemäß em Gebrauch des Flussrahmens kann dann kann beispielsweise eine einzelne Elektrode vorgesehen sein, welche den Elektrodenraum, insbesondere vollständig, aus füllt . Advantageously, the flow frame can comprise a plurality of flow frame segments, each of which has a supply channel system and a return channel system. The flow frame segments can in particular be arranged next to one another along a frame axis. In particular, the flow frame segments each define an electrode space segment, with the electrode space segments forming the electrode space in their entirety. The flow frame segments can be designed in such a way that the electrode space segments of the flow frame segments as a whole form a continuous electrode space. For example, it is conceivable that the electrode space segments are open on one or both sides when viewed along the frame axis, so that the size of the electrode space can be variably changed by assembling several flow frame segments. If the flow frame is used as intended, a single electrode can then be provided, for example, which fills the electrode space, in particular completely.

Es ist auch denkbar, dass die Elektrodenraumsegmente voneinander fluidisch getrennt sind . Insofern können die Flussrahmensegmente derart ausgebildet sein, dass sie ein j eweiliges Elektrodenraumsegment nach außen hin begrenzen . Beispielsweise kann der Flussrahmen eine Mehrzahl von separaten Rahmenöf fnungen einschließen, wobei j ede Rahmenöf fnung ein Elektrodenraumsegment bildet . Jedem Elektrodenraumsegment ist dann insbesondere ein Zuführkanalsystem und ein Rückführkanalsystem zugeordnet , um Elektrolyt dem Elektrodenraumsegment zuführen zu können oder aus diesem abführen zu können . Bei bestimmungsgemäß em Gebrauch des Flussrahmens kann dann in j edem Elektrodenraumsegment eine Elektrode angeordnet sein . It is also conceivable that the electrode space segments are fluidically separated from one another. In this respect, the flow frame segments can be designed in such a way that they limit a respective electrode space segment to the outside. For example, the flow frame may include a plurality of separate frame openings, each frame opening forming an electrode space segment. Each electrode space segment is then assigned in particular a supply channel system and a return channel system in order to be able to supply electrolyte to the electrode space segment or to be able to remove it from it. When the flow frame is used as intended, an electrode can then be arranged in each electrode space segment.

Der Flussrahmen kann grundsätzlich einstückig ausgebildet sein . Insofern können die Flussrahmensegmente durch Abschnitte des Flussrahmens gebildet sein . Es ist aber auch möglich, dass der Flussrahmen modular aus den Flussrahmensegmenten zusammengesetzt ist . Insbesondere können die Flussrahmensegmente durch voneinander separat bereitgestellte Rahmenelemente gebildet sein, welche fluiddicht zu dem Flussrahmen miteinander verbunden sind . Die Rahmenelemente können dann insbesondere j eweils wenigstens eine Rahmenöf fnung einschließen oder zumindest abschnittsweise begrenzen, welche ein Elektrodenraumsegment bildet . Die Rahmenelemente können bspw . stof f schlüssig miteinander verbunden sein, z . B . durch Schweißen und/oder Kleben . Es ist auch denkbar, dass die Rahmenelemente mittels Dichtungselementen fluiddicht verbunden sind . Eine solche modulare Ausgestaltung ermöglicht es , auf einfache Weise den Elektrodenraum und somit eine ef fektive Wirkfläche einer Halbzelle variabel zu vergrößern und trotzdem einen geringen Gesamtdruckabfall zu erzielen . The flow frame can basically be formed in one piece. In this respect, the flow frame segments can be formed by sections of the flow frame. It is also possible that the flow frame is modularly composed of the flow frame segments. In particular, the flow frame segments can be formed by frame elements that are provided separately from one another and are connected to one another in a fluid-tight manner to form the flow frame. The frame elements can then in particular each enclose or at least partially delimit at least one frame opening, which forms an electrode space segment. The frame elements can, for example, material f must be coherently connected to each other, e.g. B. by welding and/or gluing. It is also conceivable that the frame elements are connected in a fluid-tight manner by means of sealing elements. Such a modular design makes it possible to variably enlarge the electrode space and thus an effective effective area of a half cell in a simple manner and still achieve a low overall pressure drop.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Flussrahmensegmente zueinander identisch ausgebildet sein . Ein solcher Flussrahmen kann vergleichsweise kostengünstig bereitgestellt werden, da durch eine hohe Anzahl von Gleichteilen Skalenef fekte bei der Herstellung ausgenutzt werden können (nur ein Werkzeug, Massenfertigung gleicher Teile ) . As part of an advantageous embodiment, the flow frame segments can be designed to be identical to one another. Such a flow frame can be provided comparatively inexpensively because a large number of identical parts allows economies of scale to be exploited during production (only one tool, mass production of identical parts).

In Abhängigkeit einer Orientierung der Flussrahmensegmente in dem Flussrahmen kann dann eine relative Anordnung der Fluidanschlüsse verändert werden . Es ist beispielsweise denkbar, dass die Flussrahmensegmente in gleicher Orientierung entlang der Rahmenachse nebeneinander angeordnet sind . Dann kann beispielsweise bei benachbarten, also entlang der Rahmenachse nebeneinanderliegenden, Flussrahmensegmenten eine relative Anordnung der Fluidanschlüsse identisch sein . Insofern können die Flussrahmensegmente insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sein, dass ein mit dem Elektrodenraum fluidisch verbundener Fluidanschluss eines Flussrahmensegments neben einem von dem Elektrodenraum fluidisch getrennten Fluidanschluss eines benachbarten Flussrahmens angeordnet ist . Insbesondere können sich Fluidanschlüsse , welche mit dem Elektrodenraum fluidisch verbunden sind, und Fluidanschlüsse , welche von dem Elektrodenraumsegment fluidisch getrennt sind, entlang der Rahmenachse betrachtet insbesondere abwechseln . Depending on an orientation of the flow frame segments in the flow frame, a relative arrangement of the fluid connections can then be changed. It is conceivable, for example, that the flow frame segments are next to each other in the same orientation along the frame axis are arranged. Then, for example, for adjacent flow frame segments, i.e. those lying next to one another along the frame axis, a relative arrangement of the fluid connections can be identical. In this respect, the flow frame segments can in particular be designed and arranged such that a fluid connection of a flow frame segment that is fluidly connected to the electrode space is arranged next to a fluid connection of an adjacent flow frame that is fluidly separated from the electrode space. In particular, fluid connections that are fluidly connected to the electrode space and fluid connections that are fluidly separated from the electrode space segment can, in particular, alternate when viewed along the frame axis.

Es ist auch denkbar, dass benachbarte Flussrahmensegmente um 180 ° relativ zueinander um eine Drehachse verdreht sind . Die Drehachse kann der Rahmenachse entsprechen . Die Drehachse kann auch zu einer von dem Flussrahmen auf gespannten Rahmenebene orthogonal verlaufen . Die Drehachse kann auch orthogonal zu der Rahmenachse verlaufen und in der Rahmenebene liegen . Beispielsweise ist es denkbar, dass benachbarte Flussrahmensegmente derart angeordnet sind, dass bei benachbarten, also entlang der Rahmenachse nebeneinanderliegenden, Flussrahmensegmenten eine relative Anordnung der Fluidanschlüsse vertauscht ist . Insofern können die Flussrahmensegmente insbesondere derart ausgebildet und angeordnet sein, dass bei benachbarten Flussrahmensegmenten Fluidanschlüsse der gleichen Kategorie (mit dem Elektrodenraum fluidisch verbundene Fluidanschlüsse oder von dem Elektrodenraum fluidisch getrennten Fluidanschlüsse ) entlang der Rahmenachse betrachtet nebeneinanderliegen . Dies ermöglicht eine besonders einfache und platzsparende Fluid-Verteilung auf die Fluidanschlüsse , da dann Zuführ- oder Rückführ- Fluidanschlüsse vorzugsweise nebeneinanderliegen . It is also conceivable that adjacent flow frame segments are rotated by 180° relative to one another about an axis of rotation. The axis of rotation can correspond to the frame axis. The axis of rotation can also run orthogonally to a frame plane spanned by the flow frame. The axis of rotation can also run orthogonally to the frame axis and lie in the frame plane. For example, it is conceivable that adjacent flow frame segments are arranged in such a way that a relative arrangement of the fluid connections is swapped for adjacent flow frame segments, i.e. those lying next to one another along the frame axis. In this respect, the flow frame segments can in particular be designed and arranged in such a way that adjacent flow frame segments have fluid connections of the same category (fluidically connected to the electrode space Fluid connections or fluid connections fluidically separated from the electrode space) lie next to one another when viewed along the frame axis. This enables a particularly simple and space-saving fluid distribution to the fluid connections, since supply or return fluid connections are then preferably located next to one another.

Die eingangs genannte Aufgabe wird auch durch eine elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 15 gelöst . Insbesondere handelt es sich bei der elektrochemischen Zelle um eine Zelle einer Redox-Flow-Batterie . Die Zelle umfasst eine erste und eine zweite Halbzelle . Die Zelle umfasst außerdem eine Membran, welche zwischen der ersten und der zweiten Halbzelle angeordnet ist . Die Membran ist insbesondere zumindest abschnittsweise ionendurchlässig ausgebildet . Jede Halbzelle umfasst einen vorstehend beschriebenen Flussrahmen und eine in dem Elektrodenraum dieses Flussrahmens angeordnete Elektrode . Vorzugsweise füllt die Elektrode den Elektrodenraum vollständig aus . Bei der Elektrode kann es sich beispielsweise um eine Fil z- Elektrode handeln, z . B . aus einem Kohlenstof fmaterial . The task mentioned at the beginning is also achieved by an electrochemical cell according to claim 15. In particular, the electrochemical cell is a cell of a redox flow battery. The cell includes a first and a second half cell. The cell also includes a membrane which is arranged between the first and second half cells. The membrane is in particular designed to be ion-permeable at least in sections. Each half cell comprises a flow frame described above and an electrode arranged in the electrode space of this flow frame. The electrode preferably completely fills the electrode space. The electrode can be, for example, a felt electrode, e.g. B. made of a carbon material.

Im Rahmen einer vorteilhaften Ausgestaltung sind der Flussrahmen der ersten Halbzelle und der Flussrahmen der zweiten Halbzelle zueinander identisch ausgebildet , wobei der Flussrahmen der zweiten Halbzelle relativ zu dem Flussrahmen der ersten Halbzelle um 180 ° um eine seiner Außenkanten geklappt ist . Für einen Einsatz in einer Redox-Flow-Batterie kann es ferner vorteilhaft sein, wenn eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Zellen zu einem Zellstack gestapelt sind . Es wird insofern zur Lösung der Aufgabe auch ein Zellstack vorgeschlagen, welcher eine Mehrzahl der vorstehend beschriebenen Zellen umfasst . Die Zellen sind insbesondere entlang einer zu der von dem Flussrahmen auf gespannten Rahmenebene orthogonalen Stapelrichtung aufeinandergestapelt . Dabei ist zwischen benachbarten Zellen j eweils eine Bipolarplatte angeordnet . Eine Bipolarplatte ist insofern j eweils zwei benachbarten Halbzellen zugeordnet . As part of an advantageous embodiment, the flow frame of the first half-cell and the flow frame of the second half-cell are designed to be identical to one another, with the flow frame of the second half-cell being folded by 180° around one of its outer edges relative to the flow frame of the first half-cell. For use in a redox flow battery, it can also be advantageous if a majority of the cells described above are stacked to form a cell stack. In order to solve the problem, a cell stack is also proposed which comprises a plurality of the cells described above. The cells are stacked on top of each other in particular along a stacking direction that is orthogonal to the frame plane stretched by the flow frame. A bipolar plate is arranged between each neighboring cell. A bipolar plate is therefore assigned to two adjacent half cells.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert . The invention is explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigen : Show it :

Fig . 1 vereinfachte schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines Flussrahmens in einer Draufsicht und vergrößerte Ausschnitte zur Erläuterung einer beispielhaften Ausgestaltung der Kanalstrukturen; Fig. 1 simplified schematic representation of an embodiment of a flow frame in a top view and enlarged details to explain an exemplary embodiment of the channel structures;

Fig . 2 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung einer beispielhaften Ausgestaltung eines Sekundärkanals ; Fig. 2 simplified schematic representation to explain an exemplary embodiment of a secondary channel;

Fig . 3 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung einer Verbindung zweier Sekundärkanal- Segmente ; Fig. 3 simplified schematic representation to explain a connection between two secondary channel segments;

Fig . 4 vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Flussrahmens ; Fig . 5 vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines Flussrahmens ; Fig. 4 simplified schematic representation of a further embodiment of a flow frame; Fig. 5 simplified schematic representation of a further embodiment of a flow frame;

Fig . 6 vereinfachte schematische Darstellung einer Ausgestaltung eines aus mehreren Rahmenelementen modular auf gebauten Flussrahmens ; und Fig. 6 simplified schematic representation of an embodiment of a river frame constructed modularly from several frame elements; and

Fig . 7 vereinfachte schematische Darstellung einer weiteren Ausgestaltung eines aus mehreren Rahmenelementen modular aufgebauten Flussrahmens . Fig. 7 simplified schematic representation of a further embodiment of a flow frame constructed modularly from several frame elements.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale j eweils dieselben Bezugs zeichen verwendet . In the following description and in the figures, the same reference symbols are used for identical or corresponding features.

Die Figur 1 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Ausgestaltung eines Flussrahmens , der insgesamt mit dem Bezugs zeichen 10 bezeichnet ist . Der Flussrahmen 10 dient zur Verwendung in einer vorstehend bereits erwähnten Zelle einer Redox-Flow-Batterie (nicht dargestellt ) , insbesondere in einem Redox-Flow-Batterie- Stack . FIG. 1 shows a simplified schematic representation of an embodiment of a flow frame, which is designated overall by the reference symbol 10. The flow frame 10 is used in a cell of a redox flow battery (not shown) already mentioned above, in particular in a redox flow battery stack.

Der Flussrahmen 10 umgrenzt eine , im Beispiel mittige , Rahmenöf fnung 12 . Die Rahmenöf fnung dient zur Aufnahme einer Elektrode (nicht dargestellt ) und bildet insofern einen Elektrodenraum 14 des Flussrahmens 10 . Der Elektrodenraum 14 bildet den eigentlichen Wirkraum des Flussrahmens 10 , also denj enigen Bereich, in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen . Der Flussrahmen 10 umfasst außerdem ein Zuführkanalsystem 16 zur Zuführung von Elektrolyt in den Elektrodenraum 14 und ein Rückführkanalsystem 18 zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Elektrodenraum 14 . The flow frame 10 delimits a frame opening 12, in the middle in the example. The frame opening serves to accommodate an electrode (not shown) and therefore forms an electrode space 14 of the flow frame 10. The electrode space 14 forms the actual effective space of the flow frame 10, i.e. the area in which the electrochemical processes take place. The flow frame 10 also includes a supply channel system 16 for supplying electrolyte into the electrode space 14 and a return channel system 18 for returning electrolyte from the electrode space 14.

Das Zuführkanalsystem 16 umfasst einen Fluidanschluss 20 zur Zuführung von Elektrolyt flüssigkeit in den Flussrahmen 10 . Das Zuführkanalsystem 16 umfasst außerdem Zuführkanalstrukturen 22 , über welche der Fluidanschluss 20 mit dem Elektrodenraum 14 fluidisch verbunden ist (nachfolgend noch im Detail erläutert ) . In analoger Weise umfasst das Rückführkanalsystem 18 einen Fluidanschluss 24 zur Abführung von Elektrolyt flüssigkeit aus dem Flussrahmen 10 sowie Rückführkanalstrukturen 26 , über welche der Fluidanschluss 24 mit dem Elektrodenraum 14 fluidisch verbunden ist . The supply channel system 16 includes a fluid connection 20 for supplying electrolyte liquid into the flow frame 10. The feed channel system 16 also includes feed channel structures 22, via which the fluid connection 20 is fluidly connected to the electrode space 14 (explained in detail below). In an analogous manner, the return channel system 18 comprises a fluid connection 24 for removing electrolyte liquid from the flow frame 10 as well as return channel structures 26, via which the fluid connection 24 is fluidly connected to the electrode space 14.

Beispielhaft und bevorzugt liegen der Fluidanschluss 20 des Zuführkanalsystems 16 und der Fluidanschluss 24 des Rückführkanalsystems 18 in Bezug auf den Elektrodenraum 14 einander diagonal gegenüber (vgl . Fig . 1 ) . Zuführkanalstrukturen 22 und Rückführkanalstrukturen 26 münden insofern an einander gegenüberliegenden Seiten in den Elektrodenraum 14 ein . In vorteilhafter Weise können Zuführkanalsystem 16 und Rückführkanalsystem 18 punktsymmetrisch zu einem Mittelpunkt des Elektrodenraums 14 angeordnet sein . By way of example and preferably, the fluid connection 20 of the supply channel system 16 and the fluid connection 24 of the return channel system 18 lie diagonally opposite one another with respect to the electrode space 14 (cf. FIG. 1). Supply channel structures 22 and return channel structures 26 thus open into the electrode space 14 on opposite sides. Advantageously, the supply channel system 16 and the return channel system 18 can be arranged point-symmetrically to a center point of the electrode space 14.

In dem dargestellten Beispiel umfasst der Flussrahmen 10 außerdem zwei weitere Fluidanschlüsse 28 , 30 , welche nicht über Kanalstrukturen mit dem Elektrodenraum 14 verbunden sind . Die weitere Fluidanschlüsse 28 , 30 liegen beispielhaft und bevorzugt ebenfalls einander diagonal gegenüber . In the example shown, the flow frame 10 also includes two further fluid connections 28, 30, which do not are connected to the electrode space 14 via channel structures. The further fluid connections 28, 30 are also, for example and preferably, diagonally opposite one another.

Beispielhaft und bevorzugt sind die Fluidanschlüsse 20 , 24 , 28 , 30 in Form von Durchgangslöchern in dem Flussrahmen 10 ausgebildet . Der Flussrahmen 10 kann insbesondere aus Polypropylen, Polyethylen, oder Polyamid, hergestellt sein, beispielsweise mittels Spritzgießen . By way of example and preferably, the fluid connections 20 , 24 , 28 , 30 are designed in the form of through holes in the flow frame 10 . The flow frame 10 can in particular be made of polypropylene, polyethylene, or polyamide, for example by injection molding.

In einem Redox-Flow-Stack (nicht dargestellt ) sind die Flussrahmen 10 insbesondere derart aufeinandergestapelt , dass die Fluidanschlüsse 20 , 24 , 28 , 30 benachbarter Flussrahmen 10 miteinander fluchten, sodass j eweils eine den Stack durchlaufende Elektrolytleitung gebildet ist . Wie bereits erwähnt , sind in einer Zelle vorzugsweise zwei Flussrahmen 10 vorgesehen, welche spiegelverkehrt angeordnet sind . Insofern können die Fluidanschlüsse 28 , 30 , ohne Kanalstrukturen eines Flussrahmens 10 mit den Fluidanschlüssen 20 , 24 mit Kanalstrukturen 22 , 26 des zweiten Flussrahmens 10 einer Zelle fluidisch verbunden sein, insbesondere miteinander fluchten . In a redox flow stack (not shown), the flow frames 10 are in particular stacked on top of one another in such a way that the fluid connections 20, 24, 28, 30 of adjacent flow frames 10 are aligned with one another, so that an electrolyte line running through the stack is formed. As already mentioned, two flow frames 10 are preferably provided in a cell, which are arranged mirror-inverted. In this respect, the fluid connections 28, 30, without channel structures of a flow frame 10, can be fluidly connected to the fluid connections 20, 24 with channel structures 22, 26 of the second flow frame 10 of a cell, in particular aligned with one another.

In einer beispielhaften Anwendungssituation des Flussrahmens 10 in einer Redox-Flow-Batterie kann der Fluidanschluss 20 zur Zuführung eines der beiden in der Redox-Flow-Batterie verwendeten Elektrolyten ( z . B . des Katholyten) in den Elektrodenraum 14 dienen (Katholyt- Zuführung) und der Fluidanschluss 24 kann zur Rückführung dieses Elektrolyten aus dem Elektrodenraum 14 dienen . Die beiden anderen Fluidanschlüsse 28 , 30 ( ohne Kanalstrukturen) können dann insbesondere der Weiterleitung des anderen Elektrolyten ( z . B . des Anolyten) an den benachbarten Flussrahmen 10 der Zelle dienen . In an exemplary application situation of the flow frame 10 in a redox flow battery, the fluid connection 20 can be used to supply one of the two electrolytes used in the redox flow battery (e.g. the catholyte) into the electrode space 14 (catholyte supply). and the fluid connection 24 can be used for return this electrolyte from the electrode space 14 is used. The other two fluid connections 28, 30 (without channel structures) can then serve in particular to forward the other electrolyte (e.g. the anolyte) to the adjacent flow frame 10 of the cell.

Wie aus Figur 1 ersichtlich, umfassen die Zuführkanalstrukturen 22 und das Rückführkanalstrukturen 26 j eweils eine Mehrzahl von, in dem dargestellten Beispiel vier, Sekundärkanälen 32 , welche an unterschiedlichen und voneinander separaten Positionen von dem j eweiligen Fluidanschluss 20 , 24 abgehen (vgl . Ausschnitt I in Fig . 1 ) . Die Sekundärkanäle 32 können insofern parallel Fluid aus dem Fluidanschluss 20 abführen ( Zuführkanalsystem) bzw . dem Fluidanschluss 24 zuführen (Rückführkanalsystem) . 1, the supply channel structures 22 and the return channel structures 26 each include a plurality of, in the example shown, four, secondary channels 32, which branch off from the respective fluid connection 20, 24 at different and separate positions (see section I in Fig. 1). The secondary channels 32 can in this respect drain fluid from the fluid connection 20 in parallel (supply channel system) or. supply to the fluid connection 24 (return channel system).

Die Sekundärkanäle 32 münden über separate , voneinander räumlich getrennte Einströmbereiche 34 in den Elektrodenraum 14 ein . Die Einströmbereiche 34 können Verteilerstrukturen zur Verteilung von Elektrolyt flüssigkeit in den Elektrodenraum 14 umfassen . The secondary channels 32 open into the electrode space 14 via separate, spatially separated inflow areas 34. The inflow areas 34 can include distribution structures for distributing electrolyte liquid into the electrode space 14.

Die Sekundärkanäle 32 sind entlang ihres kompletten Verlaufs von dem Fluidanschluss 20 , 24 zu den Einströmbereichen 34 voneinander fluidisch und elektrisch isoliert , beispielhaft und bevorzugt durch Materialabschnitte 36 des Flussrahmens 10 . The secondary channels 32 are fluidically and electrically insulated from one another along their entire course from the fluid connection 20, 24 to the inflow areas 34, for example and preferably by material sections 36 of the flow frame 10.

Die Sekundärkanäle 32 umfassen ihrerseits j eweils eineThe secondary channels 32 each comprise one

Mehrzahl von, insbesondere parallel zueinander verlaufenden, Unterkanälen 38 (vgl. Ausschnitt II in Fig. 1) . Die Unterkanäle 38 münden selbst an unterschiedlichen und voneinander separaten Positionen in den Fluidanschluss 20, 24 ein (vgl. Ausschnitt II in Fig. 1) . Die Unterkanäle 38 sind zumindest abschnittsweise durch Materialabschnitte 40 des Flussrahmens 10 (Stege 42) voneinander getrennt. Plurality of, especially parallel to each other extending sub-channels 38 (see section II in Fig. 1). The sub-channels 38 themselves open into the fluid connection 20, 24 at different and separate positions (see detail II in FIG. 1). The sub-channels 38 are separated from one another at least in sections by material sections 40 of the flow frame 10 (webs 42).

Im Konkreten können die Unterkanäle 38 zumindest abschnittsweise durch lokale Ausnehmungen in einer Rahmenoberfläche des Flussrahmens 10 ausgebildet sein. Beispielsweise ist es denkbar, dass der Flussrahmen 10 mit den Kanalstrukturen 22, 26 in einem Spritzgussprozess hergestellt ist. Specifically, the sub-channels 38 can be formed at least in sections by local recesses in a frame surface of the flow frame 10. For example, it is conceivable that the flow frame 10 with the channel structures 22, 26 is manufactured in an injection molding process.

Wie in Fig. 1, Ausschnitt II, dargestellt, können die Stege 42 abschnittsweise unterbrochen sein. Die Unterkanäle 38 können insofern durch Querkanäle 44 miteinander fluidisch verbunden sein. Es ist grundsätzlich auch denkbar, dass die Unterkanäle 38 entlang ihres gesamten Verlaufs voneinander fluidisch und elektrisch isoliert sind. As shown in Fig. 1, detail II, the webs 42 can be interrupted in sections. The sub-channels 38 can therefore be fluidly connected to one another through transverse channels 44. In principle, it is also conceivable that the sub-channels 38 are fluidically and electrically insulated from one another along their entire course.

Die Figur 2 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung einen beispielhaften Verlauf eines Sekundärkanals 32, wobei die Unterkanäle 38 vereinfacht durch Pfeillinien dargestellt sind. Der Sekundärkanal 32 umfasst mehrere, beispielhaft vier, Sekundärkanal-Segmente 46-1, 46-2, 46-3, 46-4, welche jeweils eine Mehrzahl von Unterkanälen 38 aufweisen. Im konkreten Beispiel umfasst das erste Sekundärkanal-Segment 46-1 zwei Unterkanäle 38, das zweite Sekundärkanal-Segment 46-2 drei Unterkanäle 38, das dritte Sekundärkanal-Segment 46-3 zwei Unterkanäle 38 und das vierte Sekundärkanal-Segment 46-4 vier Unterkanäle 38 . Insofern kann die Anzahl an Unterkanälen 38 entlang eines Verlaufs des Sekundärkanals 32 von dem Fluidanschluss 20 , 24 zu dem Einströmbereich 34 variieren . Wie bei dem Übergang von dem zweiten Sekundärkanal-Segment 46-2 zu dem dritten Sekundärkanal-Segment 46-3 veranschaulicht , kann die Anzahl an Unterkanälen 38 entlang des Verlaufs von dem Fluidanschluss 20 , 24 zu dem Elektrodenraum 14 insbesondere auch abnehmen, weiter insbesondere und danach wieder zunehmen . Figure 2 shows a simplified schematic representation of an exemplary course of a secondary channel 32, with the sub-channels 38 being represented in simplified form by arrow lines. The secondary channel 32 includes several, for example four, secondary channel segments 46-1, 46-2, 46-3, 46-4, each of which has a plurality of subchannels 38. In the specific example, the first secondary channel segment 46-1 includes two subchannels 38, the second secondary channel segment 46-2 includes three subchannels 38, the third secondary channel segment 46-3 has two subchannels 38 and the fourth secondary channel segment 46-4 has four subchannels 38. In this respect, the number of sub-channels 38 can vary along a course of the secondary channel 32 from the fluid connection 20, 24 to the inflow region 34. As illustrated in the transition from the second secondary channel segment 46-2 to the third secondary channel segment 46-3, the number of subchannels 38 can in particular also decrease along the course from the fluid connection 20, 24 to the electrode space 14, further in particular and then gain weight again.

Wie in Fig . 2 schematisch dargestellt , können die Sekundärkanal-Segmente 46- 1 , 46-2 , 46-3 , 46-4 zueinander winklig angeordnet sein, bspw . zueinander orthogonal verlaufen . In vorteilhafter Weise können an Verbindungsstellen 48 zweier Sekundärkanal-Segmente 46 , insbesondere an Umlenkpunkten zweier Sekundärkanal-Segmente 46 , die Unterkanäle 38 durch ein rasterartiges Kanalnetz 50 miteinander fluidisch verbunden sein (vgl . Fig . 3 ) . Beispielhaft können die Stege 42 derart abschnittsweise unterbrochen sein, dass ein rasterartiges Kanalnetz 50 gebildet ist . As in Fig. 2 shown schematically, the secondary channel segments 46-1, 46-2, 46-3, 46-4 can be arranged at an angle to one another, for example. run orthogonally to each other. Advantageously, at connection points 48 of two secondary channel segments 46, in particular at deflection points of two secondary channel segments 46, the sub-channels 38 can be fluidically connected to one another by a grid-like channel network 50 (see FIG. 3). For example, the webs 42 can be interrupted in sections in such a way that a grid-like channel network 50 is formed.

In dem dargestellten Beispiel weisen die Unterkanäle 38 j eweils die gleiche Kanalbreite auf . Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen ist es j edoch auch möglich, dass die Unterkanäle 38 unterschiedliche Kanalbreiten und/oder Kanaltiefen aufweisen . Es ist auch möglich, dass sich eine Kanalbreite eines Unterkanals 38 beim Übergang von einem Sekundärkanal-Segment 46 zu einem anderen Sekundärkanal-Segment 46 verändert . Es ist auch denkbar, dass ein Unterkanal 38 entlang seines Verlaufs innerhalb eines Sekundärkanal-Segments 46 eine variierende Kanalbreite aufweist . In the example shown, the subchannels 38 each have the same channel width. However, in embodiments not shown, it is also possible for the sub-channels 38 to have different channel widths and/or channel depths. It is also possible that a channel width of a subchannel 38 changes during the transition changed from a secondary channel segment 46 to another secondary channel segment 46. It is also conceivable that a subchannel 38 has a varying channel width along its course within a secondary channel segment 46.

Beispielhaft und bevorzugt beträgt eine Kanalbreite der Unterkanäle 38 zwischen 1 und 6 mm, vorzugsweise zwischen 2 und 4 mm und/oder eine Kanaltiefe (bzw . Höhe ) der Unterkanäle 38 zwischen 0 , 3 und 4 mm, vorzugsweise zwischen 0 , 5 und 2 mm . By way of example and preferably, a channel width of the sub-channels 38 is between 1 and 6 mm, preferably between 2 and 4 mm and/or a channel depth (or height) of the sub-channels 38 is between 0.3 and 4 mm, preferably between 0.5 and 2 mm .

Wie bereits erwähnt kann sich die vorstehend auf Ebene der Sekundärkanäle 32 beschriebene segmentierte Fluidführung optional auch auf Ebene der Primärkanäle ( Fluidanschlüsse 20 , 24 , 28 , 30 ) fortsetzen . Eine beispielhafte Ausgestaltung einer solchen Weiterbildung mit segmentierter Fluidzuführung und Fluidrückführung ist in den Figuren 4 bis 7 gezeigt . As already mentioned, the segmented fluid guidance described above at the level of the secondary channels 32 can optionally also continue at the level of the primary channels (fluid connections 20, 24, 28, 30). An exemplary embodiment of such a further development with segmented fluid supply and fluid return is shown in FIGS. 4 to 7.

Bei der in Fig . 4 gezeigten Ausgestaltung umfasst der Flussrahmen 10 beispielhaft zwei vorstehend erläuterte Zuführkanalsysteme 16- 1 , 16-2 und zwei vorstehend erläuterte Rückführkanalsysteme 18 , 1 , 18-2 . Insofern sind für den Elektrodenraum 14 zwei voneinander getrennte Zuführkanalsysteme 16- 1 , 16-2 vorgesehen, um Elektrolyt flüssigkeit dem Elektrodenraum 14 zuführen zu können, sowie zwei voneinander getrennte Rückführkanalsysteme 18 , 1 , 18-2 , um Elektrolyt flüssigkeit aus dem Elektrodenraum 14 abführen zu können . Die entsprechenden Zuführkanalstrukturen 22-1, 22-2 und die Rückführkanalstrukturen 26-1, 26-2 sind in den Figuren 4-7 vereinfacht als Einfachlinie dargestellt, umfassen aber insbesondere die vorstehend beschriebene Mehrzahl von Sekundärkanälen 32 und Unterkanälen 38. In the case shown in Fig. 4, the flow frame 10 includes, for example, two supply channel systems 16-1, 16-2 explained above and two return channel systems 18, 1, 18-2 explained above. In this respect, two separate feed channel systems 16-1, 16-2 are provided for the electrode space 14 in order to be able to supply electrolyte liquid to the electrode space 14, as well as two separate return channel systems 18, 1, 18-2 in order to remove electrolyte liquid from the electrode space 14 to be able to. The Corresponding feed channel structures 22-1, 22-2 and the return channel structures 26-1, 26-2 are shown in simplified form in Figures 4-7 as a single line, but in particular include the plurality of secondary channels 32 and sub-channels 38 described above.

Bei den in den Figuren 4 und 5 dargestellten Ausgestaltungen umfasst der Flussrahmen 10 zwei Flussrahmensegmente 52-1, 52-2, welche entlang einer Rahmenachse 54 (vgl. Doppelpfeil 54 in Fig. 4) nebeneinander angeordnet sind. Jedes dieser Flussrahmensegmente 52-1, 52-2 umfasst eines der vorstehend beschriebenen Zuführkanalsysteme 16-1, 16-2 und eines der Rückführkanalsystem 18-1, 18-2. Im Beispiel umfasst jedes Flussrahmensegment 52-1, 52-2 außerdem die zwei bereits erwähnten Fluidanschlüsse 28-1, 28-2, 30-1, 30-2 ohne Kanalstrukturen. Wie vorstehend erläutert, sind die Fluidanschlüsse 28-1, 28-2, 30-1, 30-2 vorzugsweise in Form von Durchgangslöchern in dem Flussrahmen 10 ausgebildet und bilden insofern Fluiddurchführungen. In the embodiments shown in FIGS. 4 and 5, the flow frame 10 comprises two flow frame segments 52-1, 52-2, which are arranged next to one another along a frame axis 54 (cf. double arrow 54 in FIG. 4). Each of these flow frame segments 52-1, 52-2 includes one of the feed channel systems 16-1, 16-2 described above and one of the return channel systems 18-1, 18-2. In the example, each flow frame segment 52-1, 52-2 also includes the two already mentioned fluid connections 28-1, 28-2, 30-1, 30-2 without channel structures. As explained above, the fluid connections 28-1, 28-2, 30-1, 30-2 are preferably designed in the form of through holes in the flow frame 10 and thus form fluid passages.

Der Flussrahmen 10 kann grundsätzlich einstückig ausgebildet sein. Insofern können die Flussrahmensegmente 52-1, 52-2 durch Abschnitte des Flussrahmens 10 gebildet sein. In vorteilhafter Weise können die Flussrahmensegmente 52-1, 52-2 jedoch durch voneinander separat bereitgestellte Rahmenelemente 56-1, 56-2 gebildet sein, welche zu dem Flussrahmen 10 fluiddicht miteinander verbunden sind (in Fig. 4 und 5 durch die strichpunktierte eingezeichnete Mittelachse 57 hervorgehoben) . Beispielhaft können die Rahmenelemente 56-1, 56-2 stoff schlüssig miteinander verbunden sein, z.B. durch Schweißen und/oder Kleben. Es ist auch möglich, dass die Rahmenelemente 56-1, 56-2 über entsprechende Dichtungselemente miteinander fluiddicht verbunden sind. The flow frame 10 can basically be formed in one piece. In this respect, the flow frame segments 52-1, 52-2 can be formed by sections of the flow frame 10. However, the flow frame segments 52-1, 52-2 can advantageously be formed by frame elements 56-1, 56-2 which are provided separately from one another and which are connected to one another in a fluid-tight manner to form the flow frame 10 (in FIGS. 4 and 5 by the dash-dotted central axis 57 highlighted). For example, they can Frame elements 56-1, 56-2 can be connected to one another in a materially coherent manner, for example by welding and/or gluing. It is also possible for the frame elements 56-1, 56-2 to be connected to one another in a fluid-tight manner via corresponding sealing elements.

Wie aus Figur 4 ersichtlich begrenzt jedes Flussrahmensegment 52-1, 52-2 bzw. jedes Rahmenelement 56- 1, 56-2 ein Elektrodenraumsegment 58-1, 58-2, wobei die Elektrodenraumsegmente 58-1, 58-2 in ihrer Gesamtheit den Elektrodenraum 14 bilden. As can be seen from Figure 4, each flow frame segment 52-1, 52-2 or each frame element 56-1, 56-2 delimits an electrode space segment 58-1, 58-2, the electrode space segments 58-1, 58-2 in their entirety Form electrode space 14.

Die Figur 4 zeigt eine beispielhafte Ausgestaltung, bei der die relative Anordnung der Fluidanschlüsse 20, 24, 28, 30 bei beiden Flussrahmensegmenten 52-1, 52-2 identisch ist. Bei bestimmungsgemäß em Gebrauch können bspw. die Fluidanschlüsse 20-1, 20-2 als Katholyt-Zuführung und die Fluidanschlüsse 24-1, 24-2 als Katholyt-Rückführung dienen. Dann können die Fluidanschlüsse 28-1, 28-2 als Anolyt- Zuführung und die Fluidanschlüsse 30-1, 30-2 als Anolyt- Rückführung dienen. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass Katholyt und Anolyt vertauscht sind. Figure 4 shows an exemplary embodiment in which the relative arrangement of the fluid connections 20, 24, 28, 30 is identical in both flow frame segments 52-1, 52-2. When used as intended, for example, the fluid connections 20-1, 20-2 can serve as a catholyte supply and the fluid connections 24-1, 24-2 can serve as a catholyte return. Then the fluid connections 28-1, 28-2 can serve as anolyte supply and the fluid connections 30-1, 30-2 can serve as anolyte return. It is of course also possible that the catholyte and anolyte are swapped.

Die Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der die relative Anordnung der Fluidanschlüsse 20, 24, 28, 30 bei den beiden Flussrahmensegmenten 52-1, 52-2 vertauscht ist. Bei einer solchen Ausgestaltung sind die Rückführ- Fluidanschlüsse 24-1, 24-2 insofern nebeneinander angeordnet, was eine einfache Fluidabfuhr ermöglicht. Beispielhaft kann der Flussrahmen gemäß Fig. 4 durch zwei zueinander identische Rahmenelemente 56-1, 56-2 gebildet sein, wobei das Rahmenelement 56-2, welches das in Fig. 4 rechte Flussrahmensegment 52-2 bildet, im Vergleich zu dem Rahmenelement 56-1, welches das in Fig. 4 linke Flussrahmensegment 52-1 bildet, um 180° zu einer orthogonal zu einer von dem Flussrahmen 10 auf gespannten Rahmenebene (in Fig. 1 der Zeichenebene entsprechend) verlaufenden Drehachse gedreht ist. Figure 5 shows a further embodiment in which the relative arrangement of the fluid connections 20, 24, 28, 30 is reversed in the two flow frame segments 52-1, 52-2. In such a configuration, the return fluid connections 24-1, 24-2 are arranged next to one another, which enables simple fluid removal. By way of example, the flow frame according to FIG. 4 can be formed by two mutually identical frame elements 56-1, 56-2, with the frame element 56-2, which forms the flow frame segment 52-2 on the right in FIG. 4, compared to the frame element 56- 1, which forms the flow frame segment 52-1 on the left in FIG.

Die Figuren 6 und 7 zeigen weitere Ausgestaltungen eines aus mehreren Rahmenelementen 56-1, 56-2 modular aufgebauten Flussrahmens 10. Bei der in Fig. 6 dargestellten Ausgestaltung begrenzen die Rahmenelemente 56-1, 56-2 jeweils ein einseitig oder beidseitig offenes Elektrodenraumsegment 58-1, 58-2, sodass im Endeffekt ein durchgehender Elektrodenraum 14 gebildet ist. Ein solcher modularer Aufbau ermöglicht es, durch Hinzufügen optionaler weiterer Rahmenelemente (in Fig. 6 beispielhaft durch das strichliniert dargestellte Rahmenelement 56-3' angedeutet) den Elektrodenraum 14 flexibel zu vergrößern. Figures 6 and 7 show further embodiments of a flow frame 10 constructed modularly from several frame elements 56-1, 56-2. In the embodiment shown in Figure 6, the frame elements 56-1, 56-2 each delimit an electrode space segment 58 that is open on one or both sides -1, 58-2, so that in the end a continuous electrode space 14 is formed. Such a modular structure makes it possible to flexibly enlarge the electrode space 14 by adding optional further frame elements (indicated by the frame element 56-3' shown in broken lines in FIG. 6).

Bei der in Figur 7 dargestellten Ausgestaltung umgrenzen die Rahmenelemente 56-1, 56-2 jeweils einen Elektrodenraumsegment 58-1, 58-2, sodass der Flussrahmen 10 im Endeffekt eine Mehrzahl von fluidisch getrennten Elektrodenraumsegmenten 58-1, 58-2 umfasst, welche in ihrer Gesamtheit dann den Elektrodenraum 14 bilden. Auch bei der in Fig. 7 dargestellten Ausgestaltung ist durch Hinzufügen optionaler weiterer Rahmenelemente 56-3' und somit weiterer Elektrodenraumsegmente 58-3' der effektive Elektrodenraum7, the frame elements 56-1, 56-2 each delimit an electrode space segment 58-1, 58-2, so that the flow frame 10 ultimately comprises a plurality of fluidically separated electrode space segments 58-1, 58-2, which in their entirety then form the electrode space 14. Also in the embodiment shown in FIG. 7, optional additional frame elements 56-3' and thus others can be added Electrode space segments 58-3' the effective electrode space

14 insgesamt vergrößerbar. 14 total enlargeable.

Claims

Patentansprüche Flussrahmen (10) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Zelle einer Redox-Flow- Batterie, wobei der Flussrahmen (10) wenigstens einen Elektrodenraum (14) zur Aufnahme einer Elektrode definiert, umfassend: wenigstens ein Zuführkanalsystem (16, 16-1, 16-2) zur Zuführung von Elektrolyt in den Elektrodenraum (14) , wobei das Zuführkanalsystem (16, 16-1, 16-2) einen Fluidanschluss (20, 20-1, 20-2) umfasst, welcher über Zuführkanalstrukturen (22, 22-1, 22- 2) mit dem Elektrodenraum (14) fluidisch verbunden ist ; wenigstens ein Rückführkanalsystem (18, 18-1, 18- 2) zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Elektrodenraum (14) , wobei das Rückführkanalsystem (18, 18-1, 18-2) einen Fluidanschluss (24, 24-1, 24-2) umfasst, welcher über Rückführkanalstrukturen (26, 26-1, 26-2) mit dem Elektrodenraum (14) fluidisch verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Zuführkanalstrukturen (16, 16-1, 16-2) und/oder die Rückführkanalstrukturen (18, 18-1, 18-2) eine Mehrzahl von Sekundärkanälen (32) umfassen, welche an separaten Positionen des jeweiligen Fluidanschlusses (20, 24) abgehen und über Einströmbereiche (34) in den Elektrodenraum (14) einmünden. Flow frame (10) for an electrochemical cell, in particular for a cell of a redox flow battery, wherein the flow frame (10) defines at least one electrode space (14) for receiving an electrode, comprising: at least one feed channel system (16, 16-1 , 16-2) for supplying electrolyte into the electrode space (14), the supply channel system (16, 16-1, 16-2) comprising a fluid connection (20, 20-1, 20-2), which has supply channel structures (22 , 22-1, 22-2) is fluidly connected to the electrode space (14); at least one return channel system (18, 18-1, 18-2) for returning electrolyte from the electrode space (14), the return channel system (18, 18-1, 18-2) having a fluid connection (24, 24-1, 24- 2), which is fluidly connected to the electrode space (14) via return channel structures (26, 26-1, 26-2); characterized in that the supply channel structures (16, 16-1, 16-2) and/or the return channel structures (18, 18-1, 18-2) comprise a plurality of secondary channels (32) which are at separate positions of the respective fluid connection ( 20, 24) and flow into the electrode space (14) via inflow areas (34).

2. Flussrahmen (10) nach Anspruch 1, wobei jeder Sekundärkanal (32) über einen eigenen Einströmbereich (34) in den Elektrodenraum (14) einmündet, insbesondere wobei die Einströmbereiche (34) der Sekundärkanäle (32) voneinander räumlich getrennt sind. 2. Flow frame (10) according to claim 1, wherein each secondary channel (32) opens into the electrode space (14) via its own inflow area (34), in particular wherein the inflow areas (34) of the secondary channels (32) are spatially separated from one another.

3. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sekundärkanäle (32) entlang ihres Verlaufs von dem Fluidanschluss (20, 24) zu dem Elektrodenraum (14) fluidisch und elektrisch voneinander isoliert sind. 3. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the secondary channels (32) are fluidically and electrically insulated from one another along their course from the fluid connection (20, 24) to the electrode space (14).

4. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sekundärkanäle (32) jeweils eine Mehrzahl von, insbesondere parallel verlaufenden, Unterkanälen (38) aufweisen . 4. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the secondary channels (32) each have a plurality of, in particular parallel, sub-channels (38).

5. Flussrahmen (10) nach Anspruch 4, wobei die Unterkanäle (38) an separaten Positionen des jeweiligen Fluidanschlusses (20, 24) abgehen und/oder wobei die Unterkanäle (38) eines Sekundärkanals (32) zumindest abschnittsweise entlang ihrer Längserstreckung durch Stege (42) voneinander getrennt sind. 5. Flow frame (10) according to claim 4, wherein the sub-channels (38) extend at separate positions of the respective fluid connection (20, 24) and / or wherein the sub-channels (38) of a secondary channel (32) are at least partially along their longitudinal extent through webs ( 42) are separated from each other.

6. Flussrahmen (10) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Unterkanäle (38) zumindest einer Teilmenge der Sekundärkanäle (32) über wenigstens einen Querkanal (44) miteinander verbunden sind. 6. Flow frame (10) according to one of claims 4 or 5, wherein the sub-channels (38) of at least a subset of the secondary channels (32) are connected to one another via at least one transverse channel (44).

7. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Sekundärkanäle (32) jeweils eine Mehrzahl von Sekundärkanal-Segmenten (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) umfassen, welche entlang der Erstreckung des jeweiligen Sekundärkanals (32) von dem Fluidanschluss (20, 24) zu dem Elektrodenraum (14) hintereinander angeordnet sind. 7. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the secondary channels (32) each comprise a plurality of secondary channel segments (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) which extend along the extent of the respective Secondary channel (32) from the fluid connection (20, 24) to the electrode space (14) are arranged one behind the other.

8. Flussrahmen (10) nach Anspruch 7, wobei zumindest ein Sekundärkanal-Segment (46-3) zumindest eines Sekundärkanals (32) eine geringere Anzahl an Unterkanälen (38) aufweist als ein entlang der Erstreckung dieses Sekundärkanals (32) von dem Fluidanschluss (20, 24) zu dem Einströmbereich (34) vor diesem Sekundärkanal-Segment (46-3) liegendes Sekundärkanal-Segment (46-2) . 8. Flow frame (10) according to claim 7, wherein at least one secondary channel segment (46-3) of at least one secondary channel (32) has a smaller number of sub-channels (38) than one along the extent of this secondary channel (32) from the fluid connection ( 20, 24) to the inflow area (34) in front of this secondary channel segment (46-3) lying secondary channel segment (46-2).

9. Flussrahmen (10) nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei zumindest eine Teilmenge der Sekundärkanal- Segmente (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) eines Sekundärkanals (32) eine unterschiedliche Orientierung aufweist. 9. Flow frame (10) according to one of claims 7 or 8, wherein at least a subset of the secondary channel segments (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) of a secondary channel (32) have a different orientation.

10. Flussrahmen (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei an einem Verbindungspunkt (48) , insbesondere Umlenkpunkt, zweier Sekundärkanal-Segmente (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) eines Sekundärkanals (32) die Unterkanäle (38) über ein gitterartiges Kanalnetz (50) miteinander verbunden sind. 10. Flow frame (10) according to one of claims 7 to 9, wherein at a connection point (48), in particular deflection point, two secondary channel segments (46-1, 46-2, 46-3, 46-4) of a secondary channel (32 ) the sub-channels (38) are connected to one another via a grid-like channel network (50).

11. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Zuführkanalsystem (16) und/oder das wenigstens eine Rückführkanalsystem (18) derart ausgebildet sind, dass ein Druckunterschied zwischen Fluidanschluss (20, 24) und Einströmbereich (34) eines jeweiligen Sekundärkanals (32) zwischen 0 und 10 %, vorzugsweise zwischen 0,1 und 1,0 %, beträgt. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das wenigstens eine Zuführkanalsystem (16) und/oder das wenigstens eine Rückführkanalsystem (18) derart ausgebildet sind, dass eine Differenz zwischen den Teilvolumenströmen durch die einzelnen Sekundärkanäle kleiner 10 %, vorzugsweise kleiner 1%, insbesondere zwischen 0,1 und 0,8 %, ist. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Flussrahmen (10) wenigstens zwei Flussrahmensegmente (52-1, 52-2) umfasst, welche entlang einer Rahmenachse (54) nebeneinander angeordnet sind, wobei jedes dieser Flussrahmensegmente (52-1,52-2) ein Elektrodenraumsegment (58-1, 58-2) definiert, wobei die Elektrodenraumsegmente (58-1, 58-2) in ihrer Gesamtheit den Elektrodenraum (14) bilden, und wobei jedes dieser Flussrahmensegmente (52-1, 52-2) ein Zuführkanalsystem (16) und ein Rückführkanalsystem (18) umfasst. Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Elektrodenraumsegmente (58-1, 58-2) einen durchgehenden Elektrodenraum (14) bilden oder wobei die Elektrodenraumsegmente (58-1, 58-2) voneinander fluidisch getrennt sind. Elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Redox- Flow-Batterie, umfassend eine erste und eine zweite Halbzelle, wobei zwischen der ersten und der zweiten Halbzelle eine Membran angeordnet ist, wobei jede11. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one supply channel system (16) and / or the at least one return channel system (18) are designed such that a pressure difference between the fluid connection (20, 24) and the inflow area (34). respective secondary channel (32) is between 0 and 10%, preferably between 0.1 and 1.0%. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the at least one supply channel system (16) and/or the at least one return channel system (18) are designed such that a difference between the partial volume flows through the individual secondary channels is less than 10%, preferably less than 1%. , in particular between 0.1 and 0.8%. Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the flow frame (10) comprises at least two flow frame segments (52-1, 52-2) which are arranged next to one another along a frame axis (54), each of these flow frame segments (52-1, 52-2) defines an electrode space segment (58-1, 58-2), the electrode space segments (58-1, 58-2) in their entirety forming the electrode space (14), and each of these flow frame segments (52-1, 52 -2) comprises a supply channel system (16) and a return channel system (18). Flow frame (10) according to one of the preceding claims, wherein the electrode space segments (58-1, 58-2) form a continuous electrode space (14) or wherein the electrode space segments (58-1, 58-2) are fluidically separated from one another. Electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, comprising a first and a second half cell, a membrane being arranged between the first and the second half cell, each

Halbzelle einen Flussrahmen (10) nach einem der vorherigen Ansprüche und eine in dem Elektrodenraum (14) dieses Flussrahmens (10) angeordnete Elektrode umfasst. Half cell a flow frame (10) according to one of the previous claims and an electrode arranged in the electrode space (14) of this flow frame (10).