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DE102014104601A1 - Electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, and method of production - Google Patents

Electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, and method of production Download PDF

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DE102014104601A1
DE102014104601A1 DE102014104601.3A DE102014104601A DE102014104601A1 DE 102014104601 A1 DE102014104601 A1 DE 102014104601A1 DE 102014104601 A DE102014104601 A DE 102014104601A DE 102014104601 A1 DE102014104601 A1 DE 102014104601A1
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DE
Germany
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cell
cells
electrodes
membrane
electrolyte
Prior art date
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Pending
Application number
DE102014104601.3A
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German (de)
Inventor
Stefan Dazar
Wilhelm Thom
Mirko Frank
Dipl.-Ing. Schmid Dieter C.
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schmid Energy Systems GmbH
Original Assignee
Schmid Energy Systems GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Schmid Energy Systems GmbH filed Critical Schmid Energy Systems GmbH
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Abstract

Eine elektrochemische Zelle insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, weist eine Zellwand aus Kunststoff (14) auf, die einen Hohlraum umschließt, der durch eine ionenleitfähige Membran (11) in zwei Halbzellen (16, 18) getrennt ist, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende (12, 13) aufweisen, an denen Fluidanschlüsse (40) zur Durchströmung mit einem Elektrolyten vorgesehen sind, wobei die beiden Halbzellen (16, 18) jeweils flächige Elektroden (20, 22) aufweisen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende parallel zur Membran (11) erstrecken, wobei die Elektroden aus porösem Graphit, insbesondere aus einer oder mehreren Lagen (21) von Graphitpapier, bestehen, wobei die Fluidanschlüsse (40) am ersten und zweiten Ende (12, 13) jeder Halbzelle (16, 18) zur unmittelbaren Durchströmung mit Elektrolyten entlang der Erstreckungsrichtung der jeweiligen Elektrode (20, 22) ausgebildet sind.An electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, has a plastic cell wall (14) which encloses a cavity which is separated by an ion-conducting membrane (11) into two half-cells (16, 18), each one a first and a second end (12, 13), at which fluid connections (40) are provided for the passage of an electrolyte, wherein the two half-cells (16, 18) each have planar electrodes (20, 22) extending between the first and extend the second end parallel to the membrane (11), wherein the electrodes of porous graphite, in particular one or more layers (21) of graphite paper, wherein the fluid ports (40) at the first and second ends (12, 13) of each half-cell (16, 18) are formed for direct flow with electrolyte along the extension direction of the respective electrode (20, 22).

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit einer Zellwand aus Kunststoff, die einen Hohlraum umschließt, der durch eine ionenleitfähige Membran in zwei Halbzellen getrennt ist, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, an denen Fluidanschlüsse zur Durchströmung mit einem Elektrolyten vorgesehen sind, wobei die beiden Halbzellen jeweils flächige Elektroden aufweisen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende parallel zur Membran erstrecken, und wobei die Elektroden aus porösem Graphit bestehen.The invention relates to an electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, with a cell wall made of plastic, which encloses a cavity, which is separated by an ion-conductive membrane into two half-cells, each having a first and a second end, where Fluid connections are provided to flow through with an electrolyte, wherein the two half-cells each have planar electrodes which extend parallel to the membrane between the first and the second end, and wherein the electrodes are made of porous graphite.

Die Erfindung betrifft ferner einen Verbund aus derartigen elektrochemischen Zellen und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Zelle.The invention further relates to a composite of such electrochemical cells and a method for producing such a cell.

Ein solcher Verbund von elektrochemischen Zellen für eine Redox-Flow-Batterie ist aus der WO 2011/075135 A1 bekannt.Such a composite of electrochemical cells for a redox flow battery is out of the WO 2011/075135 A1 known.

Zur seriellen Verschaltung der einzelnen Zellen miteinander sind hierbei Bipolarplatten vorgesehen. In den Bipolarplatten sind durch teilweises Verschließen einzelner, miteinander zusammenhängender Kanäle miteinander zusammenhängende Flussfelder gebildet, über die der jeweilige positiv geladene Elektrolyt (Anolyt) oder der negativ geladene Elektrolyt (Katholyt) in die jeweilige Halbzelle zu- bzw. abgeführt wird.For serial connection of the individual cells with each other bipolar plates are provided here. In the bipolar plates coherent flow fields are formed by partially closing individual, interconnected channels, via which the respective positively charged electrolyte (anolyte) or the negatively charged electrolyte (catholyte) in the respective half-cell is added or removed.

Eine derartige Anordnung ist sehr aufwändig und erhöht den Gesamtwiderstand des Zellverbundes.Such an arrangement is very complex and increases the total resistance of the cell network.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine elektrochemische Zelle und einen Verbund aus elektrochemischen Zellen zu schaffen, womit ein einfacher und kostengünstiger Aufbau und eine möglichst hohe Leistungsfähigkeit gegeben sind.Against this background, the invention has for its object to provide an electrochemical cell and a composite of electrochemical cells, which are given a simple and inexpensive construction and the highest possible performance.

Ferner soll ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Zelle angegeben werden.Furthermore, a method for producing such a cell is to be specified.

Diese Aufgabe wird durch eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, gelöst, mit einer Zellwand aus Kunststoff, die einen Hohlraum umschließt, der durch eine ionenleitfähige Membran in zwei Halbzellen getrennt ist, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, an denen Fluidanschlüsse zur Durchströmung mit einem Elektrolyten vorgesehen sind, wobei die beiden Halbzellen jeweils flächige Elektroden aufweisen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende parallel zur Membran erstrecken, wobei die Elektroden aus porösem Graphit, insbesondere aus einer oder mehreren Lagen von Graphitpapier, bestehen, und wobei die Fluidanschlüsse am ersten und zweiten Ende jeder Halbzelle zur unmittelbaren Durchströmung mit Elektrolyten entlang der Erstreckungsrichtung der jeweiligen Elektrode ausgebildet sind.This object is achieved by an electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, with a cell wall made of plastic, which encloses a cavity which is separated by an ion-conducting membrane into two half-cells, each having a first and a second end in which fluid connections are provided for the passage through an electrolyte, wherein the two half-cells each have planar electrodes which extend parallel to the membrane between the first and the second end, wherein the electrodes are made of porous graphite, in particular one or more layers of graphite paper , and wherein the fluid ports are formed at the first and second ends of each half-cell for direct flow of electrolyte along the extending direction of the respective electrode.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise vollkommen gelöst.The object of the invention is completely solved in this way.

Es hat sich gezeigt, dass eine unmittelbare Durchströmung der Elektroden aus porösem Graphit ohne weiteres möglich ist. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Fluss-Felder (Flow Fields) verzichtet werden, was den Aufbau vereinfacht und den Gesamtwiderstand der Zelle verringert.It has been shown that an immediate flow through the electrodes made of porous graphite is readily possible. In this way, additional flow fields can be dispensed with, which simplifies the structure and reduces the total resistance of the cell.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung stehen die Elektroden jeweils mit Stromsammlerplatten in Kontakt.In a further embodiment of the invention, the electrodes are each in contact with current collector plates.

Hierbei können die Stromsammlerplatten aus einem gegenüber dem Elektrolyten unbeständigen Metall, insbesondere aus Kupfer, bestehen und jeweils durch eine säurebeständige Schutzschicht gegenüber dem Elektrolyten geschützt sein. Alternativ können die Stromsammlerplatten auch aus einem Material bestehen, das gegenüber dem Elektrolyten beständig ist, wie etwa Graphit oder Gold. Oder die Stromsammlerplatten sind etwa mit einer Goldschicht beschichtet.In this case, the current collector plates may consist of a metal which is not resistant to the electrolyte, in particular of copper, and may be protected in each case by an acid-resistant protective layer against the electrolyte. Alternatively, the current collector plates may also be made of a material that is resistant to the electrolyte, such as graphite or gold. Or the current collector plates are coated approximately with a gold layer.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Schutzschicht aus Graphit oder einem leitfähigen Kunststoff und ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet.According to a further embodiment of the invention, the protective layer consists of graphite or a conductive plastic and is preferably formed plate-shaped.

Auf diese Weise kann eine aus einem unbeständigen Metall, wie etwa Kupfer, bestehende Stromsammlerplatte vollständig flächig gegenüber dem Elektrolyten geschützt werden.In this way, a current collector plate made of a non-resistant metal, such as copper, can be completely protected against the electrolyte.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Lagen der Zelle, bestehend zumindest aus der Membran, der ersten und zweiten Elektrode und ggf. Stromsammlerplatten und plattenförmigen Schutzschichten, zumindest randseitig dicht mit dem Kunststoff der Zellwand verbunden.According to a further embodiment of the invention, the individual layers of the cell, consisting at least of the membrane, the first and second electrode and optionally current collector plates and plate-shaped protective layers, at least peripherally sealed to the plastic of the cell wall.

Auf diese Weise werden ein kompakter Zellaufbau und ein intensiver Kontakt zwischen den jeweiligen Elektrolyten und den Elektroden gewährleistet.In this way, a compact cell structure and an intensive contact between the respective electrolytes and the electrodes are ensured.

Vorzugsweise sind hierbei die einzelnen Lagen der Zelle dicht miteinander verpresst.Preferably, in this case the individual layers of the cell are pressed together tightly.

Auf diese Weise ergibt sich eine besonders intensive Wechselwirkung zwischen dem Elektrolyten, den Elektroden und der Membran.In this way, there is a particularly intense interaction between the electrolyte, the electrodes and the membrane.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die einzelnen Lagen der Zelle zumindest randseitig miteinander durch ein Kunststofflaminat verbunden oder durch einen Kunststoffspritzguss miteinander verbunden. According to a further embodiment of the invention, the individual layers of the cell are at least peripherally connected to each other by a plastic laminate or joined together by a plastic injection molding.

Auf diese Weise ist eine einfache Herstellung ermöglicht.In this way, a simple production is possible.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung steht zumindest eine Elektrode mit einer Bipolarplatte in Kontakt, die zur seriellen Verschaltung der betreffenden Halbzelle mit einer Halbzelle einer benachbarten Zelle ausgebildet ist.According to a further embodiment of the invention, at least one electrode is in contact with a bipolar plate which is designed for the serial connection of the relevant half cell to a half cell of an adjacent cell.

Dies ist eine erste Möglichkeit zur seriellen Verschaltung von miteinander benachbarten Zellen.This is a first possibility for serial interconnection of adjacent cells.

Hierbei besteht die Bipolarplatte vorzugsweise aus Graphit oder aus Kupfer, das jeweils elektrodenseitig mit einer säurebeständigen Schutzschicht versehen ist.In this case, the bipolar plate is preferably made of graphite or copper, which is each provided on the electrode side with an acid-resistant protective layer.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung münden die Fluidanschlüsse an den ersten und zweiten Enden zur Verteilung von Elektrolyt über eine Mehrzahl von Löchern, vorzugsweise in Form einer Lochreihe oder eines Lochgitters, in die Halbzellen ein.According to a further embodiment of the invention, the fluid connections at the first and second ends for the distribution of electrolyte via a plurality of holes, preferably in the form of a row of holes or a perforated grid, open into the half-cells.

Auf diese Weise ist eine gleichmäßige Verteilung des Elektrolyten zur Durchströmung der Halbzellen gewährleistet.In this way, a uniform distribution of the electrolyte is ensured for the flow through the half-cells.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Fluidanschlüsse an den Stromsammlerplatten, an den randseitigen Zellwänden oder an Bipolarplatten ausgebildet.In accordance with a further embodiment of the invention, the fluid connections are formed on the current collector plates, on the peripheral cell walls or on bipolar plates.

Je nach Aufbau und Anordnung der einzelnen Bestandteile der Zelle kann somit eine vorteilhafte Elektrolytzu- und -abfuhr gewährleistet werden. Es kann insbesondere auch eine randseitige Zu- oder Abfuhr zu bzw. von den Elektroden erfolgen, oder eine Zufuhr senkrecht dazu, d.h. über die Hauptflächen, erfolgen.Depending on the structure and arrangement of the individual components of the cell thus an advantageous electrolyte supply and removal can be ensured. In particular, edge-side supply or removal to or from the electrodes can also take place, or a supply perpendicular thereto, i. over the main surfaces.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Elektroden gegenüber den Elektrolyten elektrochemisch aktiviert, vorzugsweise hydrophylisiert.According to a further embodiment of the invention, the electrodes are electrochemically activated with respect to the electrolyte, preferably hydrophilicized.

Hierdurch wird der Wirkungsgrad der Zelle verbessert. Dies kann beispielsweise nach einem Verfahren gemäß der EP 2 626 936 A1 durchgeführt werden, die hier vollständig durch Bezugnahme eingeschlossen wird.As a result, the efficiency of the cell is improved. This can, for example, according to a method according to the EP 2 626 936 A1 which is incorporated by reference in its entirety.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist jede Halbzelle zwischen dem ersten und dem zweiten Ende in eine Mehrzahl von Sektionen unterteilt und jede Sektion mit Fluidanschlüssen zur Zu- und Abführung von Elektrolyt versehen.According to a further embodiment of the invention, each half-cell is divided between the first and the second end into a plurality of sections, and each section is provided with fluid connections for the supply and removal of electrolyte.

Sofern die Länge der von Elektrolyt zu durchströmenden Zelle zu lang wird und der hydraulische Widerstand somit zu groß wird, kann auf diese Weise Abhilfe geschaffen werden, um eine ausreichende, intensive Durchströmung der Zelle über die gesamte Länge mit Elektrolyt zu gewährleisten.If the length of the cell to be flowed through by the electrolyte becomes too long and the hydraulic resistance thus becomes too great, a remedy can be provided in this way in order to ensure a sufficient, intensive flow of the cell over the entire length with electrolyte.

Ein Verbund aus einer Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Zellen der vorstehend beschriebenen Art kann entweder über Bipolarplatten zwischen benachbarten Halbzellen oder durch externe Verschaltungen außerhalb der Zellen im Falle der Verwendung von Stromsammlerplatten erfolgen. A composite of a plurality of serially interconnected cells of the type described above can be made either via bipolar plates between adjacent half cells or by external connections outside the cells in the case of use of current collector plates.

Alternativ können zur seriellen Verschaltung zwischen benachbarten Halbzellen Verteilerplatten angeordnet sein, an denen Fluidanschlüsse zur Elektrolytversorgung vorgesehen sind, wobei an den Verteilerplatten jeweils den beiden Halbzellen zugeordnete Stromsammlerplatten vorgesehen sind, die innerhalb der Verteilerplatten elektrisch miteinander verbunden sind.Alternatively, for serial connection between adjacent half-cells distributor plates may be arranged, at which fluid connections are provided for supplying electrolyte, wherein the collector plates in each case the two half-cells associated power collector plates are provided, which are electrically connected to each other within the distributor plates.

Auf diese Weise kann die Fluidversorgung über die Verteilerplatten gleichzeitig auch zur elektrischen Verschaltung benachbarter Halbzellen genutzt werden.In this way, the fluid supply via the distributor plates can also be used simultaneously for the electrical connection of adjacent half cells.

Ferner wird erfindungsgemäß ein Verfahren zum Herstellen einer Zelle bereitgestellt, bei dem eine ionenleitfähige Membran und zwei flächige, poröse Elektroden aus Graphit, insbesondere aus mindestens einer Lage von Graphitpapier, bereitgestellt werden, wobei jeweils eine der Elektroden auf einer Seite der Membran angeordnet wird und die Membran mit den Elektroden zumindest randseitig zu einer Membran-Elektrodeneinheit laminiert wird.Furthermore, according to the invention, a method is provided for producing a cell, in which an ion-conductive membrane and two flat, porous electrodes of graphite, in particular of at least one layer of graphite paper, are provided, wherein one of the electrodes is disposed on one side of the membrane and the Membrane is laminated with the electrodes at least edge to a membrane electrode assembly.

Anschließend können auf die Membran-Elektrodeneinheit randseitig Dichtungen appliziert werden, auf die weitere Lagen, insbesondere Stromsammlerplatten, Schutzplatten oder Bipolarplatten, appliziert werden.Subsequently, seals can be applied to the membrane electrode unit on the edge, to which further layers, in particular current collector plates, protective plates or bipolar plates, are applied.

Gemäß einer alternativen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden eine ionenleitfähige Membran und flächige, poröse Elektroden aus Graphit, insbesondere aus mindestens einer Lage von Graphitpapier, und ggf. Stromsammlerplatten und plattenförmige Schutzschichten in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt und mit Kunststoff verspritzt, derart dass die Lagen zumindest randseitig miteinander verbunden und abgedichtet sind und außen von einer Kunststoffwand umschlossen werden.According to an alternative embodiment of the method according to the invention, an ion-conductive membrane and planar, porous electrodes made of graphite, in particular from at least one layer of graphite paper, and possibly current collector plates and plate-shaped protective layers are placed in an injection mold and sprayed with plastic, such that the layers at least edge side with each other connected and sealed and are enclosed on the outside by a plastic wall.

Hierbei können die einzelnen Lagen der Zelle fest miteinander verpresst werden. Here, the individual layers of the cell can be firmly pressed together.

Anschließend können die Zellen mit Fluidleitungen versehen werden, derart, dass jeweils eine Halbzelle von einem Anolyten und eine Halbzelle von einem Katholyten durchströmbar ist.Subsequently, the cells can be provided with fluid lines, such that in each case a half cell of an anolyte and a half cell of a catholyte can be flowed through.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination given, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. Show it:

1 eine erste Ausführung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle im Querschnitt; 1 a first embodiment of an electrochemical cell according to the invention in cross section;

2a), 2b) eine perspektivische Ansicht zweier Platten, in denen jeweils eine Halbzelle ausgebildet wird, die anschließend miteinander verschraubt werden, um eine Versuchszelle zu erhalten; 2a) . 2 B) a perspective view of two plates, in each of which a half-cell is formed, which are then screwed together to obtain a test cell;

2c) bis 2f) Ansichten der zugehörigen Schutzplatten und Stromsammlerplatten; 2c) to 2f) Views of the associated protective plates and current collector plates;

3 einen Querschnitt durch einen ersten aus zwei Zellen bestehenden Verbund, wobei die Zellen über eine Bipolarplatte miteinander verschaltet sind; 3 a cross section through a first composite consisting of two cells, wherein the cells are interconnected via a bipolar plate;

4 einen zweiten aus zwei Zellen bestehenden Verbund, wobei die Zellen extern seriell miteinander verschaltet sind; 4 a second composite consisting of two cells, the cells being externally connected in series with each other;

5 einen dritten Verbund, bei dem benachbarte Zellen über Verteilerplatten miteinander verschaltet sind; 5 a third composite in which adjacent cells are interconnected via distributor plates;

6 einen weiteren Verbund, bei dem benachbarte Zellen über Bipolarplatten miteinander verschaltet sind, wobei zusätzlich die Verteilerkanäle zur Anolytzu- und -abfuhr und zur Katholytzu- und -abfuhr dargestellt sind; und 6 a further composite in which adjacent cells are interconnected via bipolar plates, wherein in addition the distribution channels for Anolytzu- and -abfuhr and for Katholytzu- and -abfuhr are shown; and

7 eine schematische Darstellung einer Zelle, die in einzelne Sektionen aufgeteilt ist, die jeweils separat mit Elektrolyt versorgt werden. 7 a schematic representation of a cell which is divided into individual sections, which are each supplied separately with electrolyte.

Eine elektrochemische Zelle, die für eine Redox-Flow-Batterie geeignet ist, ist in 1 im Querschnitt dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.An electrochemical cell that is suitable for a redox flow battery is in 1 shown in cross-section and generally designated by the numeral 10.

Redox-Flow-Batterien basieren auf dem Prinzip, dass zwei Elektrolyte durch die Halbzellen einer elektrochemischen Zelle strömen und dabei auf der Oberfläche der Elektroden ihre Oxidationsstufe ändern. Die bei den Halbzellreaktionen abgegebenen bzw. aufgenommenen Elektronen verrichten über einen externen Stromkreis Arbeit. Geschlossen wird der Stromkreis durch die ionenleitfähige Membran, welche für den Ladungsausgleich zwischen den beiden Halbzellen sorgt. Die Elektrolytlösung für jede der beiden Halbzellen wird in Tanks gelagert und bei Bedarf einer zentralen Reaktionseinheit im Lade- oder Entladeprozess mittels Pumpen zugeführt. Die Tankgröße bestimmt den Energieinhalt der Batterie, die Lade-/Entladeeinheit die Leistung der Batterie. Beim Lade- und Entladeprozess wird die Wertigkeit der Ionen des jeweiligen Salzes geändert. Bevorzugt werden in letzter Zeit Vanadium-Redox-Flow-Batterien entwickelt. Das in einer solchen Vanadium-Redox-Flow-Batterie genutzte Redox-Paar ist V/V, das heißt für die Elektrolytlösung wird dasselbe Element sowohl in der kathodischen Halbzelle als auch in der anodischen Halbzelle verwendet. Die Elektrolytlösungen bestehen im Wesentlichen aus verdünnter Schwefelsäure mit gelösten Vanadiumsalzen in verschiedenen Oxidationsstufen.Redox flow batteries are based on the principle that two electrolytes flow through the half cells of an electrochemical cell, changing their oxidation state on the surface of the electrodes. The emitted or absorbed in the half-cell reactions electrons perform work via an external circuit. The circuit is closed by the ion-conductive membrane, which ensures the charge balance between the two half-cells. The electrolyte solution for each of the two half-cells is stored in tanks and, if necessary, supplied to a central reaction unit in the charging or discharging process by means of pumps. The tank size determines the energy content of the battery, the charge / discharge unit determines the performance of the battery. During the charging and discharging process, the valence of the ions of the respective salt is changed. Vanadium redox flow batteries are currently being developed. The redox couple used in such a vanadium redox flow battery is V / V, that is, for the electrolytic solution, the same element is used in both the cathodic half-cell and the anodic half-cell. The electrolyte solutions consist essentially of dilute sulfuric acid with dissolved vanadium salts in different oxidation states.

Die in 1 gezeigte elektrochemische Zelle ist vorzugsweise für eine Vanadium-Redox-Flow-Batterie vorgesehen.In the 1 shown electrochemical cell is preferably provided for a vanadium redox flow battery.

Die Zelle 10 besteht aus einer ersten Halbzelle 16 und einer zweiten Halbzelle 18, die durch eine ionenleitfähige Membran 11 voneinander getrennt sind. Auf jeder Seite der Membran 11 ist eine Elektrode 20 bzw. 22 vorgesehen, die aus porösem Graphit und vorzugsweise aus ein bis fünf Lagen von etwa 0,4 mm dickem Graphitpapier besteht. In 1 sind die einzelnen Lagen durch die Ziffer 21 angedeutet. Aus der mittigen Membran 11 und den beidseitigen Elektroden 20, 22 auf beiden Seiten der Membran 11 wird mit einem geeigneten Kunststoff, vorzugsweise Polypropylen oder Polyethylen, eine Membran-Graphitpapier-Einheit (MEA) laminiert, was durch Ziffer 32 angedeutet ist. Die randseitige Wand 14 des MEA 32 wird zusätzlich mit Dichtungen 38 versehen, um einen dichten Kontakt zu den benachbarten Elementen 34, 36 herzustellen, bei denen es sich im vorliegenden Fall um Verteilerplatten 34, 36 handelt. Diese Verteilerplatten 34, 36 werden unmittelbar auf die beiden äußeren Oberflächen der MEA 32 aufgesetzt und mit der MEA 32 verschraubt oder verklebt. Alternativ können diese auch vergossen, verschmolzen, umspritzt oder ummantelt sein.The cell 10 consists of a first half cell 16 and a second half cell 18 passing through an ion-conductive membrane 11 are separated from each other. On each side of the membrane 11 is an electrode 20 respectively. 22 provided, which consists of porous graphite and preferably from one to five layers of about 0.4 mm thick graphite paper. In 1 are the individual layers by the numeral 21 indicated. From the central membrane 11 and the two-sided electrodes 20 . 22 on both sides of the membrane 11 is laminated with a suitable plastic, preferably polypropylene or polyethylene, a membrane-graphite paper unit (MEA), as indicated by numeral 32 is indicated. The edge wall 14 of the MEA 32 comes with seals 38 provided to make a close contact with the adjacent elements 34 . 36 which are distributor plates in the present case 34 . 36 is. These distributor plates 34 . 36 are directly on the two outer surfaces of the MEA 32 put on and with the MEA 32 screwed or glued. Alternatively, they may also be potted, fused, overmoulded or encased.

Unmittelbar angrenzend an jede Elektrode 20, 22 ist auf Seiten einer zugeordneten Verteilerplatte 34 zunächst eine Schutzplatte 24 bzw. 26 aus Graphit vorgesehen, die nahezu die gesamte Elektrodenfläche abdeckt. Die Schutzplatten 24, 26 dienen zum Schutz einer damit in Kontakt befindlichen Kupferplatte 28 bzw. 30, die als Stromsammlerplatte dient, gegenüber dem Elektrolyten, bei dem es sich um eine Schwefelsäurelösung handelt.Immediately adjacent to each electrode 20 . 22 is on the side of an associated distributor plate 34 first a protective plate 24 respectively. 26 made of graphite, which covers almost the entire electrode surface. The protective plates 24 . 26 serve to protect a copper plate in contact therewith 28 respectively. 30 which serves as a current collector plate against the electrolyte, which is a sulfuric acid solution.

Auf der gegenüberliegenden Seite einer jeden Verteilerplatte 34, 36 ist wiederum eine entsprechende Schutzplatte aus Graphit und eine damit in Kontakt befindliche Kupferplatte vorgesehen. Die beiden Stromsammlerplatten 28, 30 einer jeden Verteilerplatte 34, 36 sind intern durch eine elektrische Verbindung 42 miteinander verbunden. Somit können die Verteilerplatten 34, 36 zur seriellen Verschaltung benachbarter Halbzellen miteinander genutzt werden.On the opposite side of each distributor plate 34 . 36 In turn, a corresponding protective plate made of graphite and thus located in contact with copper plate is provided. The two current collector plates 28 . 30 each distributor plate 34 . 36 are internal through an electrical connection 42 connected with each other. Thus, the distribution plates 34 . 36 be used for serial interconnection of adjacent half-cells with each other.

In jeder Verteilerplatte 34, 36 sind zusätzlich Fluidkanäle 40 vorgesehen, die zur Zu- bzw. Abführung von Elektrolyten und zur direkten Einleitung in die angrenzende Elektrodenschicht bzw. zur direkten Abfuhr aus der angrenzenden Elektrodenschicht dienen.In each distributor plate 34 . 36 are additional fluid channels 40 provided, which serve for the supply and removal of electrolytes and for direct introduction into the adjacent electrode layer or for direct removal from the adjacent electrode layer.

Anhand der 2a) bis 2f) wird nachfolgend eine Versuchszelle 10, die aus zwei Halbzellen 16, 18 hergestellt wurde, näher beschrieben.Based on 2a) to 2f) subsequently becomes a test cell 10 made up of two half-cells 16 . 18 was prepared, described in more detail.

In 2 sind zwei Halbzellen 16, 18 dargestellt, die aus Polypropylen hergestellt sind. Jede Halbzelle 16, 18 weist ein aus Polypropylen bestehendes Gehäuse 14 auf, in dem mittig eine Vertiefung 44 vorgesehen ist, in die auf den beiden Enden der Halbzelle 16, 18 jeweils eine Folge von Löchern 46 ausmünden, die über einen internen Verteilerkanal innerhalb des Gehäuses 14 mit einem externen Schlauchanschluss 40 verbunden sind.In 2 are two half cells 16 . 18 shown, which are made of polypropylene. Every half cell 16 . 18 has a housing made of polypropylene 14 in, in the middle of a depression 44 is provided in the on the two ends of the half cell 16 . 18 each a sequence of holes 46 out through an internal distribution channel inside the housing 14 with an external hose connection 40 are connected.

In der Mitte des Gehäuses 14 ist eine Vertiefung 48 zur Aufnahme einer zugeordneten Schutzplatte 24a, 26a gemäß 2c), 2d) und darüber einer Stromsammlerplatte 28a, 30a gemäß 2e), 2f) vorgesehen. Ferner ist eine mittige Bohrung 50 vorgesehen, über die die betreffende Stromsammlerplatte aus Kupfer elektrisch angeschlossen werden kann. Nachdem die jeweiligen Schutzplatten und die Stromsammlerplatten in die zugeordneten Vertiefungen 44, 48 eingelegt sind, werden dann mehrere Lagen von Graphitpapier eingelegt und die zweite Halbzelle 18 auf die erste Halbzelle 16 aufgesetzt und beide Halbzellen 16, 18 dann durch Schrauben, die durch die zugeordneten Schraublöcher 47 eingeführt werden, miteinander fest verschraubt.In the middle of the case 14 is a depression 48 for receiving an associated protective plate 24a . 26a according to 2c) . 2d) and above a current collector plate 28a . 30a according to 2e) . 2f) intended. There is also a central hole 50 provided over which the relevant current collector plate made of copper can be electrically connected. After the respective protective plates and the current collector plates in the associated recesses 44 . 48 are inserted, then several layers of graphite paper are inserted and the second half-cell 18 on the first half cell 16 put on and both half cells 16 . 18 then by screws passing through the associated screw holes 47 be inserted, bolted together.

In 3 ist eine erste Ausführungsform eines Verbundes, der durch Reihenschaltung mehrerer Zellen hergestellt ist, im Querschnitt dargestellt und insgesamt mit Ziffer 60 bezeichnet. Bei diesem Verbund 60 handelt es sich lediglich um die Serienschaltung von zwei Zellen 64, 66. Es versteht sich, dass üblicherweise eine größere Anzahl von Zellen seriell miteinander verschaltet ist.In 3 is a first embodiment of a composite, which is made by series connection of several cells, shown in cross section and in total with numeral 60 designated. In this composite 60 it is only the series connection of two cells 64 . 66 , It is understood that usually a larger number of cells is connected in series with each other.

Im vorliegenden Fall ist eine mittige Bipolarplatte 62 vorgesehen, mittels derer benachbarte Halbzellen 16, 18 unmittelbar seriell miteinander verschaltet sind. Beidseits der Bipolarplatte 62 ist jeweils eine Elektrode 20 angeordnet, gefolgt von einer Membran 11. Daran schließt sich jeweils eine weitere Elektrode 22 an. Damit in Kontakt steht jeweils eine Stromsammlerplatte 28, 30 aus Kupfer, die durch die Zellwand 12 nach außen herausgeführt ist.In the present case is a central bipolar plate 62 provided by means of which adjacent half-cells 16 . 18 are connected directly in series with each other. On both sides of the bipolar plate 62 is each an electrode 20 arranged, followed by a membrane 11 , This is followed in each case by another electrode 22 at. In each case a current collector plate is in contact 28 . 30 made of copper, passing through the cell wall 12 led out to the outside.

Der Stromfluss läuft also über die eine Kontaktplatte 28 durch die Membran 11, die Bipolarplatte 62, die weitere Membran 11 und die andere Kontaktplatte 30. Dagegen wird der Elektrolyt gemäß der Pfeile 68 bzw. 69 randseitig in die Halbzellen 16, 18 eingeführt und verläuft im Wesentlichen entlang der Erstreckungsrichtung durch die porösen Elektroden 20, 22.The current flow thus passes over the one contact plate 28 through the membrane 11 , the bipolar plate 62 , the more membrane 11 and the other contact plate 30 , In contrast, the electrolyte according to the arrows 68 respectively. 69 at the edge of the half cells 16 . 18 introduced and extends substantially along the extension direction through the porous electrodes 20 . 22 ,

In 4 ist eine andere Verschaltung eines Verbundes bestehend aus zwei Zellen 64a, 66a dargestellt und insgesamt mit der Ziffer 60a bezeichnet. Die Zellen 64a, 66a sind hierbei als vollständig abgeschlossene, von der Zellwand 14 umgebene Zellen ausgebildet. Es ist keine Bipolarplatte vorgesehen, statt dessen sind die Stromsammlerplatten 28, 30 zweier benachbarter Halbzellen durch die Zellwand 14 nach außen herausgeführt und außerhalb mittels einer Verbindung 70, etwa unter Verwendung eines Niets 72, elektrisch miteinander verbunden.In 4 is another interconnection of a network consisting of two cells 64a . 66a represented and in total with the numeral 60a designated. The cells 64a . 66a are here as completely closed, from the cell wall 14 formed surrounded cells. There is no bipolar plate provided, instead the current collector plates 28 . 30 two adjacent half cells through the cell wall 14 led out to the outside and outside by means of a connection 70 , about using a rivet 72 , electrically connected.

In 5 ist nochmals eine Serienverschaltung eines Verbundes 60b unter Verwendung von Verteilerplatten 34, 36, 74 dargestellt. Die Verteilerplatten 34, 36, 74 entsprechen den zuvor anhand von 1 beschriebenen Verteilerplatten. Jede Verteilerplatte 34, 36, 74 weist Fluidanschlüsse 76, 78, 80, 82 (vgl. die separat dargestellte Verteilerplatte 74') auf, die zur Zuführung von Elektrolyt unmittelbar in den Bereich einer angrenzenden Elektrode bzw. zur Abführung von Elektrolyt aus der Elektrode ausgebildet sind, wie bei den Pfeilen 80, 82 angedeutet ist. Die elektrische Verschaltung der benachbarten Zellen erfolgt über die Verteilerplatten 34, 36, 74 jeweils durch eine elektrische Verbindung zwischen den einander gegenüberliegenden Stromsammlerplatten 28, 30 an den Außenseiten einer jeweiligen Verteilerplatte 34, 36, 74. Auf diese Weise stellt die jeweils außenliegende Verteilerplatte des Verbundes 60b den Pluspol bzw. den Minuspol bereit (vgl. 83, 84).In 5 is again a series connection of a network 60b using distribution plates 34 . 36 . 74 shown. The distributor plates 34 . 36 . 74 correspond to the previously based on 1 described distributor plates. Each distributor plate 34 . 36 . 74 has fluid connections 76 . 78 . 80 . 82 (See the distributor plate shown separately 74 ' ), which are formed for the supply of electrolyte directly into the region of an adjacent electrode or for the discharge of electrolyte from the electrode, as in the arrows 80 . 82 is indicated. The electrical interconnection of the adjacent cells via the distribution plates 34 . 36 . 74 each by an electrical connection between the opposing current collector plates 28 . 30 on the outsides of a respective distributor plate 34 . 36 . 74 , In this way, the respective outer distributor plate of the composite 60b the positive pole or the negative pole ready (cf. 83 . 84 ).

6 zeigt einen Verbund 60c bestehend aus mehreren seriell miteinander verschalteten Zellen unter Verwendung von dazwischen angeordneten Bipolarplatten 62 zur seriellen Verschaltung. 6 shows a composite 60c consisting of several serially interconnected cells using interposed bipolar plates 62 for serial connection.

Zusätzlich sind in 6 geeignete Verteiler 85, 86 für die Zuführung von Katholyt bzw. Anolyt seitlich in die jeweiligen Elektroden 22 bzw. 20 dargestellt, sowie auf der gegenüberliegenden Seite entsprechende Verteilerleitungen 87, 88 zur Abführung des Katholyten bzw. Anolyten aus den Elektroden 22, 20.Additionally are in 6 suitable distributor 85 . 86 for the supply of catholyte or anolyte laterally into the respective electrodes 22 respectively. 20 shown, as well as on the opposite side corresponding distribution lines 87 . 88 for the removal of the catholyte or anolyte from the electrodes 22 . 20 ,

Um eine Redox-Flow-Batterie zu vervollständigen, wären zusätzlich noch die entsprechenden Behälter zur Aufnahme des Katholyten und des Anolyten und geeignete Pumpeinrichtungen zu ergänzen, sowie ein externer Stromkreis, über den die Verbindung zwischen dem Pluspol 83 und den Minuspol 84 geschlossen wird.To complete a redox flow battery, in addition, the corresponding container for receiving the catholyte and the anolyte and appropriate pumping devices should be added, as well as an external circuit through which the connection between the positive pole 83 and the negative pole 84 is closed.

In 7 ist zusätzlich schematisch dargestellt, wie eine Zelle 10a zwischen ihren beiden Enden 12, 13 in eine Reihe von Sektionen 90 quer unterteilt werden kann. Wird die für den jeweiligen Elektrolyt zu überwindende Strecke durch die betreffende Elektrode zu groß, so kann auf diese Weise einem zu großen Druckabfall entgegengewirkt werden und jede Sektion 90 mit einer eigenen Zufuhr bzw. Abfuhr für den betreffenden Elektrolyten ausgestattet sein.In 7 is additionally shown schematically as a cell 10a between their two ends 12 . 13 into a series of sections 90 can be divided transversely. If the distance to be overcome for the particular electrolyte is too great due to the electrode in question, an excessively large pressure drop can be counteracted in this way and each section can be counteracted 90 be equipped with its own supply or discharge for the electrolyte in question.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 2626936 A1 [0029] EP 2626936 A1 [0029]

Claims (20)

Elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Redox-Flow-Batterie, mit einer Zellwand aus Kunststoff (14), die einen Hohlraum umschließt, der durch eine ionenleitfähige Membran (11) in zwei Halbzellen (16, 18) getrennt ist, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende (12, 13) aufweisen, an denen Fluidanschlüsse (40, 76, 78, 80, 82, 85, 86) zur Durchströmung mit einem Elektrolyten vorgesehen sind, wobei die beiden Halbzellen (16, 18) jeweils flächige Elektroden (20, 22) aufweisen, die sich zwischen dem ersten und dem zweiten Ende (12, 13) parallel zur Membran (11) erstrecken, wobei die Elektroden (20, 22) aus porösem Graphit, insbesondere aus einer oder mehreren Lagen (21) von Graphitpapier, bestehen, und wobei die Fluidanschlüsse (40, 76, 78, 80, 82, 85, 86) am ersten und zweiten Ende (12, 13) jeder Halbzelle (16, 18) zur unmittelbaren Durchströmung mit Elektrolyten entlang der Erstreckungsrichtung der jeweiligen Elektrode (20, 22) ausgebildet sind.Electrochemical cell, in particular for a redox flow battery, having a plastic cell wall ( 14 ) enclosing a cavity defined by an ion-conductive membrane ( 11 ) in two half cells ( 16 . 18 ), each having a first and a second end ( 12 . 13 ), at which fluid connections ( 40 . 76 . 78 . 80 . 82 . 85 . 86 ) are provided to flow through with an electrolyte, wherein the two half-cells ( 16 . 18 ) each flat electrodes ( 20 . 22 ) located between the first and second ends ( 12 . 13 ) parallel to the membrane ( 11 ), the electrodes ( 20 . 22 ) of porous graphite, in particular of one or more layers ( 21 ) of graphite paper, and wherein the fluid connections ( 40 . 76 . 78 . 80 . 82 . 85 . 86 ) at the first and second ends ( 12 . 13 ) of each half cell ( 16 . 18 ) for direct flow with electrolytes along the extension direction of the respective electrode ( 20 . 22 ) are formed. Zelle nach Anspruch 1, bei der die Elektroden (20, 22) jeweils mit Stromsammelern (28, 30), insbesondere in Form von Stromsammlerplatten (28, 30), in Kontakt stehen.Cell according to Claim 1, in which the electrodes ( 20 . 22 ) each with current collectors ( 28 . 30 ), in particular in the form of current collector plates ( 28 . 30 ), stay in contact. Zelle nach Anspruch 2, bei der die Stromsammler (28, 30) aus einem gegenüber dem Elektrolyten unbeständigen Metall, insbesondere aus Kupfer, bestehen und jeweils durch eine säurebeständige Schutzschicht (24, 26) gegenüber dem Elektrolyten geschützt sind.Cell according to Claim 2, in which the current collectors ( 28 . 30 ) consist of a metal which is not resistant to the electrolyte, in particular of copper, and in each case by an acid-resistant protective layer ( 24 . 26 ) are protected from the electrolyte. Zelle nach Anspruch 3, bei der die Schutzschicht (24, 26) aus Graphit oder einem leitfähigen Kunststoff besteht und vorzugsweise plattenförmig ausgebildet ist.Cell according to Claim 3, in which the protective layer ( 24 . 26 ) consists of graphite or a conductive plastic and is preferably plate-shaped. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die einzelnen Lagen der Zelle bestehend zumindest aus der Membran (11), der ersten und zweiten Elektrode (20, 22), und ggf. Stromsammlern (28, 30) und plattenförmigen Schutzschichten (24, 26), zumindest randseitig dicht mit dem Kunststoff der Zellwand (14) verbunden sind. Cell according to one of the preceding claims, in which the individual layers of the cell consisting at least of the membrane ( 11 ), the first and second electrodes ( 20 . 22 ), and possibly current collectors ( 28 . 30 ) and plate-shaped protective layers ( 24 . 26 ), at least peripherally sealed with the plastic of the cell wall ( 14 ) are connected. Zelle nach Anspruch 5, bei der die einzelnen Lagen der Zelle (10, 10a) dicht miteinander verpresst sind.A cell according to claim 5, wherein the individual layers of the cell ( 10 . 10a ) are pressed tightly together. Zelle nach Anspruch 5 oder 6, bei der die einzelnen Lagen der Zelle (10, 10a) zumindest randseitig miteinander durch ein Kunststofflaminat verbunden sind oder durch einen Kunststoffspritzguss miteinander verbunden sind.A cell according to claim 5 or 6, wherein the individual layers of the cell ( 10 . 10a ) are at least peripherally connected to each other by a plastic laminate or are joined together by a plastic injection molding. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest eine Elektrode (20, 22) mit einer Bipolarplatte (62) in Kontakt steht, die zur seriellen Verschaltung der betreffenden Halbzelle (16, 18) mit einer Halbzelle (16, 18) einer benachbarten Zelle (10, 10a) ausgebildet ist.Cell according to one of the preceding claims, in which at least one electrode ( 20 . 22 ) with a bipolar plate ( 62 ) connected to the serial interconnection of the relevant half cell ( 16 . 18 ) with a half-cell ( 16 . 18 ) of an adjacent cell ( 10 . 10a ) is trained. Zelle nach Anspruch 8, bei der die Bipolarplatte (62) aus Graphit besteht, oder aus Kupfer besteht, das jeweils elektrodenseitig mit einer säurebeständigen Schutzschicht versehen ist.Cell according to Claim 8, in which the bipolar plate ( 62 ) consists of graphite, or consists of copper, which is each provided on the electrode side with an acid-resistant protective layer. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fluidanschlüsse (40, 76, 78, 80, 82, 85, 86) an den ersten und zweiten Enden (12, 13) zur Verteilung von Elektrolyt über eine Mehrzahl von Löchern (46), vorzugsweise in Form einer Lochreihe (46) oder eines Lochgitters, in die Halbzellen (16, 18) münden.Cell according to one of the preceding claims, in which the fluid connections ( 40 . 76 . 78 . 80 . 82 . 85 . 86 ) at the first and second ends ( 12 . 13 ) for distributing electrolyte through a plurality of holes ( 46 ), preferably in the form of a row of holes ( 46 ) or a perforated grid, into the half-cells ( 16 . 18 ). Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Fluidanschlüsse (40, 76, 78, 80, 82, 85, 86) an den Stromsammlern (28, 30), an den randseitigen Zellwänden (12) oder an Bipolarplatten (62) ausgebildet sind.Cell according to one of the preceding claims, in which the fluid connections ( 40 . 76 . 78 . 80 . 82 . 85 . 86 ) at the current collectors ( 28 . 30 ), on the peripheral cell walls ( 12 ) or to bipolar plates ( 62 ) are formed. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Elektroden (20, 22) gegenüber den Elektrolyten elektrochemisch aktiviert sind, vorzugsweise hydrophylisiert sind.Cell according to one of the preceding claims, in which the electrodes ( 20 . 22 ) are electrochemically activated to the electrolytes, preferably are hydrophilicized. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der jede Halbzelle (16, 18) zwischen dem ersten und dem zweite Ende (12, 13) in eine Mehrzahl von Sektionen (90) unterteilt ist und jede Sektion (90) Fluidanschlüsse zur Zu- und Abführung von Elektrolyt aufweist.A cell according to any one of the preceding claims, wherein each half cell ( 16 . 18 ) between the first and second ends ( 12 . 13 ) into a plurality of sections ( 90 ) and each section ( 90 ) Has fluid connections for the supply and removal of electrolyte. Verbund aus einer Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Zellen (10, 10a) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verschaltung entweder über Bipolarplatten (62) zwischen benachbarten Halbzellen oder durch externe Verschaltungen (70) außerhalb der Zellen im Falle der Verwendung von Stromsammlern (28, 30) erfolgt.Composite of a plurality of cells connected in series ( 10 . 10a ) according to one of the preceding claims, wherein the interconnection either via bipolar plates ( 62 ) between adjacent half cells or by external interconnections ( 70 ) outside the cells in the case of the use of current collectors ( 28 . 30 ) he follows. Verbund aus einer Mehrzahl von seriell miteinander verschalteten Zellen (10, 10a) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem zwischen benachbarten Halbzellen (16, 18) Verteilerplatten (34, 36) angeordnet sind, an denen Fluidanschlüsse (40) zur Elektrolytversorgung vorgesehen sind, wobei an den Verteilerplatten (34, 36) jeweils den beiden Halbzellen (16, 18) zugeordnete Stromsammlern (28, 30) vorgesehen sind, die innerhalb der Verteilerplatten (34, 36) elektrisch miteinander verbunden sind.Composite of a plurality of cells connected in series ( 10 . 10a ) according to one of claims 1 to 13, in which between adjacent half-cells ( 16 . 18 ) Distribution plates ( 34 . 36 ) are arranged, at which fluid connections ( 40 ) are provided for electrolyte supply, wherein at the distributor plates ( 34 . 36 ) each of the two half-cells ( 16 . 18 ) associated current collectors ( 28 . 30 ) provided within the distributor plates ( 34 . 36 ) are electrically connected together. Verfahren zum Herstellen einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine ionenleitfähige Membran (11) und zwei flächige, poröse Elektroden (20, 22) aus Graphit, insbesondere aus mindestens einer Lage von Graphitpapier, bereitgestellt werden, jeweils eine der Elektroden (20, 22) auf einer Seite der Membran (11) angeordnet wird und die Membran (11) mit den Elektroden (20, 22) zumindest randseitig zu einer Membran-Elektrodeneinheit (32) laminiert wird.Method for producing a cell according to one of Claims 1 to 13, in which an ion-conducting membrane ( 11 ) and two flat, porous electrodes ( 20 . 22 ) are made of graphite, in particular of at least one layer of graphite paper, each one of the electrodes ( 20 . 22 ) on one side of the membrane ( 11 ) and the membrane ( 11 ) with the electrodes ( 20 . 22 ) at least peripherally to a membrane electrode unit ( 32 ) is laminated. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem auf die Membran-Elektrodeneinheit (32) randseitig Dichtungen (38) appliziert werden, auf die weitere Lagen, insbesondere Stromsammler (28, 30), Schutzplatten (24, 26) oder Bipolarplatten (62), appliziert werden.The method of claim 16, wherein the membrane electrode assembly ( 32 ) edge seals ( 38 ) are applied to the other layers, in particular current collector ( 28 . 30 ), Protective plates ( 24 . 26 ) or bipolar plates ( 62 ). Verfahren zum Herstellen einer Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei dem eine ionenleitfähige Membran (11) und flächige, poröse Elektroden (20, 22) aus Graphit, insbesondere aus mindestens einer Lage (21) von Graphitpapier, und ggf. Stromsammlern (28, 30) und plattenförmige Schutzschichten (24, 26) in ein Spritzgießwerkzeug eingelegt werden, und mit Kunststoff verspritzt werden, derart, dass die Lagen zumindest randseitig miteinander verbunden und abgedichtet sind und außen von einer Kunststoffwand (14) umschlossen werden.Method for producing a cell according to one of Claims 1 to 13, in which an ion-conducting membrane ( 11 ) and flat, porous electrodes ( 20 . 22 ) of graphite, in particular of at least one layer ( 21 ) of graphite paper, and possibly current collectors ( 28 . 30 ) and plate-like protective layers ( 24 . 26 ) are inserted into an injection mold, and are sprayed with plastic, such that the layers are at least peripherally connected to each other and sealed and the outside of a plastic wall ( 14 ) are enclosed. Verfahren nach Anspruch 18, bei dem die einzelnen Lagen (10, 10a) der Zelle fest miteinander verpresst werden.Method according to Claim 18, in which the individual layers ( 10 . 10a ) of the cell are firmly pressed together. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, bei dem die Zelle (10, 10a) anschließend mit Fluidleitungen (40, 76, 78, 80, 82, 85, 86) versehen wird, derart, dass jeweils eine Halbzelle (16, 18) von einem Anolyten und eine Halbzelle (16, 18) von einem Katholyten durchströmbar ist.Method according to one of Claims 16 to 19, in which the cell ( 10 . 10a ) subsequently with fluid lines ( 40 . 76 . 78 . 80 . 82 . 85 . 86 ), such that in each case one half-cell ( 16 . 18 ) of an anolyte and a half cell ( 16 . 18 ) can be flowed through by a catholyte.
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