DE102024123765B3

DE102024123765B3 - Flussrahmen-Einheit für eine elektrochemische Zelle einer Redox-Flow-Batterie sowie Zellstapel

Info

Publication number: DE102024123765B3
Application number: DE102024123765.1A
Authority: DE
Inventors: Georg Lieser; Benedikt Berger; Christian Teufel; Marcel Beirow
Original assignee: J Schmalz GmbH
Current assignee: J Schmalz GmbH
Priority date: 2024-08-20
Filing date: 2024-08-20
Publication date: 2025-08-21
Anticipated expiration: 2044-08-21
Also published as: WO2026041340A1; EP4721160A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Flussrahmen-Einheit (12) für eine Redox-Flow-Batterie sowie einen Zellstapel (10) umfassend wenigstens zwei Flussrahmen-Einheiten (12).

Description

Die Erfindung betrifft eine Flussrahmen-Einheit für eine elektrochemische Zelle einer Redox-Flow-Batterie sowie einen Zellstapel umfassend mehrere solcher Flussrahmen-Einheiten.
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. Die 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.
Ein Redox-Flow-Batteriestack umfasst üblicherweise eine Vielzahl von baugleichen Zellen, welche fluidisch parallel und elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Zellen sind insbesondere zu einem Zellstapel (auch als Zellstack bezeichnet) zusammengefügt und über ein Verspannsystem verpresst.
Bei den bekannten Systemen ist jede Einzelzelle üblicherweise aus zwei Halbzellen (Anolyt-Halbzelle und Katholyt-Halbzelle) aufgebaut, die jeweils einen Flussrahmen (oder auch Zellrahmen genannt) aufweisen. Die Flussrahmen weisen ihrerseits eine Rahmenöffnung auf, welche den eigentlichen Zellraum bzw. Wirkraum der Halbzelle, also den aktiven Bereich, in dem die elektrochemischen Prozesse ablaufen, definiert. Zwischen den beiden Flussrahmen einer Zelle ist üblicherweise eine ionenleitende Membran/Separator angeordnet, welche die Zellräume der Halbzellen voneinander fluidisch trennt.
Darüber hinaus umfassen die bekannten Flussrahmen in der Regel ein integriertes Zuführkanalsystem zur Zuführung von Elektrolyt in den Zellraum und ein Rückführkanalsystem zur Rückführung von Elektrolyt aus dem Zellraum. Diese Kanalsysteme weisen ihrerseits üblicherweise einen Primärkanal (bspw. in Form eines Durchgangslochs in dem Flussrahmen) auf, von dem ein oftmals mäanderförmiger Sekundärkanal abgeht, welcher schließlich über fächerförmig oder kammförmig ausgestaltete Verteilerstrukturen in den Zellraum einmündet. Ein derartiger Flussrahmen ist beispielsweise aus US 2018/0062188 A1 bekannt.
Zur elektrischen Verbindung der Einzelzellen untereinander ist zwischen zwei Einzelzellen üblicherweise eine sogenannte Bipolarplatte, bspw. aus einem Graphit-Kunststoff-Komposit-Material, angeordnet.
Es sind auch Systeme bekannt, bei denen die Bipolarplatte in den Flussrahmen integriert ist und die Rahmenöffnung somit in zwei Teilzellräume (einen Anolytraum und einen Katholytraum) unterteilt. In einem Zellstapel sind diese Teilzellräume dann unterschiedlichen Zellen zugeordnet.
Aus der DE 20 2017 106 988 U1 ist beispielsweise ein Zellenstapel einer Redox-Flow-Batterie bekannt, wobei der Zellenstapel eine Vielzahl von Zellrahmen aufweist, wobei die Zellrahmen jeweils eine Bipolarplatte und einen Rahmenkörper aufweisen, wobei in einer jeweiligen Rahmenöffnung des Rahmenkörpers eine Elektrode angeordnet ist.
Aus der CN 1 03 647 099 B ist zudem eine Flussbatterie bekannt, die eine Elektrode, eine Ionenaustauschmembran und eine Flüssigkeitsdurchflussrahmenanordnung umfasst, wobei die Elektrode und die Flüssigkeitsdurchflussrahmenanordnung in Kontakt mit der Ionenaustauschmembran angeordnet sind, wobei die Durchflussrahmenanordnung einen ersten Körper und einen zweiten Körper umfasst, wobei ein Durchflusskanal zwischen dem ersten Körper und dem zweiten Körper ausgebildet ist. Bei den bekannten Systemen kommt es jedoch zu hohen Druckabfällen über den Primär- und insbesondere über den Sekundärkanal, was insbesondere bei großen Wirkräumen und damit einhergehenden hohen Elektrolyt-Volumenströmen die Effizienz eines Redox-Flow-Batterie-Stacks und der gesamten Redox-Flow-Batterieanlage begrenzen kann. Darüber hinaus können unerwünschte Shunt-Ströme auftreten.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit der Aufgabe, Redox-Flow-Batteriestacks mit großen effektiven Wirkräumen einfach herstellbar und effizient betreibbar auszugestalten.
Diese Aufgabe wird durch einen Zellstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Flussrahmen-Einheit mit den Merkmalen des Anspruchs 4, sowie einen Zellstapel mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Zellstapel, insbesondere einer Redox-Flow-Batterie, vorgeschlagen. Der Zellstapel weist wenigstens zwei Flussrahmen-Einheiten auf, welche entlang einer Stapelrichtung aufeinandergestapelt sind. Jede Flussrahmen-Einheit umfasst einen Rahmenkörper (gelegentlich auch als Flussrahmen oder Zellrahmen bezeichnet). Der Rahmenkörper ist insbesondere in einer Richtung orthogonal zur Stapelrichtung flächig erstreckt. Der Rahmenkörper weist eine, insbesondere zentrale, Rahmenöffnung auf. Die Rahmenöffnung definiert insbesondere einen Zellraum (auch Wirkraum genannt) der Flussrahmen-Einheit, d.h. einen aktiven Bereich, in welchem elektrochemische Reaktionen ablaufen. Jede Flussrahmen-Einheit weist außerdem ein Trennelement, insbesondere Bipolarplatte oder Membran (oder Separator), vorzugsweise Bipolarplatte, auf, welche in der jeweiligen Rahmenöffnung angeordnet ist. Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte oder Membran / Separator, ist insbesondere orthogonal zur Stapelrichtung ausgerichtet. Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte oder Membran / Separator, ist derart in der Rahmenöffnung angeordnet, dass es die Rahmenöffnung in einen ersten Teilzellraum, insbesondere Katholytraum, und einen zweiten Teilzellraum, insbesondere Anolytraum, unterteilt. In jedem Teilzellraum kann eine Elektrode angeordnet sein. Der Zellstapel umfasst für jeden Teilzellraum ein, insbesondere eigenes, Zuführkanalsystem zur Zuführung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, weiter insbesondere Katholyt oder Anolyt, in den Teilzellraum und ein Rückführkanalsystem zur Rückführung von Fluid aus dem Teilzellraum. Die Kanalsysteme, d.h. jedes Zuführkanalsystem und jedes Rückführkanalsystem, weisen jeweils einen Primärkanal auf, welcher mit dem entsprechenden Teilzellraum über wenigstens einen (d.h. einer, zwei, drei oder mehr), insbesondere mäanderförmigen, weiter insbesondere orthogonal zur Stapelrichtung sich erstreckenden, Sekundärkanal fluidisch verbunden ist. Der Primärkanal erstreckt sich insbesondere parallel zur Stapelrichtung. Beispielsweise kann der Primärkanal durch eine Aussparung, insbesondere eine Durchgangsöffnung, weiter insbesondere Bohrung, in dem den jeweiligen Teilzellraum begrenzenden Rahmenkörper ausgebildet sein. Die Sekundärkanäle erstrecken sich insbesondere in einer Richtung orthogonal zur Stapelrichtung. Die Sekundärkanäle erstrecken sich jeweils in Stapelrichtung zumindest abschnittsweise entlang ihrer Längserstreckung über wenigstens zwei benachbarte Rahmenkörper, insbesondere derart, dass ein Durchmesser (Höhe) des Sekundärkanals in Stapelrichtung größer ist als eine Dicke eines Rahmenkörpers in Stapelrichtung, insbesondere mindestens 1,2-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,5-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,8-mal so groß. Insofern werden die Sekundärkanäle insbesondere durch wenigstens zwei benachbarte Rahmenkörper definiert.
Es hat sich herausgestellt, dass auf diese Weise mit geringem konstruktivem Aufwand ein Druckabfall im Zellstapel signifikant reduziert werden kann und gleichzeitig unerwünschte Shunt-Ströme reduziert werden können. Insbesondere können durch den vorgeschlagenen Aufbau große Strömungsquerschnitte der Sekundärkanäle realisiert werden, ohne eine Dicke der jeweiligen Rahmenkörper erhöhen zu müssen. Die vorgeschlagenen Zellstapel weisen daher eine vergleichsweise geringe Gesamtabmessung auf, was sich positiv auf eine Leistungsdichte auswirkt und zudem Material einspart.
Bei dem Trennelement kann es sich um eine Membran oder ein Separator handeln. Bei einer solchen Ausgestaltung mit Membran oder Separator in der Rahmenöffnung ist dann vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten eine Bipolarplatte angeordnet. Die Bipolarplatte überdeckt insbesondere die elektrochemischen Wirkbereiche, insbesondere die Rahmenöffnungen, benachbarter Flussrahmen-Einheiten. Insbesondere bilden dann der erste Teilzellraum und der zweite Teilzellraum einer Flussrahmen-Einheit eine Zelle des Zellstapels.
Vorzugsweise ist das Trennelement eine Bipolarplatte. Insofern kann jede Flussrahmen-Einheit eine Bipolarplatte aufweisen, welche in der jeweiligen Rahmenöffnung angeordnet ist und die Rahmenöffnung in einen ersten Teilzellraum, insbesondere Katholytraum, und einen zweiten Teilzellraum, insbesondere Anolytraum, unterteilt. In der Rahmenöffnung ist dann vorzugsweise zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten eine Membran oder ein Separator angeordnet. Die Membran oder Separator überdecken insbesondere die elektrochemischen Wirkbereiche, insbesondere die Rahmenöffnungen, benachbarter Flussrahmen-Einheiten. Vorzugsweise trennt die Membran oder Separator die Teilzellräume voneinander fluidisch. Insbesondere bildet dann ein Teilzellraum einer ersten Flussrahmen-Einheit und ein Teilzellraum einer benachbarten Flussrahmen-Einheit eine Zelle des Zellstapels.
Vorzugsweise ist jeder Sekundärkanal durch wenigstens zwei sich überlappende, insbesondere kanalförmige, Vertiefungen oder Aussparungen (bspw. in Form von Durchgangsöffnungen), gebildet, insbesondere wobei eine erste Vertiefung oder Aussparung in einem Rahmenkörper einer ersten Flussrahmen-Einheit und eine zweite Vertiefung oder Aussparung in einem Rahmenkörper einer zu der ersten Flussrahmen-Einheit benachbarten zweiten Flussrahmeneinheit ausgebildet sind. Insofern können in wenigstens zwei benachbarten Rahmenkörpern kanalförmige Vertiefungen oder Aussparungen derart ausgebildet sein und die Rahmenkörper derart aufeinandergestapelt sein, dass die Vertiefungen oder Aussparungen überlappen, um einen gemeinsamen, insbesondere umfänglich geschlossenen Fluidkanal (Sekundärkanal) zu bilden. Die Vertiefungen können beispielsweise als nuten- oder rillenförmige Ausnehmungen an einer Rahmenkörperoberfläche des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Es ist denkbar, dass sich ein Sekundärkanal durch genau zwei benachbarte Rahmenkörper erstreckt. Dann kann der Sekundäranal beispielsweise durch Überlappen einer ersten, in dem Rahmenkörper einer ersten Flussrahmen-Einheit ausgebildeten kanalförmigen Vertiefung mit einer zweiten, in dem Rahmenkörper einer zu der ersten Flussrahmen-Einheit benachbarten zweiten Flussrahmeneinheit ausgebildeten kanalförmigen Vertiefung gebildet sein. Es ist auch denkbar, dass sich ein Sekundärkanal über mehr als zwei Rahmenkörper erstreckt. Auf diese Weise ist es möglich, Sekundärkanäle mit Durchmessern (Höhen) zu realisieren, die eine doppelte Dicke eines Rahmenkörpers übersteigen. Beispielsweise kann sich ein Sekundärkanal über vier benachbarte, d.h. entlang der Stapelrichtung aufeinander gestapelte, Rahmenkörper erstrecken. Dann ist es beispielsweise denkbar, dass die beiden mittleren Rahmenkörper Aussparungen in Form von Durchgangsöffnungen aufweisen, sodass Fluid durch die mittleren Rahmenkörper hindurch entlang der Stapelachse durchgeleitet werden kann. Die beiden entlang der Stapelrichtung außenliegenden (oberen und unteren) Rahmenkörper können dann Vertiefungen aufweisen, welche mit den Durchgangsöffnungen überlappen, um einen, vorzugsweise umfänglich geschlossenen, Sekundärkanal zu bilden.
Die Sekundärkanäle können insbesondere zumindest abschnittsweise dadurch gebildet sein, dass in dem einen jeweiligen Teilzellraum begrenzenden Rahmenkörper ein Zuführkanal ausgebildet ist, welcher mit dem Teilzellraum fluidisch verbunden ist, insbesondere in diesen einmündet, und dass in einem benachbarten Rahmenkörper ein Blindkanal ausgebildet ist, welcher als Querschnittserweiterung für den Zuführkanal dient, selbst aber nicht in den Teilzellraum einmündet.
Gemäß einem zweiten Aspekt wird eine Flussrahmen-Einheit vorgeschlagen. Die Flussrahmen-Einheit ist für eine Verwendung in einer elektrochemischen Zelle ausgebildet, insbesondere für eine Verwendung in einer Zelle einer Redox-Flow-Batterie. Insbesondere ist die Flussrahmen-Einheit zur Verwendung in dem Zellstapel gemäß dem ersten Aspekt ausgebildet. Die Flussrahmen-Einheit umfasst einen Rahmenkörper (gelegentlich auch als Flussrahmen oder Zellrahmen bezeichnet). Der Rahmenkörper weist eine, insbesondere zentrale, Rahmenöffnung auf. Die Rahmenöffnung definiert insbesondere einen Zellraum (auch Wirkraum genannt) der Flussrahmen-Einheit, d.h. einen aktiven Bereich, in welchem elektrochemische Reaktionen ablaufen. Insbesondere sind in dem Zellraum eine oder mehrere Elektroden angeordnet. In dem Rahmenkörper ist wenigstens ein erster, insbesondere mäanderförmiger, weiter insbesondere sich parallel zu der Rahmenebene erstreckendender, Zuführkanal zur Zuführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, in die Rahmenöffnung (Zellraum) ausgebildet. In dem Rahmenkörper ist außerdem wenigstens ein erster, insbesondere mäanderförmiger, weiter insbesondere sich parallel zu der Rahmenebene erstreckendender, Rückführkanal zur Rückführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, aus der Rahmenöffnung (Zellraum) ausgebildet. In dem Rahmenkörper ist außerdem wenigstens ein zweiter, insbesondere mäanderförmiger, weiter insbesondere sich parallel zu der Rahmenebene erstreckendender, Zuführkanal zur Zuführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, in die Rahmenöffnung (Zellraum) ausgebildet. In dem Rahmenkörper ist außerdem wenigstens ein zweiter, insbesondere mäanderförmiger, weiter insbesondere sich parallel zu der Rahmenebene erstreckendender, Rückführkanal zur Rückführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, aus der Rahmenöffnung (Zellraum) ausgebildet. In dem Rahmenkörper sind zusätzlich zu den Zuführkanälen und den Rückführkanälen, insbesondere mäanderförmige, Kanäle ausgebildet, welche zumindest einenends, insbesondere an einem axialen Ende, geschlossen sind (Blindkanäle). Insbesondere münden die Blindkanäle nicht in die Rahmenöffnung (Zellraum) ein (eine mittelbare Strömungsverbindung eines solchen Blindkanals mit der Rahmenöffnung über einen Zuführkanal oder Rückführkanal wird vorliegend nicht als einmünden verstanden). Eine Anzahl der Blindkanäle entspricht dabei insbesondere mindestens der Anzahl an Zuführkanälen und Rückführkanälen. Die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle sind als, insbesondere kanalförmige, weiter insbesondere sich parallel zu der Rahmenebene (orthogonal zu einer Stapelrichtung) erstreckende, Vertiefungen oder Durchgangsöffnungen in dem Rahmenkörper, insbesondere an der ersten Seite und/oder an der zweiten Seite, ausgebildet. Die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle können als Aussparungen oder Ausnehmungen in einer Rahmenkörperoberfläche des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Insbesondere sind die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle als Nuten oder Rillen in der Rahmenkörperoberfläche ausgebildet.
Eine solche Flussrahmen-Einheit mit Blindkanälen ermöglicht es, in einem Zellstapel, in dem mehrere solcher Flussrahmen-Einheiten aufeinandergestapelt sind, durch Überlappung von jeweils einem Blindkanal mit einem Zuführkanal oder einem Rückführkanal einen Strömungsquerschnitt des Zuführkanals bzw. des Rückführkanals zu erhöhen, bei weiterhin geringer Dicke der Rahmenkörper. Zellstapel umfassend solche Flussrahmen-Einheiten können daher besonders platzsparend ausgebildet sein, was für eine hohe Leistungsdichte vorteilhaft ist und zudem Material einspart. Insbesondere ermöglicht es der vorgeschlagene Aufbau der Flussrahmen-Einheiten Sekundärkanäle bereitzustellen mit einem Gesamtquerschnitt, der größer ist als eine Dicke eines Rahmenkörpers.
Insofern wird gemäß einem dritten Aspekt ein Zellstapel vorgeschlagen, welcher wenigstens zwei Flussrahmen-Einheiten der vorstehend beschriebenen Art aufweist, wobei die Rahmenkörper, insbesondere die darin ausgebildeten Zuführkanäle, Rückführkanäle und Blindkanäle, derart ausgebildet und die Rahmenkörper entlang einer Stapelrichtung derart aufeinandergestapelt sind, dass jeder Zuführkanal und jeder Rückführkanal eines Rahmenkörpers mit einem Blindkanal eines benachbarten Rahmenkörpers zumindest abschnittsweise überlappt, insbesondere fluchtet, sodass jeweils ein gemeinsamer, insbesondere umfänglich geschlossener, Fluidkanal gebildet ist. Ein solcher Fluidkanal kann dann insbesondere einen Sekundärkanal bilden.
Im Betrieb führen die Blindkanäle insofern insbesondere erstes oder zweites Fluid. Insbesondere können die Blindkanäle durch den jeweils zugeordneten Zuführkanal oder Rückführkanal mit Fluid gespeist werden. Es ist auch denkbar, dass der Blindkanal selbst über einen Primärkanal mit Fluid gespeist wird (siehe unten).
Vorzugsweise ist zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten eine Membran oder ein Separator angeordnet, welche(r) die Zellräume benachbarter Flussrahmen-Einheiten überdeckt und insbesondere voneinander fluidisch trennt.
Die vorstehend im Zusammenhang mit dem ersten Aspekt erläuterten Vorteile gelten analog für den dritten Aspekt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn eine jeweilige Kanaltiefe der Zuführkanäle, der Rückführkanäle und/oder der Blindkanäle mehr als 50% einer Dicke des Rahmenkörpers (d.h. einer Erstreckung des Rahmenkörpers in Dickenrichtung) beträgt, insbesondere mehr als 60%, weiter insbesondere mehr als 70%, weiter insbesondere mehr als 80%. Auf diese Weise kann auf effiziente Weise ein besonders großer Strömungsquerschnitt erzielt werden. Insbesondere lassen sich somit durch Überlappung von Zuführkanal und Blindkanal bzw. von Rückführkanal und Blindkanal Fluidkanäle (Sekundärkanäle) bilden, welche in Dickenrichtung einen Durchmesser aufweisen, der größer ist als eine Dicke eines Rahmenkörpers in Stapelrichtung. Unter „Kanaltiefe“ wird vorliegend insbesondere eine Erstreckung der Vertiefung in Dickenrichtung des Rahmenkörpers (orthogonal zur Rahmenebene) verstanden.
Bei einem Zellstapel gemäß dem dritten Aspekt können insofern die Rahmenkörper derart ausgebildet sein, dass ein Durchmesser eines durch zwei sich überlappende Kanäle (Zuführkanal + Blindkanal oder Rückführkanal + Blindkanal) gebildeten Fluidkanals in Stapelrichtung größer ist als eine Dicke eines Rahmenkörpers in Stapelrichtung, insbesondere mindestens 1,2-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,5-mal so groß, und weiter insbesondere mindestens 1,8-mal so groß.
Der Rahmenkörper ist insbesondere in einer Rahmenebene flächig erstreckt. Der Rahmenkörper weist insbesondere eine Dicke in einer Dickenrichtung auf. Die Dickenrichtung ist insbesondere orthogonal zu der Rahmenebene orientiert. In einem Zellstapel entspricht die Dickenrichtung insbesondere einer Stapelrichtung, entlang welcher die Flussrahmen-Einheiten aufeinandergestapelt sind. Der Rahmenkörper weist insbesondere eine erste Seite und eine gegenüberliegende zweite Seite auf.
Die erste und die zweite Seite sind insbesondere parallel zur Rahmenebene, d.h. orthogonal zur Dickenrichtung, erstreckt.
Die Rahmenöffnung bzw. der Zellraum können unterschiedlich geformt sein. Beispielsweise kann die Rahmenöffnung quadratisch, rechteckig, kreisförmig, elypsoid, oder polygonal, insbesondere sechs-eckig, ausgebildet sein. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Rautenform herausgestellt. Die Rahmenöffnung kann in der Rahmenebene gedreht sein.
Der Rahmenkörper kann insbesondere aus Kunstsoff, weiter insbesondere aus PE, PP, oder PVC hergestellt sein.
Die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle können unterschiedliche Querschnittsgeometrien aufweisen. Beispielsweise können die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und/oder die Blindkanäle derart ausgebildet sein, dass ein durch einen Zuführkanal und einen Blindkanal oder durch einen Rückführkanal und einen Blindkanal gebildeter Fluidkanal (Sekundärkanal) ovalen, eckigen, polygonalen oder sternförmigen Querschnitt aufweist. Als besonders vorteilhaft hat sich eine runde Form herausgestellt.
Die Zuführkanäle und die Rückführkanäle bzw. die Sekundärkanäle münden insbesondere nicht unmittelbar in die Rahmenöffnung (Zellraum) ein, sondern sind mit einer Mündungsstruktur (Mündungsbereich) strömungsverbunden, welche ihrerseits unmittelbar in den Zellraum einmündet. Insofern kann in dem Rahmenkörper für jeden Zuführkanal und jeden Rückführkanal eine, insbesondere eigene, Mündungsstruktur ausgebildet sein, welche in den Zellraum unmittelbar einmündet und welche mit dem jeweils zugeordneten Zuführ- oder Rückführkanal strömungsverbunden ist. Die Mündungsstruktur ist insbesondere nicht Teil des jeweiligen Kanals und kann daher in seiner Ausgestaltung (z.B. Form, Tiefe, Querschnittsform) von den im Zusammenhang mit den Kanälen beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen abweichen. Die Mündungsstruktur kann insbesondere als Verteilerstruktur ausgebildet sein. Die Mündungsstruktur kann als Vertiefung, insbesondere Ausnehmung oder Aussparung, in dem Rahmenkörper ausgebildet sein.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung können der erste Zuführkanal (und der erste Rückführkanal) und der zweite Zuführkanal (und der zweite Rückführkanal) über eine jeweilige Mündungsstruktur in den Zellraum einmünden, wobei die Mündungsstruktur des ersten Zuführkanals und die Mündungsstruktur des zweiten Zuführkanals an entlang der Dickenrichtung zueinander versetzten Positionen in die Rahmenöffnung (Zellraum) einmünden. Insofern kann in dem Rahmenkörper eine erste Mündungsstruktur ausgebildet sein, über die der erste Zuführkanal in den Zellraum einmündet, und wobei in dem Rahmenkörper eine zweite Mündungsstruktur ausgebildet ist, über die der zweite Zuführkanal in den Zellraum einmündet, wobei die erste Mündungsstruktur und die zweite Mündungsstruktur an entlang der Dickenrichtung zueinander versetzten Positionen in den Zellraum einmünden. Beispielsweise kann die erste Mündungsstruktur an einem der ersten Seite des Rahmenkörpers zugewandten Abschnitt der Rahmenöffnung einmünden und die zweite Mündungsstruktur kann an einem der zweiten Seite des Rahmenkörpers zugewandten Abschnitt der Rahmenöffnung einmünden. Dies ermöglicht es, erstes Fluid und zweites Fluid an unterschiedlichen Positionen entlang der Dickenrichtung in den Zellraum einströmen zu lassen.
Im Rahmen einer vorteilhaften Weiterbildung des zweiten oder dritten Aspekts umfasst die Flussrahmen-Einheit außerdem ein Trennelement, insbesondere eine Bipolarplatte oder Membran (oder Separator), vorzugsweise Bipolarplatte. Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte oder Membran/Separator, ist vorzugsweise in der Rahmenöffnung (Zellraum) derart angeordnet, dass das Trennelement die Rahmenöffnung, insbesondere entlang der Dickenrichtung, in einen ersten Teilzellraum, insbesondere Katholytraum, und einen zweiten Teilzellraum, insbesondere Anolytraum, unterteilt. Dann kann es vorteilhaft sein, wenn der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal mit dem ersten Teilzellraum, insbesondere über eine vorstehend beschriebene Mündungsstruktur, strömungsverbunden sind und insbesondere von dem zweiten Teilraum fluidisch getrennt sind, und wenn der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal mit dem zweiten Teilraum, insbesondere über eine vorstehend beschriebene Mündungsstruktur, strömungsverbunden sind und insbesondere von dem ersten Teilraum fluidisch getrennt sind. Die Flussrahmen-Einheit kann insofern sowohl ein Katholyt-Raum als auch ein Anolyt-Raum bereitstellen.
Insbesondere liegen der erste Teilzellraum und der zweite Teilzellraum in einer Dickenrichtung des Rahmenkörpers übereinander. Vorzugsweise ist der erste Teilzellraum zu der ersten Seite des Rahmenkörpers hin offen und der zweite Teilzellraum ist zu der zweiten Seite des Rahmenkörpers hin offen.
Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte oder Membran/Separator, ist insbesondere mittig in Bezug auf eine Dicke des Rahmenkörpers in der Rahmenöffnung angeordnet. Insofern kann das Trennelement die Rahmenöffnung in zwei gleich große Teilzellräume unterteilen. Der Rahmenkörper ist insbesondere um den Umfang des Trennelements, insbesondere der Bipolarplatte oder Membran/Separator, angeordnet. Das Trennelement kann in einer entsprechenden Aufnahme in dem Rahmenkörper angeordnet sein. Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte, kann auf unterschiedliche Weise mit dem Rahmenkörper verbunden sein, bspw. eingeklebt, eingeschweißt oder von dem Rahmenkörper umspritzt sein. Das Trennelement, insbesondere die Bipolarplatte, erstreckt sich insbesondere parallel zu der Rahmenebene, d.h. orthogonal zu der Dickenrichtung.
Vorzugsweise ist jeder Zuführkanal und jeder Rückführkanal mit einem, insbesondere eigenen, Primärkanal strömungsverbunden. Insofern kann in dem Rahmenkörper ausgebildet sein:

- ein erstes Zuführkanalsystem zur Zuführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, in die Rahmenöffnung (Zellraum), wobei das erste Zuführkanalsystem einen ersten (Zuführ-)Primärkanal aufweist, welcher über einen, insbesondere von dem Primärkanal abgehenden, weiter insbesondere mäanderförmigen, ersten Zuführkanal mit der Rahmenöffnung strömungsverbunden ist.
- ein erstes Rückführkanalsystem zur Rückführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, aus der Rahmenöffnung, wobei das erste Rückführkanalsystem einen ersten (Rückführ-)Primärkanal aufweist, welcher über einen, insbesondere von dem Primärkanal abgehenden, weiter insbesondere mäanderförmigen, ersten Rückführkanal mit der Rahmenöffnung strömungsverbunden ist.
- ein zweites Zuführkanalsystem zur Zuführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, in die Rahmenöffnung, wobei das zweite Zuführkanalsystem einen zweiten (Zuführ-)Primärkanal aufweist, welcher über einen, insbesondere von dem Primärkanal abgehenden, weiter insbesondere mäanderförmigen, zweiten Zuführkanal mit der Rahmenöffnung strömungsverbunden ist.
- ein zweites Rückführkanalsystem zur Rückführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, aus der Rahmenöffnung, wobei das zweite Rückführkanalsystem einen zweiten (Rückführ-)Primärkanal aufweist, welcher über einen, insbesondere von dem Primärkanal abgehenden, weiter insbesondere mäanderförmigen, zweiten Rückführkanal mit der Rahmenöffnung strömungsverbunden ist.

Die Zuführkanäle und die Rückführkanäle können insofern Sekundärkanäle der Flussrahmen-Einheit bilden.
Die Primärkanäle erstrecken sich insbesondere orthogonal zu einer Erstreckungsrichtung des jeweils zugeordneten Zuführkanals oder Rückführkanals. Die Primärkanäle erstrecken sich insbesondere parallel zu der Dickenrichtung des Rahmenkörpers, d.h. orthogonal zu einer Rahmenebene (im Zellstapel: in Stapelrichtung). Vorzugsweise sind die Primärkanäle in Form von Durchgangsöffnungen, bspw. Bohrungen, in dem Rahmenkörper ausgebildet.
Vorzugsweise sind je ein Zuführkanal und ein Blindkanal sowie je ein Rückführkanal und ein Blindkanal mit einem gemeinsamen Primärkanal, insbesondere in Form einer Durchgangsöffnung in dem Rahmenkörper, strömungsverbunden. Insbesondere gehen je ein Zuführkanal und ein Blindkanal sowie je ein Rückführkanal und ein Blindkanal von einem gemeinsamen Primärkanal ab. Insofern können die Blindkanäle über einen Primärkanal entweder mit Fluid gespeist werden oder Fluid aus den Blindkanälen in den Primärkanal abgeführt werden. Bei einer solchen Ausgestaltung mit Primäranal kann es sich bei dem vorstehend beschriebenen „geschlossenen Ende“ eines Blindkanals insofern um das dem Primärkanal abgewandte Ende handeln.
Die von einem gemeinsamen Primärkanal abgehenden Kanäle können auf der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Die von einem gemeinsamen Primärkanal abgehenden Kanäle können auch an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Wie vorstehend erwähnt, können die Zuführkanäle, Rückführkanäle und Blindkanäle in verschiedenen Konfigurationen in dem Rahmenkörper ausgebildet sein. Der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal können an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal können an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal können an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein und/oder der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal können an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal können an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein und/oder der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal können an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Im Rahmen einer ersten vorteilhaften Realisierungsform einer Flussrahmen-Einheit können die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Insofern können die Zuführkanäle, die Rückführkanäle und die Blindkanäle alle an der ersten Seite oder der zweiten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Insbesondere sind die Zuführkanäle, die Rückführkanäle, die Blindkanäle und die erste(n) Mündungsstruktur(en) an der ersten Seite und die zweite(n) Mündungsstruktur(en) an der zweiten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet. In einem Zellstapel, umfassend wenigstens zwei solcher Flussrahmen-Einheiten, können die Flussrahmen-Einheiten dann derart aufeinandergestapelt sein, dass die Kanäle enthaltenden Seiten einander zugewandt sind.
Bei der ersten Realisierungsform kann der Rahmenkörper insbesondere punksymmetrisch bezüglich eines Mittelpunktes der Rahmenöffnung ausgebildet sein.
Im Rahmen einer zweiten vorteilhaften Realisierungsform einer Flussrahmen-Einheit können der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein, wobei der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sind, wobei der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein, und wobei die von einem gemeinsamen Primärkanal abgehenden Kanäle (Blindkanal + Zuführkanal oder Blindkanal + Rückführkanal) auf der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sind. Beispielsweise können der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal an der ersten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein und der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal an der zweiten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Bei der zweiten Realisierungsform kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die einem jeweiligen Zuführ- oder Rückführkanal zugeordnete Mündungsstruktur und der zugeordnete Zuführ- oder Rückführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sind.
Die zweite Realisierungsform ermöglicht es insbesondere, die Flussrahmen-Einheiten in einem Zellstapel derart anzuordnen, dass zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten, vorzugsweise ausschließlich, gleiches Fluid, insbesondere erstes Fluid (Katholyt) oder zweites Fluid (Anolyt), ausgetauscht wird. In einem Zellstapel können die Flussrahmen-Einheiten der zweiten Realisierungsform insbesondere derart angeordnet sein, dass Zuführkanal und dazugehöriger Rückführkanal (d.h. der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal oder der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal) jeweils mit einem Blindkanal der gleichen benachbarten Flussrahmen-Einheit überlappen, um einen Fluidkanal (Sekundärkanal) zu bilden, insbesondere aber die ersten Kanäle (erster Zuführkanal und erster Rückführkanal) und die zweiten Kanäle (zweiter Zuführkanal und zweiter Rückführkanal) mit Blindkanälen unterschiedlicher Flussrahmen-Einheiten überlappen (bspw. der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal mit Blindkanälen einer im Zellstapel darüberliegenden Flussrahmen-Einheit, und der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal mit Blindkanälen einer im Zellstapel darunterliegenden Flussrahmen-Einheit).
Im Rahmen einer dritten vorteilhaften Realisierungsform einer Flussrahmen-Einheit können der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein, wobei der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sind, und wobei der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein, wobei die von einem gemeinsamen Primärkanal abgehenden Kanäle (Blindkanal + Zuführkanal oder Blindkanal + Rückführkanal) auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sind. Bei der dritten Realisierungsform kann es ferner vorteilhaft sein, wenn die einem jeweiligen Zuführ- oder Rückführkanal zugeordnete Mündungsstruktur und der zugeordnete Zuführ- oder Rückführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sind.
Eine Ausgestaltung gemäß der dritten Realisierungsform ermöglicht insbesondere eine Anordnung der Flussrahmen-Einheiten in einem Zellstapel derart, dass zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten sowohl erstes Fluid (Katholyt) als auch zweites Fluid (Anolyt) ausgetauscht werden können. Insbesondere können die Flussrahmen-Einheiten der dritten Realisierungsform in einem Zellstapel derart angeordnet sein, dass der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal (und analog der erste Rückführkanal und der zweite Rückführkanal) mit Blindkanälen unterschiedlicher Flussrahmen-Einheiten überlappen (bspw. der erste Zuführkanal mit einem Blindkanal einer im Zellstapel darüberliegenden Flussrahmen-Einheit und der zweite Zuführkanal mit einem Blindkanal einer im Zellstapel darunterliegenden Flussrahmen-Einheit), insbesondere aber Zuführkanal und dazugehöriger Rückführkanal (d.h. der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal oder der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal) jeweils mit einem Blindkanal der gleichen benachbarten Flussrahmen-Einheit überlappen.
Im Rahmen einer vierten vorteilhaften Realisierungsform einer Flussrahmen-Einheit können der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein, der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein und der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sein. Insbesondere können der erste Zuführkanal und der zweite Rückführkanal an der ersten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein und der zweite Zuführkanal und der erste Rückführkanal können an der zweiten Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sein.
Bei der vierten Realisierungsform kann es dann besonders vorteilhaft sein, wenn die von einem gemeinsamen Primärkanal abgehenden Kanäle auf gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sind. Ferner kann es vorteilhaft sein, wenn die einem jeweiligen Zuführkanal zugeordnete Mündungsstruktur und der zugeordnete Zuführkanal an der gleichen Seite des Rahmenkörpers ausgebildet sind, insbesondere aber eine einem jeweiligen Rückführkanal zugeordnete Mündungsstruktur und der zugeordnete Rückführkanal an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers ausgebildet sind.
Eine Ausgestaltung gemäß der vierten Realisierungsform ermöglicht insbesondere eine Anordnung der Flussrahmen-Einheiten in einem Zellstapel derart, dass zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten sowohl erstes Fluid (Katholyt) als auch zweites Fluid (Anolyt) ausgetauscht werden können. In einem Zellstapel können die Flussrahmen-Einheiten der vierten Realisierungsform insbesondere derart angeordnet sein, dass der erste Zuführkanal und der zweite Zuführkanal (und analog der erste Rückführkanal und der zweite Rückführkanal) mit Blindkanälen unterschiedlicher Flussrahmen-Einheiten überlappen (bspw. der erste Zuführkanal mit einem Blindkanal einer im Zellstapel darüberliegenden Flussrahmen-Einheit und der zweite Zuführkanal mit einem Blindkanal einer im Zellstapel darunterliegenden Flussrahmen-Einheit), insbesondere Zuführkanal und dazugehöriger Rückführkanal (d.h. der erste Zuführkanal und der erste Rückführkanal oder der zweite Zuführkanal und der zweite Rückführkanal) aber jeweils mit einem Blindkanal der gleichen benachbarten Flussrahmen-Einheit überlappen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Zellstapels zur Erläuterung eines Grundprinzips der Erfindung;
2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Flussrahmen-Einheit des Zellstapels gemäß 1 in einer Draufsicht;
3 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Flussrahmen-Einheit gemäß einer ersten Realisierungsform in einer Draufsicht;
4 die Flussrahmen-Einheit gemäß 3 in einer Schnittansicht entlang der in 3 eingezeichneten Schnittlinie IV-IV;
5 die Flussrahmen-Einheit gemäß 3 in einer Schnittansicht entlang der in 3 eingezeichneten Schnittlinie V-V;
6 eine Schnittansicht durch einen Zellstapel aus zwei Flussrahmen-Einheiten gemäß 3 entlang der in 3 eingezeichneten Schnittlinie V-V;
7 eine Schnittansicht durch einen Zellstapel aus zwei Flussrahmen-Einheiten gemäß 3 entlang der in 3 eingezeichneten Schnittlinie IV-IV;
8 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung eines Aufbaus eines Zellstapels aus mehreren Flussrahmen-Einheiten gemäß 3;
9 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Flussrahmen-Einheit gemäß einer zweiten Realisierungsform in einer Draufsicht;
10 die Flussrahmen-Einheit gemäß 9 in einer Schnittansicht entlang der in 9 eingezeichneten Schnittlinie X-X;
11 die Flussrahmen-Einheit gemäß 9 in einer Schnittansicht entlang der in 9 eingezeichneten Schnittlinie XI-XI;
12 eine Schnittansicht durch einen Zellstapel aus zwei Flussrahmen-Einheiten gemäß 9 entlang der in 9 eingezeichneten Schnittlinie XI-XI;
13 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung eines Aufbaus eines Zellstapels aus mehreren Flussrahmen-Einheiten gemäß 9;
14 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Flussrahmen-Einheit gemäß einer dritten Realisierungsform in einer Draufsicht;
15 die Flussrahmen-Einheit gemäß 14 in einer Schnittansicht entlang der in 14 eingezeichneten Schnittlinie XV-XV;
16 die Flussrahmen-Einheit gemäß 14 in einer Schnittansicht entlang der in 14 eingezeichneten Schnittlinie XVI-XVI;
17 eine Schnittansicht durch einen Zellstapel aus zwei Flussrahmen-Einheiten gemäß 14 entlang der in 14 eingezeichneten Schnittlinie XVI-XVI;
18 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung eines Aufbaus eines Zellstapels aus mehreren Flussrahmen-Einheiten gemäß 14;
19 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Flussrahmen-Einheit gemäß einer vierten Realisierungsform in einer Draufsicht;
20 die Flussrahmen-Einheit gemäß 19 in einer Schnittansicht entlang der in 19 eingezeichneten Schnittlinie XX-XX;
21 die Flussrahmen-Einheit gemäß 19 in einer Schnittansicht entlang der in 19 eingezeichneten Schnittlinie XXI-XXI;
22 eine Schnittansicht durch einen Zellstapel aus zwei Flussrahmen-Einheiten gemäß 19 entlang der in 19 eingezeichneten Schnittlinie XXI-XXI; und
23 vereinfachte schematische Darstellung zur Erläuterung eines Aufbaus eines Zellstapels aus mehreren Flussrahmen-Einheiten gemäß 19.

In der nachfolgenden Beschreibung sowie in den Figuren sind für identische oder einander entsprechende Merkmale jeweils dieselben Bezugszeichen verwendet.
Die 1 und 2 zeigen vereinfachte schematische Darstellungen einer beispielhaften Ausgestaltung eines Zellstapel 10 zur Erläuterung eines Grundprinzips der Erfindung. Mögliche konkrete Realisierungsformen sind nachfolgend unter Bezugnahme auf die 3 ff. beschrieben.
Der Zellstapel 10 umfasst zwei Flussrahmen-Einheiten 12, 12', welche entlang einer Stapelrichtung 14 aufeinandergestapelt sind. Jede Flussrahmen-Einheit 12 weist einen Rahmenkörper 16 auf. Der Rahmenkörper 16 ist in einer Rahmenebene orthogonal zu der Stapelrichtung 14 flächig erstreckt (vgl. 2). Der Rahmenkörper 16 weist in einer Dickenrichtung 18 (in 1 der Stapelrichtung 14 entsprechend) eine Dicke 20 auf.
Der Rahmenkörper 16 weist eine, im Beispiel zentrale, Rahmenöffnung 22 auf. Die Rahmenöffnung 22 definiert einen Zellraum 24 (oder Wirkraum) der Flussrahmen-Einheit 12, in welchem die elektrochemischen Prozesse ablaufen.
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst jede Flussrahmen-Einheit 12 außerdem eine Bipolarplatte 26. Die Bipolarplatte 26 ist in der jeweiligen Rahmenöffnung 22 angeordnet, sodass die Rahmenöffnung 22 durch die Bipolarplatte 26 in einen ersten Teilzellraum 28-1 und in einen zweiten Teilzellraum 28-2 unterteilt ist. Die Bipolarplatte 26 bildet insofern ein Trennelement der Flussrahmen-Einheit 12. In jedem Teilzellraum 28-1, 28-2 kann eine Elektrode angeordnet sein.
Der erste Teilzellraum 28-1 bildet im Beispiel einen Katholyraum und der zweite Teilzellraum 28-2 bildet einen Anolytraum.
Zwischen den beiden Flussrahmen-Einheiten 12 ist eine Membran/Separator 30 angeordnet, welcher die Rahmenöffnungen 22 bedeckt und somit die Zellräume 24 der Flussrahmen-Einheiten 12 voneinander fluidisch trennt. Die Membran/Separator 30 ist insbesondere ionendurchlässig ausgebildet. Im konkreten Beispiel trennt die Membran 30/Separator den zweiten Teilraum 28-2 der ersten (in 1 oberen) Flussrahmen-Einheit 12 und den ersten Teilraum 28-1 der zweiten (in 1 unteren) Flussrahmen-Einheit 12. Der zweite Teilraum 28-2 der ersten Flussrahmen-Einheit 12 und der erste Teilraum 28-1 der zweiten Flussrahmen-Einheit 12 bilden insofern eine Zelle des Zellstapels 10.
Bei nicht dargestellten Ausgestaltungen können Membran/Separator 30 und Bipolarplatte 26 in ihrer relativen Anordnung vertauscht sein. Insofern kann in der Rahmenöffnung 22 einer jeweiligen Flussrahmen-Einheit 12 eine Membran/Separator 30 (analog der in den Figuren dargestellten Psition der Bipolarplatte 26) angeordnet sein und zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten 12 kann dann eine Bipolarplatte 26 (analog der in den Figuren dargestellten Position der Membran 30/Separator) angeordnet sein.
Wie in den 1 und 2 schematisch dargestellt, ist für jeden Teilzellraum 28-1, 28-2 ein Zuführkanalsystem 32-1, 32-2 zur Zuführung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, in den Teilzellraum 28-1, 28-2 und ein Rückführkanalsystem 34-2 zur Rückführung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, aus dem Teilzellraum 28-1, 28-2 vorhanden.
Die Zuordnung der Kanalsysteme bzw. der einzelnen Kanäle zu den Teilzellräumen 28-1, 28-2 ist - zur bessern Verständlichkeit - in den Figuren beispielhaft durch unterschiedliche Schraffuren dargestellt. Die Schraffuren bedeuten jedoch nicht, dass in den Teilzellräumen 28-1, 28-2 bzw. in den Kanalsystemen unterschiedliche Fluide im Betrieb fließen. So werden im Beispiel alle ersten Teilzellräume 28-1 (schräge Schraffur und vertikale Schraffur) mit Katholyt und alle zweiten Teilzellräume 28-2 (gepunktete Schraffur und ohne Schraffur) mit Anolyt gespeist.
Jedes Zuführkanalsystem 32-1, 32-2 weist im Beispiel einen (Zuführ-)Primärkanal 36-1, 36-2 (beispielhaft in Form einer Durchgangsöffnung in dem Rahmenkörper 16 ausgebildet) auf, welcher über einen, insbesondere mäanderförmigen, (Zuführ-)Sekundärkanal 38-1, 38-2 mit dem jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 strömungsverbunden ist. Analog weist jedes Rückführkanalsystem 34-1, 34-2 im Beispiel einen (Rückführ-)Primärkanal 40-1, 40-2 auf, welcher über einen, insbesondere mäanderförmigen, (Rückführ-)Sekundärkanal 42-1, 42-2 mit dem jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 strömungsverbunden ist.
Die Sekundärkanäle 38-1, 38-2, 42-1, 42-2 können ihrerseits über jeweilige Mündungsstrukturen 44 in den jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 einmünden (nachfolgend noch näher erläutert).
Beispielhaft und bevorzugt sind der (Zuführ-)Primärkanal 36-1, 36-2 und der dazugehörige (Rückführ-)Primärkanal 40-1, 40-2 diagonal gegenüberliegend in Bezug auf die Rahmenöffnung 22 angeordnet.
Wie aus 1 ersichtlich, erstrecken sich die Sekundärkanäle 38-1, 38-2, 42-1, 42-2 jeweils über zwei benachbarte Rahmenkörper 16, insbesondere derart, dass ein Durchmesser 46 der Sekundärkanäle 38-1, 38-2, 42-1, 42-2 entlang der Stapelrichtung 14 (Dickenrichtung 18) größer ist als die Dicke 20 eines jeweiligen Rahmenkörpers 16.
Jeder Sekundärkanal 38-1, 38-2, 42-1, 42-2 ist im dargestellten Beispiel durch zwei sich überlappende kanalförmige Vertiefungen in den benachbarten Rahmenkörpern 16 ausgebildet. Dabei ist jeweils eine dieser zwei kanalförmigen Vertiefungen als Zuführkanal 48-1, 48-2 bzw. Rückführkanal 50-1, 50-2 ausgebildet, welcher mit dem jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 über die vorstehend erwähnte Mündungsstruktur 44 strömungsverbunden ist. Die andere der zwei einen jeweiligen Sekundärkanal bildenden kanalförmigen Vertiefungen ist als Blindkanal 52 ausgebildet, welcher als Querschnittserweiterung des Zuführ- bzw. Rückführkanals 48-1, 48-2, 50-1, 50-2 dient, selbst aber nicht über eine Mündungsstruktur 44 in den jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 einmündet.
Die 1 zeigt die Zuführ- und Rückführkanäle 48-1, 48-2, 50-1, 50-2 lediglich schematisch, um das Grundkonzept der Erfindung zu erläutern. Beispielhafte Ausgestaltungen werden nachfolgend noch im Detail unter Bezugnahme auf die 3 ff. erläutert. Dabei werden Merkmale, die bereits im Zusammenhang mit den 1 und 2 beschrieben wurden, und in ihrer Funktion identisch oder äquivalent sind, nicht erneut beschrieben, sofern es für die spezielle Ausgestaltung nicht relevant ist.
Die 3 zeigt in vereinfachter schematischer Darstellung eine Ausgestaltung einer Flussrahmen-Einheit 12 gemäß einer ersten Realisierungsform.
Wie vorstehend zu 1 erläutert, ist auch bei der Flussrahmen-Einheit 12 gemäß 3 in der Rahmenöffnung 22 eine Bipolarplatte 26 (in 3 nicht dargestellt) angeordnet, welche die Rahmenöffnung 22 in einen ersten (in Dickenrichtung 18 oberen) Teilzellraum 28-1 und einen zweiten (in Dickenrichtung 18 unteren Teilzellraum 28-2 unterteilt (vgl. 4).
Zur besseren Verständlichkeit sind in den Draufsichten gemäß 3, 9, 14, und 19 Elemente, insbesondere Zuführkanäle, Rückführkanäle und Blindkanäle, die unterhalb der Zeichenebene liegen, gestrichelt eingezeichnet.
Wie aus 3 ersichtlich, ist in dem Rahmenkörper 16 ein erstes Zuführkanalsystem 32-1 zur Zuführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, in den ersten Teilzellraum 28-1 und ein erstes Rückführkanalsystem 34-1 zur Rückführung von erstem Fluid aus dem ersten Teilzellraum 28-1 ausgebildet.
Das erste Zuführkanalsystem 32-2 weist einen ersten Primärkanal 36-1, einen von dem Primärkanal 36-1 abgehenden, im Beispiel mäanderförmigen, Zuführkanal 48-1 und eine erste Mündungsstruktur 44-1 auf, über welche der Zuführkanal 48-1 in den ersten Teilzellraum 28-1 einmündet. Analog weist das erste Rückführkanalsystem 34-1 einen (Rückführ-)Primärkanal 40-1, einen von dem Primärkanal 40-1 abgehenden (bzw. in ihn einmündenden), im Beispiel mäanderförmigen, Rückführkanal 50-1 und eine Mündungsstruktur 44-1 auf, über welche Fluid aus dem ersten Teilzellraum 28-1 abgeführt werden kann.
In analoger Weise ist in dem Rahmenkörper 16 außerdem ein zweites Zuführkanalsystem 32-2 (umfassend Primärkanal 36-2, Zuführkanal 48-2 und zweite Mündungsstruktur 44-2) zum Zuführen von zweitem Fluid in den zweiten Teilzellraum 28-2 (in 3 nicht sichtbar) und ein zweites Rückführkanalsystem 34-2 (umfassend Primärkanal 40-2, Rückführkanal 50-2 und Mündungsstruktur 44-2) zum Rückführen von zweitem Fluid aus dem zweiten Teilzellraum 28-2 ausgebildet.
Wie aus 4 ersichtlich, münden die ersten und zweiten Mündungsstrukturen 44-1, 44-2 entsprechend an entlang der Dickenrichtung 18 zueinander versetzten Positionen in die Rahmenöffnung 22 (Zellraum) ein.
Wie aus 3 ersichtlich, geht von jedem Primärkanal 36-1, 36-2, 40-1, 40-2 auch ein vorstehend erwähnter Blindkanal 52 ab, welcher im Beispiel ebenfalls mäanderförmig ausgebildet ist. Die Blindkanäle 52 sind an ihrem dem zugeordneten Primärkanal 36-1, 36-2, 40-1, 40-2 abgewandten Ende geschlossen und münden somit nicht unmittelbar in die Rahmenöffnung 22 ein (Eine Strömungsverbindung des Blindkanals 52 mit der Rahmenöffnung 22 über den vom gleichen Primärkanal 36-1, 36-2, 40-1, 40-2 abgehenden Zuführ- bzw. Rückführkanal 48, 50 wird im Rahmen dieser Anmeldung nicht als „einmünden“ bezeichnet).
Wie aus 5 ersichtlich, sind die Kanäle (Zuführkanäle 48-1, 48-2, Rückführkanäle 50-1, 50-2 und Blindkanäle 52) als Vertiefungen, beispielsweise in Form von nutenförmigen Ausnehmungen oder Aussparungen in dem Rahmenkörper 16 ausgebildet. Bei der ersten Realisierungsform sind alle Zuführkanäle 48-1, 48-2, Rückführkanäle 50-1, 50-2 und Blindkanäle 52 an der gleichen Seite, im Beispiel einer ersten Seite 54-1, des Rahmenkörpers 16 ausgebildet. Wie nachfolgend noch im Detail erläutert, können die Kanäle oder eine Teilmenge der Kanäle auch an der gegenüberliegenden zweiten Seite 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet sein.
Beispielhaft beträgt eine jeweilige Kanaltiefe 55 in Dickenrichtung 18 mehr als 50 % einer Dicke 20 des Rahmenkörpers 16.
Werden nun zwei solcher Flussrahmen-Einheiten 12 derart aufeinandergestapelt, dass die ersten Seiten 54-1 einander zugewandt sind, im konkreten Beispiel, in dem eine Flussrahm-Einheit 12 gegenüber der anderen um die in 3 eingezeichnete Achse 57 gedreht ist, überlappen jeweils ein Zuführkanal 48-1, 48-2 und ein Blindkanal 52 bzw. jeweils ein Rückführkanal 50-1, 50-2 und ein Blindkanal 52 miteinander, sodass jeweils ein umfänglich geschlossener Fluidkanal gebildet ist, welcher einen vorstehend beschriebenen Sekundärkanal 38-1, 38-2, 42-1, 42-2 des jeweiligen Kanalsystems bildet (in 6 beispielhaft dargestellt für eine 5 entsprechende Schnittansicht).
Wie vorstehend erwähnt, ist zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten 12 eine Membran 30 oder Separator angeordnet, welche(r) die Rahmenöffnungen 22 bedeckt und somit die aneinander angrenzenden Teilzellräume 28-1, 28-2 benachbarter Flussrahmen-Einheiten 12 voneinander fluidisch trennt).
Zur besseren Verständlichkeit ist in 8 eine der 1 entsprechende Ansicht eines aus vier Flussrahmen-Einheiten 12 gemäß 3 bestehenden Zellstapels 10 in Explosionsdarstellung gezeigt, wobei im Beispiel je zwei Flussrahmen-Einheiten 12 mit den ersten Seiten 54-1 einander zugewandt sind. Eine Strömungsverbindung zwischen den lediglich schematisch dargestellten Kanälen ist in 8 (und analog in den nachfolgenden 13, 18 und 23) durch Strichlinien dargestellt).
Bei einem solchen Aufbau sind insofern drei Zellen 56-1, 56-1, 56-3 gebildet, welche jeweils durch einen (Katholyt-)Teilzellraum 28-1 einer Flussrahmen-Einheit 12, einem (Anolyt-)Teilzellraum 28-2 einer benachbarten Flussrahmen-Einheit 12, sowie einer dazwischen angeordneten Membran 30 / Separator gebildet sind.
Die 9 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer Flussrahmen-Einheit 12 gemäß einer zweiten Realisierungsform, welche sich von der Flussrahmen-Einheit 12 gemäß der ersten Realisierungsform durch die relative Anordnung der Kanäle unterscheidet.
So sind im Beispiel gemäß 9 der erste Zuführkanal 48-1 und der zweite Zuführkanal 48-2 - und analog der erste Rückführkanal 50-1 und der zweite Rückführkanal 50-2 - an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet (vgl. 11). Der Zuführkanal 48-1, 48-2 und der Rückführkanal 50-1, 50-2 des gleichen Zuführsystems 32-1, 32-2, 34-1, 34-2 sind insofern an der gleichen Seite 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 angeordnet.
Ein weiterer Unterschied ergibt sich daraus, dass der einem jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 zugeordnete Zuführkanal 48-1, 48-2 und Rückführkanal 50-1, 50-2 an der dem Teilzellraum 28-1, 28-2 gegenüberliegenden Seite 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet ist (vgl. 9 und 10). Insofern sind der jeweilige Zuführkanal 48-1, 48-2 bzw. Rückführkanal 50-1, 50-2 und die jeweils zugeordnete Mündungsstruktur 44-1, 44-2 an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet.
Wie aus 9 ersichtlich, sind die von einem gemeinsamen Primärkanal 32-1, 32-2, 34-1, 34-2 abgehenden Kanäle (Zuführkanal 48-1, 48-2 und Blindkanal 52 oder Rückführkanal 50-1, 50-2 und Blindkanal 52) an der gleichen Seite 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet.
Eine solche Ausgestaltung ermöglicht eine Anordnung der Flussrahmen-Einheiten 12 in einem Zellstapell 10 derart, dass die dem ersten Teilzellraum 28-1 zugeordnete Zuführ- und Rückführkanäle 48-1, 50-1 und die dem zweiten Teilzellraum 28-2 zugeordneten Zuführ- und Rückführkanäle 48-2, 50-2 mit Blindkanälen 52 unterschiedlicher Flussrahmen-Einheiten 12 überlappen (vgl. 13). Bei Betrachtung der in 13 zweiten Flussrahmen-Einheit 12' von unten ist beispielsweise der erste Zuführkanal 48-1' mit einem Blindkanal 52 der darüberliegenden Flussrahmen-Einheit 12 strömungsverbunden, während der zweite Zuführkanal 48-2' mit einem Blindkanal 52 des darunterliegenden Flussrahmen-Einheit 12 zusammenwirkt.
Insofern wird mit einer benachbarten Flussrahmen-Einheit 12 insbesondere immer nur erstes Fluid (Katholyt) oder zweites Fluid (Anolyt) ausgetauscht.
Die 14 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer Flussrahmen-Einheit 12 gemäß einer dritten Realisierungsform, welche sich von der zweiten Realisierungsform dadurch unterscheidet, dass die von einem gemeinsamen Primärkanal 32-1, 32-2, 34-1, 34-2 abgehenden Kanäle (Zuführkanal 48-1, 48-2 und Blindkanal 52 oder Rückführkanal 50-1, 50-2 und Blindkanal 52) an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet sind. Außerdem sind die Zuführ- und Rückführkanäle 48-1, 48-2, 50-1, 50-2 an der gleichen Seite wie die ihnen jeweils zugeordnete Mündungsstruktur 44-1, 44-2 ausgebildet. Insofern sind die einem jeweiligen Teilzellraum 28-1, 28-2 zugeordnete Zuführ- und Rückführkanäle 48-1, 48-2, 50-1, 50-2 an der gleichen Seite 54-1, 54-2 wie der Teilzellraum 28-1, 28-2 ausgebildet.
Wie aus 18 ersichtlich, ermöglicht eine solche Ausgestaltung eine Anordnung der Flussrahmen-Einheiten 12 in einem Zellstapel 10 derart, dass zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten 12 sowohl erstes Fluid (Katholyt) als auch zweites Fluid (Anolyt) ausgetauscht werden. So überlappen beispielsweise die dem ersten Teilzellraum 28-1 zugeordneten Zuführ- und Rückführkanäle 48-1, 50-1 und die dem zweiten Teilzellraum 28-2 zugeordneten Zuführ- und Rückführkanäle 48-2, 50-2 mit Blindkanälen 52 unterschiedlicher Flussrahmen-Einheiten 12 (vgl. 18). Bei Betrachtung der in 18 zweit untersten Flussrahmen-Einheit 12 ist beispielsweise der erste Zuführkanal 48-1 mit einem Blindkanal 52 der darüberliegenden Flussrahmen-Einheit 12' strömungsverbunden, während der zweite Zuführkanal 48-2 mit einem Blindkanal 52 der darunterliegenden Flussrahmen-Einheit 12' zusammenwirkt.
Die 19 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer Flussrahmen-Einheit 12 gemäß einer vierten Realisierungsform, welche sich von der dritten Realisierungsform durch die Anordnung der Rückführkanäle 50-1, 50-2 und der mit diesen strömungsverbundenen Blindkanäle 52 unterscheidet. Wie aus 19 ersichtlich, sind die Zuführkanalsysteme 32-1, 32-2 identisch zu der dritten Realisierungsform ausgebildet, die Rückführkanäle 50-1, 50-2 und die mit diesen strömungsverbundenen Blindkanälen 52 aber gegenüber der dritten Realisierungsform in ihrer Seitenzuordnung vertauscht (erster Rückführkanal 50-1 an zweiter Seite 54-2 und zweiter Rückführkanal 50-2 an erster Seite 54-1 des Rahmenkörper 16). Insofern sind der erste Zuführkanal 48-1 und der erste Rückführkanal 50-1 an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet, der zweite Zuführkanal 48-2 und der zweite Rückführkanal 50-2 an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet und der erste Zuführkanal 48-1 und der zweite Zuführkanal 48-2 an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet. Die von einem gemeinsamen Primärkanal 32-1, 32-2, 34-1, 34-2 abgehenden Kanäle (Zuführkanal 48-1, 48-2 und Blindkanal 52 oder Rückführkanal 50-1, 50-2 und Blindkanal 52) sind an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 ausgebildet.
In Abgrenzung zur dritten Realisierungsform sind bei der vierten Realisierungsform zudem die Rückführkanäle 50-1, 50-2 und die ihnen jeweils zugeordnete Mündungsstruktur 44-1, 44-2 an gegenüberliegenden Seiten 54-1, 54-2 des Rahmenkörpers 16 angeordnet. Im konkreten Beispiel wird insofern der erste Rückführkanal 50-1 von der zweiten Seite 54-2 zu der ersten Seite 54-1 durch den Rahmenköper 16 hindurchgeführt und der zweite Rückführkanal 50-2 wird von der ersten Seite 54-1 zu der zweiten Seite 54-2 durch den Rahmenköper 16 hindurchgeführt.
Wie aus 23 ersichtlich, ermöglicht eine solche Ausgestaltung eine Anordnung der Flussrahmen-Einheiten 12 in einem Zellstapel 10 derart, dass zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten 12 sowohl erstes Fluid (Katholyt) als auch zweites Fluid (Anolyt) ausgetauscht werden, wobei Zuführung und Rückführung des gleichen Fluids über unterschiedliche Flussrahmen-Einheiten 12 erfolgt. So wird beispielsweise bei der in 23 zweit untersten Flussrahmen-Einheit 12 erstes Fluid (Katholyt) durch Zusammenwirken des ersten Zuführkanals 48-1 dieser Flussrahmen-Einheit 12 mit einem Blindkanal 52' der darüberliegenden Flussrahmen-Einheit 12 dem ersten Teilzellraum 28-1 zugeführt, aber durch Zusammenwirken des ersten Rückführkanals 50-1 dieser Flussrahmen-Einheit 12 mit einem Blindkanal 52' der darunterliegenden Flussrahmen-Einheit 12 aus dem ersten Teilzellraum 28-1 abgeführt.
Die dargestellten Zellstapel 10 sind lediglich beispielhaft. Insbesondere können mehr oder weniger Flussrahmen-Einheiten 12 vorgesehen sein. Darüber hinaus können die Zellstapel 10 in bekannter Weise weitere Elemente umfassen, bspw. Endplatten, elektrische Kontaktplatten und/oder ein Gehäuse.

Claims

Zellstapel (10) für eine Redox-Flow-Batterie, umfassend wenigstens zwei Flussrahmen-Einheiten (12), welche entlang einer Stapelrichtung (14) aufeinandergestapelt sind, wobei jede Flussrahmen-Einheit (12) umfasst: - einen Rahmenkörper (16), welcher eine, insbesondere zentrale, Rahmenöffnung (22) aufweist; - ein in der Rahmenöffnung (22) angeordnetes Trennelement, insbesondere Bipolarplatte (26), welches die Rahmenöffnung (22) in einen ersten Teilzellraum (28-1), insbesondere Katholytraum, und einen zweiten Teilzellraum (28-2), insbesondere Anolytraum, unterteilt, wobei für jeden Teilzellraum (28-1, 28-1) ein eigenes Zuführkanalsystem (32-1, 32-2) zur Zuführung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, in den Teilzellraum (28-1, 28-2) und ein eigenes Rückführkanalsystem (34-1, 34-2) zur Rückführung von Fluid, insbesondere Elektrolyt, aus dem Teilzellraum (28-1, 28-2) vorhanden sind, wobei die Kanalsysteme (32-1, 32-2, 34-1, 34-2) jeweils einen, insbesondere sich in Stapelrichtung erstreckenden, Primärkanal (36-1, 36-2, 40-1, 40-2) umfassen, welcher mit dem entsprechenden Teilzellraum (28-1, 28-2) über wenigstens einen, insbesondere mäanderförmigen, weiter insbesondere sich orthogonal zu der Stapelrichtung (14) erstreckenden, Sekundärkanal (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) fluidisch verbunden ist, wobei sich die Sekundärkanäle (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) jeweils zumindest abschnittsweise durch wenigstens zwei benachbarte Rahmenkörper (16) erstrecken.
Zellstapel (10) nach Anspruch 1, wobei sich die Sekundärkanäle (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) derart durch wenigstens zwei benachbarte Rahmenkörper (16) erstrecken, dass ein jeweiliger Durchmesser (46) der Sekundärkanäle (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) in Stapelrichtung (14) größer ist als eine Dicke (20) eines Rahmenkörpers (16) in Stapelrichtung (14), insbesondere mindestens 1,2-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,5-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,8-mal so groß.
Zellstapel (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei jeder Sekundärkanal (38-1, 38-2, 42-1, 42) durch sich überlappende kanalförmige Vertiefungen oder Aussparungen in wenigstens zwei benachbarten Rahmenkörpern (16) gebildet ist.
Flussrahmen-Einheit (12) für eine elektrochemische Zelle einer Redox-Flow-Batterie, insbesondere zur Verwendung in einem Zellstapel (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen Rahmenkörper (16) mit einer ersten Seite (54-1) und einer zweiten Seite (54-2), wobei der Rahmenkörper (16) eine Rahmenöffnung (22) aufweist, welche einen Zellraum (24) definiert, wobei in dem Rahmenkörper (16) ausgebildet sind: - wenigstens ein erster, insbesondere mäanderförmiger, Zuführkanal (48-1) zur Zuführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, in den Zellraum (24); - wenigstens ein erster, insbesondere mäanderförmiger, Rückführkanal (50-1) zur Rückführung von erstem Fluid, insbesondere Katholyt, aus dem Zellraum (24); - wenigstens ein zweiter, insbesondere mäanderförmiger, Zuführkanal (48-2) zur Zuführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, in den Zellraum (24); - wenigstens ein zweiter, insbesondere mäanderförmiger, Rückführkanal (50-2) zur Rückführung von zweitem Fluid, insbesondere Anolyt, aus dem Zellraum (24); dadurch gekennzeichnet, dass in dem Rahmenkörper (16) außerdem eine mindestens der Anzahl an Zuführkanälen (48-1, 48-2) und Rückführkanälen (50-1, 50-2) entsprechende Anzahl an, insbesondere mäanderförmigen, Blindkanälen (52) ausgebildet ist, wobei die Blindkanäle (52) zumindest einenends geschlossen sind, wobei die Zuführkanäle (48-1, 48-2), die Rückführkanäle (50-1, 50-2) und die Blindkanäle (52) als Vertiefungen, insbesondere Aussparungen oder Ausnehmungen, weiter insbesondere Nuten oder Rillen, in dem Rahmenkörper (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Rahmenkörper (16) eine Dicke (20) in einer, insbesondere einer Stapelrichtung 14 entsprechenden, Dickenrichtung (18) aufweist, wobei in dem Rahmenkörper (16) eine erste Mündungsstruktur (44-1) ausgebildet ist, über welche der erste Zuführkanal (48-1) in den Zellraum (24) einmündet, und wobei in dem Rahmenkörper (16) eine zweite Mündungsstruktur (44-2) ausgebildet ist, über welche der zweite Zuführkanal (48-2) in den Zellraum (24) einmündet, wobei die erste Mündungsstruktur (44-1) und die zweite Mündungsstruktur (44-2) an entlang der Dickenrichtung (18) zueinander versetzten Positionen in den Zellraum (24) einmünden.
Flussrahmen-Einheit (12) nach Anspruch 4 oder 5, außerdem umfassend ein Trennelement, insbesondere Bipolarplatte (26), welches in der Rahmenöffnung (22) derart angeordnet ist, dass es die Rahmenöffnung (22) in einen ersten Teilzellraum (28-1), insbesondere Katholytraum, und einen zweiten Teilzellraum (28-2), insbesondere Anolytraum, unterteilt, wobei der erste Zuführkanal (48-1) und der erste Rückführkanal (50-1) mit dem ersten Teilzellraum (28-1) strömungsverbunden sind, insbesondere über eine jeweilige Mündungsstruktur (44), und wobei der zweite Zuführkanal (48-2) und der zweite Rückführkanal (50-2) mit dem zweiten Teilzellraum (28-2) strömungsverbunden sind, insbesondere über eine jeweilige Mündungsstruktur (44).
Flussrahmen-Einheit (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei je ein Zuführkanal (48-1, 48-2) und ein Blindkanal (52) sowie je ein Rückführkanal (50-1, 50-2) und ein Blindkanal (52) von einem gemeinsamen Primärkanal (36-1, 36-1, 40-1, 40-2), insbesondere in Form einer Durchgangsöffnung in dem Rahmenkörper (16), abgehen.
Flussrahmen-Einheit (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Zuführkanäle (48-1, 48-2), die Rückführkanäle (50-1, 50-2) und die Blindkanäle (52) an der gleichen Seite (54-1) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der erste Zuführkanal (48-1) und der zweite Zuführkanal (48-2) an gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind, wobei der erste Zuführkanal (48-1) und der erste Rückführkanal (50-1) an der gleichen Seite (54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind, und wobei der zweite Zuführkanal (48-2) und der zweite Rückführkanal (50-2) an der gleichen Seite (54-1) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach dem vorherigen Anspruch bei Rückbezug auf Anspruch 7, wobei die von einem gemeinsamen Primärkanal (36-1, 36-1, 40-1, 40-2) abgehenden Kanäle (48-1, 48-2, 50-1, 50-2, 52) auf der gleichen Seite (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach Anspruch 9 oder 10 bei Rückbezug auf Anspruch 5, wobei die einem jeweiligen Zuführkanal (48-1, 48-2) zugeordnete Mündungsstruktur (44-1, 44-2) und der Zuführkanal (48-1, 48-2) an gegenüberliegenden Seiten des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach Anspruch 9 bei Rückbezug auf Anspruch 7, wobei die von einem gemeinsamen Primärkanal (36-1, 36-1, 40-1, 40-2) abgehenden Kanäle (48-1, 48-2, 50-1, 50-2, 52) auf gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach Anspruch 9 oder 12 bei Rückbezug auf Anspruch 5, wobei die einem jeweiligen Zuführkanal (48-1, 48-2) zugeordnete Mündungsstruktur (44-1, 44-2) und der Zuführkanal (48-1, 48-2) an der gleichen Seite (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der erste Zuführkanal (48-1) und der erste Rückführkanal (50-1) an gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind, wobei der zweite Zuführkanal (48-2) und der zweite Rückführkanal (50-2) an gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind, wobei der erste Zuführkanal (48-1) und der zweite Zuführkanal (48-2) an gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach dem vorherigen Anspruch bei Rückbezug auf Anspruch 7, wobei die von einem gemeinsamen Primärkanal (36-1, 36-1, 40-1, 40-2) abgehenden Kanäle (48-1, 48-2, 50-1, 50-2, 52) auf gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach Anspruch 14 oder 15 bei Rückbezug auf Anspruch 5, wobei die einem jeweiligen Zuführkanal (48-1, 48-2) zugeordnete Mündungsstruktur (44-1, 44-2) und der Zuführkanal (48-1, 48-2) an der gleichen Seite (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind, insbesondere wobei eine einem jeweiligen Rückführkanal (48-1, 48-2) zugeordnete Mündungsstruktur (44-1, 44-2) und der Rückführkanal (48-1, 48-2) an gegenüberliegenden Seiten (54-1, 54-2) des Rahmenkörpers (16) ausgebildet sind.
Flussrahmen-Einheit (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 16, wobei eine jeweilige Kanaltiefe (55) der Zuführkanäle (48-1, 48-2), der Rückführkanäle (50-1, 50-2) und/oder der Blindkanäle (52) in einer Dickenrichtung (18) des Rahmenkörpers (16) mehr als 50% einer Dicke (20) des Rahmenkörpers (16) in Dickenrichtung (18) beträgt, insbesondere mehr als 60%, weiter insbesondere mehr als 70%, weiter insbesondere mehr als 80%.
Zellstapel (10), umfassend wenigstens zwei Flussrahmen-Einheiten (12) nach einem der Ansprüche 4 bis 17, wobei die Rahmenkörper (16) derart ausgebildet und entlang einer Stapelrichtung (14) derart aufeinandergestapelt sind, dass jeder Zuführkanal (48-1, 48-2) und jeder Rückführkanal (50-1, 50-2) eines Rahmenkörpers (16) mit einem Blindkanal (52) eines benachbarten Rahmenkörpers (16) zumindest abschnittsweise überlappt, insbesondere fluchtet, sodass jeweils ein gemeinsamer, insbesondere umfänglich geschlossener, Fluidkanal (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) gebildet ist.
Zellstapel (10) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Rahmenkörper (16) derart ausgebildet sind, dass ein Durchmesser (46) des Fluidkanals (38-1, 38-2, 42-1, 42-2) in Stapelrichtung (14) größer ist als eine Dicke (20) eines Rahmenkörpers (16) in Stapelrichtung (14), insbesondere mindestens 1,2-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,5-mal so groß, weiter insbesondere mindestens 1,8-mal so groß.
Zellstapel (10) nach Anspruch 18 oder 19, wobei zwischen zwei benachbarten Flussrahmen-Einheiten (12) eine Membran/Separator (30) oder eine Bipolarplatte (26) angeordnet ist, welche die Rahmenöffnungen (22) benachbarter Flussrahmen-Einheiten (12) überdeckt und voneinander trennt.