(57)【要約】  本発明は、電極フレーム（１、１１）、電極（４、１４）、膜（２）及びバイポーラ板（３）を有する、レドックスフロー電池用の構造要素に関し、その際、電極（４、１４）は電極フレーム（１、１１）内に配置されて、該フレームにより、周囲が包囲され、電極フレーム（１、１１）は膜（２）及びバイポーラ板（３）の間に配置されている。枢要な点は、電極フレーム（１、１１）が、少なくとも膜（２）と、接着により、材料一体的に接合されていることである。本発明は、さらに、レドックスフロー電池用の構造要素の製造方法に関する。
2018508957.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極フレーム（１、１１）、電極（４、１４）、膜（２）及びバイポーラ板（３）を有するレドックスフロー電池用の構造要素であって、
前記電極（４、１４）は前記電極フレーム（１、１１）内に配置されて、その周囲が包囲され、
前記電極フレーム（１、１１）は前記膜（２）及び前記バイポーラ板（３）の間に配置されている構成の構造要素において、
前記電極フレーム（１、１１）が少なくとも前記膜（２）と、接着により、材料一体的に接合されていることを特徴とする構造要素。
【請求項２】
前記電極フレーム（１）は、さらにバイポーラ板（３）と材料一体的に接合、好ましくは接着により接合、されていることを特徴とする、請求項１に記載の構造要素。
【請求項３】
前記電極フレーム（１、１１）及び／又は前記バイポーラ板（３）の間の材料一体的接合は、接着フィルムにより、形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の構造要素。
【請求項４】
前記材料一体的接合により、少なくとも前記電極（４、１４）への電解液の供給及び／又は排出を行なうための一又は複数の流路を除いて、前記電極フレーム（１、１１）及び前記膜（２）の間に液密封止が形成され、
好ましくは、前記電極フレーム（１、１１）及び前記膜（２）の間に、周回液密式材料一体的接合が形成されていることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の構造要素。
【請求項５】
前記材料一体的接合により、少なくとも前記電極（４、１４）への電解液の供給及び／又は排出を行なうための一又は複数の流路を除いて、前記電極フレーム（１）及び前記バイポーラ板（３）の間に液密封止が形成され、
好ましくは、前記電極フレーム（１）及び前記バイポーラ板（３）の間に、周回液密式材料一体的接合が形成されていることを特徴とする、少なくとも請求項２に記載の構造要素。
【請求項６】
前記膜（２）は、前記電極フレーム（１、１１）を囲んで重なり合い、
特に前記膜（２）は、前記電極フレーム（１、１１）と２ｃｍ未満しか、より好ましくは１．５ｃｍ未満しか、特に好ましくは１ｃｍ未満しか重なり合っておらず、及び／又は、前記膜は、前記フレームと、前記フレームの長さないし幅を基準として、前記長さ方向及び前記幅方向において１５％未満しか、好ましくは１０％未満しか、より好ましくは５％未満しか重なり合っていないことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の構造要素。
【請求項７】
第一の電極フレームとしての前記電極フレーム（１）、第一の電極としての前記電極（４）、第一のバイポーラ板（３）としての前記バイポーラ板（３）及び前記膜（２）を有し、さらに、少なくとも一つの第二の電極フレーム（１１）及び第二の電極（１４）を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造要素を有する完全一体型の単電池が形成され、
その際、前記単電池は、第一のバイポーラ板、第一の電極（４）を有する第一の電極フレーム（１）、膜（２）、第二の電極（１４）を有する第二の電極フレーム（１１）の順序で直接又は間接に配置された一連の素子からなる層構造を有し、かつ、
その際、少なくとも第一のバイポーラ板及び第一の電極フレーム（１）の間、第一の電極フレーム（１）及び膜（２）の間、並びに膜（２）及び第二の電極フレーム（１１）の間に材料一体的接合、好ましくは接着による接合、が存在し、
特に前記完全一体型単電池は、さらに第二のバイポーラ板を含むと共に、第一のバイポーラ板、第一の電極（４）を有する第一の電極フレーム（１）、膜（２）、第二の電極（１４）を有する第二の電極フレーム（１１）、第二のバイポーラ板の順序で直接又は間接に配置された一連の素子からなる層構造を有し、
その際、好ましくは前記第二のバイポーラ板は第二の電極フレームと材料一体的に接合、好ましくは接着により接合、されている構成の、請求項１から６のいずれか一項に記載の構造要素。
【請求項８】
前記電極フレーム（１、１１）は、前記電極（４、１４）に電解液を供給及び排出するための流路を有し、特に管路として電極フレーム（１、１１）内に形成された流路を有することを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の構造要素。
【請求項９】
上下に重ねて配置された複数の、請求項８に記載の完全一体型単電池からなる、
特に上下に重ねて配置された複数の、材料一体的に接合、好ましくは接着により接合、された、請求項８記載の完全一体型単電池からなる、レドックスフロー電池用の電池スタック。
【請求項１０】
電極（４、１４）を備える電極フレームが膜（２）及びバイポーラ板（３）の間に配置される構成の、レドックスフロー電池用の構造要素の製造方法であって、
前記電極フレーム（１、１１）は、少なくとも膜（２）と接着により、材料一体的に接合されることを特徴とする方法。
【請求項１１】
前記電極フレーム（１）は、さらに前記バイポーラ板（３）と材料一体的に接合、特に接着、されることを特徴とする、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも第一のバイポーラ板としての前記バイポーラ板（３）は第一の電極フレームとしての前記電極フレーム（１）と材料一体的に、好ましくは接着により、接合され、かつ、
前記第一の電極フレームは第一の膜としての前記膜（２）と材料一体的に、好ましくは接着により、接合され、かつ、
前記膜（２）が第二の電極フレーム（１１）と材料一体的に、好ましくは接着により、接合され、
好ましくは、さらに前記第一及び前記第二の電極フレームが直接、材料一体的に互いに、好ましくは接着剤により、接合されることにより、完全一体型単電池が形成されることを特徴とする、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
一体型電池スタックが複数の完全一体型単電池から形成され、
その際、まず、複数の、請求項１２に記載の完全一体型単電池が形成され、
それに続く方法ステップにおいて、前記スタックは一連の単電池から、一方の単電池の前記第二の電極フレームが、前記スタック内において隣接する単電池の前記バイポーラ板（２３）と材料一体的接合により、好ましくは接着により接合されて形成され、
特に一連の前記単電池は接着剤を介在させて隣接配置され、一つの共通の方法ステップにおいて、単電池相互の材料一体的接合が行なわれることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
一体型電池スタックが形成され、
その際、まず、複数の、請求項１２に記載の完全一体型単電池が形成され、
これらの完全一体型単電池は第二のバイポーラ板を備えて形成され、
これらの第二のバイポーラ板は、前記膜とは反対側の面において、好ましくは接着により、第二の電極フレームと材料一体的に接合され、かつ
それぞれ、第一の電極を有する第一の電極フレーム、膜、及び、第二の電極を有する第二の電極フレームを含む複数の中間要素が形成され、
その際、一体型電池スタック内において交互に完全一体型単電池及び中間要素が配置され、
特に電池スタックの第一の要素及び最後の要素は、それぞれ完全一体型単電池であることを特徴とする、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記中間要素の少なくとも一連の素子、すなわち、第一の電極フレーム、膜及び第二の電極フレームが、一体型電池スタックが形成される前に、互いに材料一体的に接合されることを特徴とする、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックスフロー電池用の構造要素及びレドックスフロー電池用の構造要素の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックスフロー電池はレドックスフロー電池に使用される。この場合、一般に複数のレドックスフロー電池が電気的に直列接続されて、電解液により、パラレルに貫流される。こうして、エネルギーの貯蔵及び放出を行なうことができる。したがって、レドックスフロー電池は、二つの電極フレーム、二つの電極、一つのイオン交換膜及び二つのバイポーラ板ないしエンドプレートからなる少なくとも一つの構造要素を有する。電極は電極フレーム内に配置され、こうして、その周囲が電極フレームにより、包囲される。電極を備える電極フレームは膜及びバイポーラ板の間に配置される。
【０００３】
作動中、電極は一般に電解液により、貫流され、電解液は電極フレーム内に形成された管路を経て供給、排出される。
【０００４】
この種のレドックスフロー電池は、Ｔ．Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ、“Ｒｅｄｏｘ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ  ｆｏｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ”、Ｓｅｉ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ、Ｎｏ．７３、２０１１年１０月、ｐ．４〜ｐ．１３、特に図２及び図３並びにその説明、から知られている。
【０００５】
この種の電気化学的電池スタックシステムの複雑性により、それを工業的規模の製造プロセスへ転換することは困難である。同じくその保守にも手間がかかると共にコスト高である。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｔ．Ｓｈｉｇｅｍａｔｓｕ、“Ｒｅｄｏｘ  Ｆｌｏｗ  Ｂａｔｔｅｒｙ  ｆｏｒ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｓｔｏｒａｇｅ”、Ｓｅｉ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ、Ｎｏ．７３、２０１１年１０月、ｐ．４〜ｐ．１３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の課題は、欠陥電池の発生リスクを低下させ、かくて工業的規模の製造プロセスの実現を容易とする、レドックスフロー電池用の構造要素及びレドックスフロー電池用の構造要素の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題は、請求項１に記載のレドックスフロー電池用の構造要素及び請求項１０に記載のレドックスフロー電池用の構造要素の製造方法により、達成される。該構造要素の有利な実施態様は請求項２から１０に記載したとおりである。該方法の有利な実施態様は請求項１２から１５に記載したとおりである。これにより、いっさいの請求項の内容は本引証により、明確に本願明細書に含まれることとする。
【０００９】
本発明によるレドックスフロー電池用の構造要素は、好ましくは本発明による方法により、特に該方法の好ましい実施形態により、製造される。本発明による方法は、好ましくは、本発明による構造要素を製造するために、特に該構造要素の好ましい実施形態を製造するために、形成されている。
【００１０】
本発明は、レドックスフロー電池とは加圧下で電解液により、貫流される多要素システムであり、そのため、従来の技術によるレドックスフロー電池にあっては多数のシーリング素子が必要であるとの認識を基礎としている。同じく、例えば当該電極フレームへの又は二つの電極フレーム間への電極の正確な嵌め合い配置が不可欠であるために、この場合にも、かなりの程度のエラー発生源が存在する。
【００１１】
本発明によるレドックスフロー電池用の構造要素は、一つの電極フレーム、一つの電極、一つの膜及び一つのバイポーラ板を有する。電極は電極フレーム内に配置され、該フレームにより、周囲が包囲される。電極フレームは、膜及びバイポーラ板の間に配置されている。こうした部分構造は、基本的に、従来の技術によるレドックスフロー電池にあっても知られている。該構造要素は、したがって、少なくとも半電池として形成されている。
【００１２】
枢要な点は、電極フレームが接着により、少なくとも膜と材料一体的に接合されていることである。
【００１３】
これにより、従来公知のレドックスフロー電池と比較して、相当の利点が得られるが、それは、電極フレーム及び膜の間の材料一体的接合領域にシーリングが不要であり、電極フレーム及び膜の間の材料一体的接合により、レドックスフロー電池の組付けが相当簡易化され、こうして、工業的製造プロセスの実現が可能となると共に、材料一体的接合が漏出の点で従来のシーリングの使用と比較して低リスクであり、それゆえに、故障発生確率及び保守コストが低減されることになるからである。さらに、膜と電極フレームの材料一体的接合により、従来のシーリングを使用した同じ構造のレドックスフロー電池と比較して、より小さな面積の膜の使用が可能になる。しかも、レドックスフロー電池のコストは膜のコストにより、大きな影響（一般に、約２０％）を受けるため、膜の材料節約は大幅なコスト低下をもたらすことになる。
【００１４】
さらに、膜と電極フレームの材料一体的接合により、例えば材料一体的接合時の膜／電極フレームの層システムを、膜及び電極フレームの間にシーリングを使用する場合と比較して薄層化することが実現可能となり、そのために、構造のコンパクト化が達成される。
接着による電極フレームと少なくとも膜間の材料一体的接合はさらに、以下に述べるようなその他の利点を有している：
−     工業的製造プロセスに注目すれば、接着剤が全自動で塗設可能であることにより、大幅な労働時間とコストの削減が可能であることがわかる。これはあらゆる種類の接着剤に当てはまる。特にさらに以下に述べるように、極めて効率的なプロセスとして、特に好ましくは、接着されるべき部材がロールニップを通して半連続的に接合されるロール・ツー・ロール・プロセスとして、接着膜の使用を実現することが可能である。さらに、これらの利点は、特に粘性構造用接着剤の使用時、特にエポキシ樹脂、アクリレート、ポリウレタン、シリコン、シラン修飾ポリマーのグループのうちの一つ又は複数の要素をベースとした一つ又は複数の接着剤の使用時に提供される。
−     全面的に接着されたスタックの形成は外部補強の減少又は除去さえも可能にする。これは必要な部材点数の減少をもたらすと共に、それにより、コスト及びスタック全体の重量低下ももたらす。さらに、（特に構造部材点数の減少に起因する）速やかな組立て組付けにより、コストの節減も達成することができる。さらに、スタックが接着されることにより、圧縮荷重の低下又は欠如により、機械的にあまり高級でない材料が使用できるため（圧縮荷重が高い場合には、通例の多くのプラスチックは塑性流れを生じやすい）、極めて安価な材料の使用が可能である。
−     接着剤により、熱接合法になじまない材料の接合が可能である。溶接不能材料への適用の可能性は、例えば電極フレームに関する。
−     異なった材料を接着により、互いに接合することが可能である。溶接とは異なり、熱可塑性プラスチックが不要となるだけでなく、同じ又は少なくとも類似の融解温度を有する材料も不要である。したがって、材料に求められる要件は低度である。
−     接合部材は高温に曝露されることがなく、それゆえ、材料変形は生じず、特性変化／分解も生じない。
−     非常に薄肉の構造部材の接合が可能である（材料節約及び軽量化の点で有利であり、また、それによるコスト節減も可能である）。他方、溶接は、例えば少なくとも比較的小さな接合領域を有し、一般に、出発材料が非常に薄肉（貧材料）であれば適用不能である。
−     接着接合は同時にシーリングとして機能することが可能である。接着接合によれば、レドックスフロースタックのあらゆる要素との材料一体的接合による結合が可能である。さらに、広い面積におよぶ接合と、それによる著しく耐故障性のあるシーリングが可能である。
−     接着接合の負荷面に関する機械的な力分布は、溶接接合と比較して、少なくとも著しく大きい。これにより、また、構造部材の寸法設計を小型化することが可能になると共に、材料及びコスト節減をもたらすことが可能である。
【００１５】
本発明によるレドックスフロー電池用の構造要素の製造方法において、電極を備えた電極フレームは、膜とバイポーラ板の間に配置される。枢要な点は、電極フレームが少なくとも膜と、接着により、材料一体的に接合されることである。これにより、上述した利点がもたらされる。
【００１６】
上述した利点は、本発明による構造要素の好ましい実施態様において、電極フレームが、好ましくは接着により、さらにバイポーラ板と材料一体的に接合されている場合に、より強力な形で現れる。したがって、これにより、容易な取り扱い、特に複数の電池からスタックを製造する際の組付けの簡易化、よりコンパクトな構造及び高度に安定した液密接合等の一連の利点が、電極フレーム及びバイポーラ板の間の接合においても達成可能である。
【００１７】
したがって、好ましくは、本発明による方法において、さらに、電極フレームはバイポーラ板と、好ましくは接着により、材料一体的に接合される。
【００１８】
ただし、電極フレーム及び／又はバイポーラ板の間の材料一体的接合は接着により、形成されているのが特に有利である。これにより、一方において、安定した、耐久的液密性のある材料一体的接合を容易に達成することができる。さらに、工業的製造技術による容易な実現が、一つ又は複数の一体接合されるべき要素に接着剤を塗設し、続いて、相互圧接、特に双方の要素をプレスすることにより、可能である。
【００１９】
ただし、膜保護的方法、特に熱の作用も、特に膜の融解も行なわれない方法が使用されるのが好ましい。この場合、接着による材料一体的接合は、接着プロセスの際に接着されるべき材料への熱伝達が生じないかもしくはごく僅かにしか生じないために、さらなる利点をもたらすことになる。
【００２０】
この場合、接着による材料一体的接合を接着技術手法により、特に接着剤の自動的な定量分配、吹付け又はドクター塗布によるか又はトランスファー接着により、形成することは本発明の範囲に属する。接着剤としては、特に物理結合接着剤及び／又は化学硬化接着剤及び／又は粘着接着剤を使用することが可能である。
【００２１】
材料一体的接合の形成に接着フィルムを使用するのが特に有利である。接着フィルムは容易な取扱いが可能である。特に有利には、接着フィルムはあらかじめ材料一体的接合用の所望の面形状に形成しておくことができるため、容易かつ耐故障性のある態様で、所望の領域における材料一体的接合の形成を可能とすることができる。
【００２２】
本発明による構造要素のさらに別の好ましい実施形態において、少なくとも電極に電解液を供給及び／又は排出するための一つ又は複数の流路を除いて、材料一体的接合により、電極フレーム及び膜の間に液密封止が形成されている。したがって、この好ましい実施形態において、膜及び電極フレームの間の材料一体的接合は、必要に応じ、電極フレーム及び膜の間の電解液が電極に流入及び／又は流出するための領域を残して、基本的に周回式に形成されている。
【００２３】
ただし、この特に好ましい態様において、電極フレーム及び膜の間に周回式の、特に完全周回式の液密式材料一体的接合が形成されるようにすべく、膜に電解液を誘導及び排出するための管路を電極フレーム内に形成するのが特に好ましい。
【００２４】
これにより、いずれにせよ電極フレーム及び膜の間に補助的なシーリングを使用することは不要になる。
【００２５】
この利点は、さらに別の好ましい実施形態において、少なくとも電極に電解液を供給及び／又は排出するための一つ又は複数の流路を除いて、材料一体的接合により、電極フレーム及びバイポーラ板の間に液密封止が形成されることにより、好ましくは電極フレーム及びバイポーラ板の間の接合にも転用される。この場合にも、電解液を供給及び／又は排出するための導管が電極フレーム内に形成され、電極フレーム及びバイポーラ板の間に周回式の、特に完全周回式の液密式材料一体的接合が形成されているのが特に有利である。この場合にも、電極フレーム及びバイポーラ板の間のシーリングを不要とすることができることにより、大きな利点が得られる。
【００２６】
したがって、電極フレームを、膜とも同じくバイポーラ板とも、それぞれ、好ましくは接着による完全周回式の液密式材料一体的接合を介して形成するのが特に有利であり、これにより、いずれにせよ、これらの要素間にさらなるシーリングは不要となる。
【００２７】
先に述べたように、コスト、特に膜の材料コストは、レドックスフロー電池の総コストのうちのかなりの割合を占めている。したがって、膜がフレームを周回し、しかも、フレームと僅かにしか重なり合っていないのが有利である。同じ理由から、フレームの面に関して、膜がフレームと、長さ方向においても幅方向においても、フレームの長さないし幅を基準として、１５％未満しか、好ましくは１０％未満しか、より好ましくは５％未満しか重なり合っていないのが有利である。レドックスフロー電池の通例の寸法において、膜がフレームを周回し、しかも、フレームと２ｃｍ未満しか、より好ましくは１．５ｃｍ未満しか、特に１ｃｍ未満しか重なり合っていないのが有利である。
【００２８】
膜のこうした態様は、先に説明した周回式の材料一体的接合による膜及び電極フレームの間の結合において特に有利である。
【００２９】
少なくとも電極フレームと膜及び、特にさらに加えて電極フレームとバイポーラ板の材料一体的接合は、電極と電極フレームとの材料一体的接合及び／又は電極フレームと膜との間又は電極フレームとバイポーラ板との間における電極のプレスなしに、電極フレーム内への電極の配置を可能にする。これにより、製造経過が簡易化される。これとは関わりなく、好ましくは、良導性電気的接触を形成するための電極及びバイポーラ板の間の圧着力は、組み付けられた状態において電極が、組み付けられた状態におけるバイポーラ板及び膜の間の間隔よりも大きい厚さを有することにより、達成される。
【００３０】
したがって、好ましくは、電極は次のようにして、つまり、電極が、単に、相補係合により、側方では電極フレームにより、保持され、電極面に対して垂直方向には、一方でバイポーラ板により、他方で膜により、保持され、特に相補係合保持されるようにして、構造要素内に配置されている。
【００３１】
さらに別の好ましい実施形態において、一つの完全一体型単電池が形成される。そのため、本発明による構造要素は、第一のバイポーラ板としてのバイポーラ板、第一の電極フレームとしての電極フレーム、第一の電極としての電極及び膜に加えて、少なくとも一つの第二の電極フレーム及び第二の電極を備えて形成される。この完全一体型単電池は、第一のバイポーラ板、第一の電極を有する第一の電極フレーム、膜、第二の電極を有する第二の電極フレームの順序で直接又は間接に配置された一連の素子からなる層構造を有する。さらに、少なくとも第一のバイポーラ板及び第一の電極フレームの間、第一の電極フレーム及び膜の間並びに膜及び第二の電極フレームの間に材料一体的接合が形成されている。この場合、第一及び第二の電極フレームの間に接着剤を設けることは本発明の範囲に属し、その際、膜は接着剤中に嵌め込まれている。同じく、特に相対的に厚い膜を使用する場合には、別法として又はさらに加えて、膜の両側の辺縁領域に、一方において第一の電極フレーム及び他方において第二の電極フレームとの接合用に接着剤を使用することができる。さらに別の好ましい実施形態において、最後に、一つのバイポーラ板又はエンドプレートが第二の電極フレームに取り付けられ、特に好ましくは接着により、取り付けられる。
【００３２】
この種の完全一体型単電池は、第一のステップにおいて複数のこの種の完全一体型単電池を形成することができるという利点を有する。続いて、簡易かつ工業的製造技術により、実現可能な方法で、一方の完全一体型単電池の第二の電極フレームが隣接する完全一体型単電池のバイポーラ板に配置され、こうして、容易な方法で、直列に配置された複数の完全一体型単電池を含んでなる層構造を実現することができることにより、一体型電池スタックを形成することが可能である。
【００３３】
上述した態様の完全一体型単電池は、等しく形成された完全一体型単電池を隣接して配置することが可能であり、したがって、方法技術的に低廉な方法で、同一要素の連続配置により、電池スタックを形成することができるという利点を有する。
【００３４】
別の態様において、完全一体型単電池はさらに第二のバイポーラ板を備えて形成される。この第二のバイポーラ板は、第二の電極フレームの膜とは反対側に間接又は好ましくは直接に配置され、好ましくは、第二の電極フレームと材料一体的に接合されている。このようにして拡大された完全一体型単電池は、両端がそれぞれバイポーラ板により、封止被覆されるため、さらに簡易な取扱いが可能であるという利点を有する。
【００３５】
電池スタックを形成するために、さらに、それぞれ第一の電極を有する第一の電極フレーム、膜及び第二の電極を有する第二の電極フレームを含む複数の中間要素が形成される。これらの要素は、間接又は好ましくは直接に、第一の電極を有する第一の電極フレーム、膜、第二の電極を有する第二の電極フレームの層の順序で形成されている。次いで、電池スタックを製作するために、それぞれ二つの、先に述べたように拡大された完全一体型単電池の間に、それぞれ一つの中間要素が配置され、こうして、中間要素は、両側において、それぞれ隣接する拡大されて形成された完全一体型単電池のバイポーラ板に接することになる。取扱いをいっそう容易にするために、少なくとも以下の素子、つまり第一の電極フレーム、膜及び第二の電極フレームも好ましくは互いに材料一体的に接合されている。
【００３６】
この場合、上述した完全一体型単電池を、必要に応じ中間要素を介在させて、連続して配置し、それ自体公知の方法で、例えば従来の技術から公知のスクリューロッドの使用下でプレスすることは本発明の範囲に属する。これにより、一方においてプレスの弛め、例えばスクリューロッドの弛めにより、保守が可能であり、しかもこの場合、先に述べた材料一体的接合により、完全一体型単電池が形成されているために、非常に少数の個別部品を扱いさえすればよいという利点が得られる。したがって、完全一体型単電池使用時の利点は、性能の劣った電池又は機能障害が電池中に確認されれば、容易に保守及び交換を行なうことができるということである。したがって、スタック全体を取り替える必要はない。これは、従来のシーリングを有する電池と比較して、特に有利である。
【００３７】
特にこの場合、完全一体型単電池が材料一体的接合なしで連続配置されている領域、つまり、特に第一の完全一体型単電池の第二の電極フレーム及び隣接する第二の完全一体型単電池のバイポーラ板の間に液密封止を形成するためのシーリング、特に好ましくは、Ｏリングシールが使用される領域において、上記は有利な方法である。
【００３８】
この場合、好ましい実施形態において単電池が接着剤を介在させて互いに接して配置され、かつ、一つの共通の方法ステップにおいて単電池相互の材料一体的接合が好ましくは接着により、行なわれることにより、特に低コストの製造態様が実現される。
【００３９】
複数の、特にいっさいの上述した材料一体的接合は、好ましくは、接着により、形成される。
【００４０】
接着剤としては、好ましくは、粘性構造用接着剤が使用され、特にエポキシ樹脂、アクリレート、ポリウレタン、シリコン、シラン修飾ポリマーのグループのうちの一つ又は複数の要素をベースとした一つの接着剤又は複数の接着剤が使用される。特にこうした接着剤は、工業的製造プロセスに際し、（全）自動ディスペンサにより、効率的かつ低コストで塗設可能である。
【００４１】
接着フィルムとしては、好ましくは、両面に接着剤がコートされたキャリアフィルムが使用される。この場合、好ましくは、アクリレート系接着剤が使用される。キャリアフィルムとしては、特にプラスチックフィルムが適している。
【００４２】
以下、一連の実施例及び図面を参照して、その他の好ましい特徴及び実施形態を説明する。各図は以下を示している。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】一枚の共通の膜を有するレドックスフロー電池用の二つの構造要素の第一の実施例を示す図であり、図中、電極は示していない。
【図２】図１に示した実施例を電極と共に示す図である。
【図３】図１に示した切断線Ａによる断面図である。
【図４】図１に示した切断線Ｂによる断面図である。
【図５】図２に示した切断線Ｃによる断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
全ての図面は概略図である。図１から図５において、同一の符号は同一の素子又は同一作用を有する素子を表している。
【００４５】
図１及び図２は、個々の層の配置及び形態をよりよく表すことができるように、分解斜視図を示している。
【００４６】
図１には、レドックスフロー電池用の本発明による構造要素の一実施例が分解図の形で示されている。該実施例は、一つの電極フレーム１、一枚の膜２及び一枚のバイポーラ板３を含んでいる。電極フレームは、電極を収容するために、空所を有している。該空所は、図２において、フェルトパッド電極として形成された電極４により、表されている。
【００４７】
したがって、電極４は、電極フレーム１により、周囲が包囲されている。さらに、電極フレーム１は、膜２及びバイポーラ板３の間に配置されている。
【００４８】
電極フレーム１は接着フィルム５により、バイポーラ板３と相補密着接合されている。これにより、電極フレーム１及びバイポーラ板３の間の液密接合も提供されるため、使用時に電極フレーム１内に形成される（不図示の）管路により、電極４に供給される電解液は、それゆえ、電極フレーム１及びバイポーラ板３の間で漏出することはない。したがって、接着フィルム５は、従来の技術において通例の、電極フレーム１へのバイポーラ板３の配置に係わるスクリューロッドの機能と共に、さらに、従来の技術において通例の、電極フレーム１及びバイポーラ板３の間のＯリングシーリングの機能を引き受けている。
【００４９】
図１に示した構造要素により、さらに、付加的に第二の電極フレーム１１と第二の電極１４が設けられることにより、完全一体型の単電池が形成されている。
【００５０】
したがって、この完全一体型単電池は、第一のバイポーラ板としてのバイポーラ板３、第一の電極フレームとしての電極フレーム１及び膜２を有すると共に、さらに加えて、図２に示したように、第二の電極１４を有する第二の電極フレーム１１を有している。
【００５１】
すでに先に説明した、第一の接着フィルムとしての接着フィルム５による第一の電極フレーム１とバイポーラ板３との材料一体的接合にさらに、第二の電極フレーム１１が第二の接着フィルム１５により、膜２と材料一体的に接合されている。
【００５２】
膜２は、以下において図３から図５に関連して詳細に説明するように、電極フレーム１１とも、同じく電極フレーム１とも、ごく僅か、特にフレームの全長を基準として、長さ方向（ｘ方向）にも、同じく、フレームの全幅を基準として、幅方向（ｙ方向）にも、１０％未満しか重なり合っていない。
【００５３】
これにより、第二の接着フィルム１５は、第一の電極フレーム１を第二の電極フレーム１１と材料一体的接合すると同時に、膜２を第二の電極フレーム１１と材料一体的接合する機能を果たしている。これにより、総合的作用として、膜２はまた、確実に第一の電極フレーム１とも接合されている。
【００５４】
さらに、第二の接着フィルム１５は、第一の電極フレーム１、第二の電極フレーム１１及びそれらの間に位置する膜２の間のシーリングとしても機能する。
【００５５】
本発明による方法の一実施例において、上述した完全一体型単電池により、まず複数の単電池が形成される（例えば１０個）。続いて、これらの完全一体型単電池は、それぞれさらに別の接着フィルムを介在させて、上下に重ねて配置される。
【００５６】
図１及び図２には、（完全には図示されていない）隣接配置された、さらに別の完全一体型単電池に属するあるいはエンドプレートとして使用されるそれぞれ一枚のさらに別のバイポーラ板２３が表されている。このさらに別のバイポーラ板２３及びその上方の完全一体型単電池の第二の電極フレーム１１の間には、第二の電極フレーム１１をさらに別の単電池のさらに別のバイポーラ板２３と材料一体的接合するための第三の接着フィルム２５が配置されている。
【００５７】
こうして、レドックスフロー電池を形成するための、上下に重ねて配置された一連の単電池のスタックを低コストで形成することができる。この場合、機械的安定性は接着フィルム（５、１５、２５）を介して保障されている。さらに、さらに別の好ましい実施形態において、例えばバイポーラ板及び電極フレームの隅の領域には、上述した素子をさらに補助的に圧接するために、スクリューロッドを螺挿することのできる穴が設けられていてよい。例えば、図１には、その種のスクリューロッドを受け入れる二つの穴７ａ及び７ｂが示されている。
【００５８】
別の実施例において、第三の接着フィルム（２５）はフラットシーリング（不図示である）に代えられ（Ｏリングとして形成されたシーリングの使用も同じく本発明の範囲に属する）、第二の電極フレーム（１１）は、このＯリングシーリングを局所固定するための相応したガイドレールを有している。したがって、この場合、完全一体型単電池の素子は、第一の接着フィルム（５）と第二の接着フィルム（１５）により、互いに材料一体的に接合されているだけである。他方、スタック構造内の完全一体型単電池は、上述したスクリューロッドにより、互いに圧接され、その際、それぞれ中間配置されたＯリングシーリングは、完全一体型単電池の第二の電極フレーム（１１）及び隣接する完全一体型単電池のバイポーラ板（２３）の間の作動時の使用電解液に対する相応したシーリング効果をもたらす。
【００５９】
図２には、上述したように、図１に示した分解図が、第一の電極フレーム（１）内に配置された第一の電極（４）及び第二の電極フレーム（１１）内に配置された第二の電極（１４）と共に示されている。
【００６０】
図３は、図１に示した切断線（Ａ）に沿った断面図を示している。この場合、切断面は第一のバイポーラ板（３）に対して垂直をなし、したがって、第一のバイポーラ板（３）と平行をなしている一連の素子、第一の接着フィルム（５）、第一の電極フレーム（１）、膜（２）、第二の接着フィルム（１５）、第二の電極フレーム（１１）、第三の接着フィルム（１５）及びさらに別のバイポーラ板（２３）に対しても垂直をなしている。
【００６１】
図３から図５は、同じく、分かりやすさを優先させて、分解図により、示した個々の素子を、互いに離間させた形で再現したものである。実際には、これらの個々の素子は互いに直接に密着している。
【００６２】
図３からわかるように、膜２は両側において、その他の素子の外側辺縁に対して間隔ｘを有している。したがって、特に第二の接着フィルム１５ならびに双方の電極フレーム１及び１１は、膜２に覆いかぶさっている。したがって、これにより、第二の接着フィルム１５により、一方において、膜２は第二の電極フレーム１１と材料一体的に接合される。同様に、ただし少なくとも辺縁領域において、第二の電極フレーム１１は、第二の接着フィルム１５により、第一の電極フレーム１と材料一体的に接合される。
【００６３】
図４は、図１に示した切断線Ｂによる断面図を示しており、その際、この場合にあっても、切断面はバイポーラ板３に対して垂直をなしている。
【００６４】
この断面図から、電極フレーム１及び１１が電極を収容する空所を有する領域において、膜もまた、その周側において、双方の電極フレームと間隔Ｙだけ重なり合っていることがわかる。
【００６５】
したがって、長さＹだけ重なり合っていることにより、容易に、膜２は第二の接着フィルム１５により、電極フレーム１１と材料一体的に接合されることができる。
【００６６】
さらに、膜２の外側辺縁及び特に電極フレーム（１、１１）の外側辺縁の間の間隔Ｘの存在により、上述したように、一方において、二つの電極フレーム同士の材料一体的接合ならびに膜と第二の電極フレーム１１との材料一体的接合のために、単に一つの接着フィルムのみを使用することが可能になる。さらに、これにより、例えばバイポーラ板（３）の全体の大きさと同じ大きさの膜の形成と比較して、膜２の材料節約が達成される。
【００６７】
すでに先に触れたように、膜２の材料コストはレドックスフロー電池の総コストのうちのかなりの部分を占めるために、これにより、顕著なコスト節減を達成することが可能である。
【００６８】
図５は、図２に示した切断線Ｃによる断面図を示したものである。この場合にも、切断面は、バイポーラ板３に対して垂直をなしている。したがって、図５に示した断面図は図４に示した断面図と同等であるが、ただしこの場合には、電極フレーム（１、１１）に配置された電極（４、１４）が表されている。同図から、接着フィルム（５、１５及び２５）は電極４及び電極１４を覆っていないことがわかる。したがって、接着フィルムは、電極フレームが電極を収容するために有するのと同じ空所を有している。これにより、電極のくっつきが回避される。
【００６９】
特に図１及び図２からわかるように、接着フィルム（５、１５及び２５）は、それぞれの隣接した素子間において、周回式の連続的シーリングを形成し、したがって、すでに公知の従来の技術による独立したＯリングシーリングと同様に機能する。
【００７０】
特にスクリューロッドを受け入れる穴７ａ及び７ｂは接着フィルムの辺縁領域を完全には貫通していないために、周回式のシーリング効果が保障されている。
【図１】
2018508957.tif 000003
【図２】
2018508957.tif 000004
【図３】
2018508957.tif 000005
【図４】
2018508957.tif 000006
【図５】
2018508957.tif 000007
【国際調査報告】
2018508957.tif 000008
2018508957.tif 000009
2018508957.tif 000010
2018508957.tif 000011