AT528010A4 - Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression mit poröser Transportschicht - Google Patents
Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression mit poröser TransportschichtInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) und ein Verfahren zur elektrochemischen Kompression und/oder Aufreinigung von Wasserstoff, die Vorrichtung (1) umfassend eine erste Halbzelle (2), eine zweite Halbzelle (3) und eine, die erste Halbzelle (2) und die zweite Halbzelle (3) trennende Membran (5), wobei die Membran (5) eine, der ersten Halbzelle (2) nächstliegende semipermeable erste Membranschicht (10) und eine poröse Transportschicht (11) zum Transport von Wasser mittels Kapillareffekt umfasst, wobei die poröse Transportschicht (11) mittels einer Transportstruktur (12) mit einem Wasserreservoir (14) fluidisch gekoppelt ist, sodass die erste Membranschicht (10) mit Wasser aus dem Wasserreservoir (14) befeuchtbar ist.
Description
Kompression und/oder Aufreinigung von Wasserstoff.
Vorrichtungen zur elektrochemischen Kompression von Wasserstoff nach dem Stand der Technik weisen wenigstens zwei durch eine elektrolytgefüllte Membran getrennte Elektroden auf, wobei jede Elektrode in einer Halbzelle aufgenommen ist, wobei über die Membran ein Ladungsaustausch stattfindet. Um die Prozesssicherheit und Standzeit einer Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression nicht negativ zu beeinflussen, muss die Befeuchtung der Membran mittels Wasser sichergestellt sein, sodass eine Beschädigung durch Austrocknung vermeidbar ist und weiterhin die Effektivität der Kompression bzw. Aufreinigung gewährleistet ist. Bei Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung nach dem Stand der Technik ist es daher bislang immer erforderlich, entweder eine hohe Wassermenge in die Halbzellen, bzw. insbesondere in die Halbzelle eines Halbzellenpaares, welche einen höheren Druck als die andere Halbzelle aufweist, einzubringen, beispielsweise durch Flutung der Halbzelle mit Wasser in die Halbzelle mit geringerem Druck, oder eine Fördervorrichtung zur gezielten Förderung von Wasser in die Halbzelle mit geringerem Druck, die beispielsweise eine Pumpe umfasst, direkt an oder in die Membran zu verwenden, oder durch Befeuchtung des einzubringenden Wasserstoffgases. Ein Betrieb der Fördervorrichtung, beispielsweise der Pumpe, oder auch die aktive Befeuchtung des zur Kompression bzw. Aufreinigung vorgesehenen Wasserstoffgases erfordert einen zusätzlichen apparativen Aufwand und einen zusätzlichen Energieaufwand. Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mittels derer eine sichere und effiziente
Kompression von Wasserstoff ermöglicht ist.
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chen gelöst.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression und/oder Aufreinigung von Wasserstoff umfasst eine erste Halbzelle, eine zweite Halbzelle und eine, die erste Halbzelle und die zweite Halbzelle ttrennende Membran, wobei in der ersten Halbzelle eine erste Elektrode angeordnet ist und in der zweiten Halbzelle eine zweite Elektrode angeordnet ist, wobei die erste Elektrode, die Membran und die zweite Elektrode eine Membran-Elektroden-Einheit MEE ausbilden, wobei die erste Halbzelle, die zweite Halbzelle und die MEE eine erste elektrochemische Zelle ausbilden, und wobei die Membran eine, der ersten Halbzelle nächstliegende erste semipermeable Membranschicht und eine poröse Transportschicht zum Transport von Wasser mittels Kapillareffekt umfasst, wobei die poröse Transportschicht mittels einer Transportstruktur mit einem Wasserreservoir fluidisch gekoppelt ist, sodass die erste Membranschicht mit Wasser aus dem Was-
serreservoir befeuchtbar ist.
Es kann dabei vorgesehen sein, dass die poröse Transportschicht selbst die Transportstruktur ausbildet. Beispielsweise kann das Wasserreservoir in einem Teilbereich der zweiten Halbzelle ausgebildet sein. So kann im Betrieb der Vorrichtung Wasser in diesem Teilbereich der zweiten Halbzelle angeordnet sein. Die poröse Transportschicht kann dabei, bei entsprechender räumlicher Anordnung der Vorrichtung, Wasser aus dem Wasserreservoir durch dessen Fähigkeit für einen Kapillareffekt aufnehmen und so die erste Membranschicht mit Wasser benetzen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Transportstruktur als Teil der porösen Transportschicht ausgebildet ist, wobei sich die Transportstruktur ausschließlich über einen Bereich der ersten Membranschicht erstreckt, der jedenfalls im Betrieb der Vorrichtung im Bereich des Wasserreservoirs positioniert ist, Sodass die Transportstruktur vollständig mit Wasser benetzt ist. Dadurch wird vermieden, dass Wasserstoff aus der zweiten Halbzelle mit höherem Druck als in der ersten Halbzelle zu einem überwiegenden Teil an Stelle von Wasser in die Trans-
portstruktur eindringen kann.
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porösen Transportschicht besteht.
Jedenfalls wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Vorrichtung erreicht, dass einerseits ein prozessbedingtes Überfluten bzw. Fluten der zweiten Halbzelle mit Wasser verhindert wird, und dass andererseits die Membran bzw. die erste Membranschicht vor Austrocknung durch Befeuchtung mittels der porösen Transportschicht geschützt wird. Dadurch wird einerseits die Betriebssicherheit der Vorrichtung verbessert, die Effizienz durch ständige Befeuchtung der Membran erhöht und somit andererseits auch in weiterer Folge die Standzeit der Vorrichtung erhöht. Zusätzlich wird so die erste Halbzelle vor einer Austrocknung
derselben geschützt.
Des Weiteren kann es zweckmäßig sein, wenn die Membran eine zweite Membranschicht umfasst, wobei die poröse Transportschicht zwischen der ersten semipermeablen Membranschicht und der zweiten Membranschicht angeordnet ist. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die zweite Membranschicht als semipermeable Membranschicht ausgebildet ist. Die poröse Transportschicht ist somit zwischen den beiden vorzugsweise semipermeablen Membranschichten eingebettet, wobei weiterhin eine fluidische Kopplung der porösen Transportschicht mit der
Transportstruktur besteht.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung eine dritte Halbzelle mit einer dritten Elektrode und eine vierte Halbzelle mit einer vierten Elektrode umfasst, wobei die dritte Halbzelle und die vierte Halbzelle mit einer weiteren Membran mit einer porösen Transportschicht getrennt sind, wobei die poröse Transportschicht der weiteren Membran mit der Transportstruktur fluidisch gekoppelt ist, wobei die weitere Membran insbesondere baugleich der Membran zwischen der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle ist. Dritte Halbzelle, vierte Halbzelle mit entsprechenden Elektroden und dazwischenliegender weiterer Membran bilden eine zweite elektrochemische Zelle, wobei die zweite Halbzelle der ersten elektrochemischen Zelle und die dritte Halbzelle der zweiten elektrochemischen Zelle flui-
disch gekoppelt sind, sodass Wasserstoff von der zweiten Halbzelle in die dritte
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stellt ist.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die Transportstruktur ein Fluidkanal ist. Durch diese einfache Maßnahme kann Wasser von jedwedem Wasserreservoir bereitgestellt werden. Weiters kann auch eine mehrzellige Vorrichtung, die mehr als zwei Halbzellen umfasst, derart einfach aufgebaut werden, sodass jede poröse Transportschicht auf einfache Weise mit Wasser versorgbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der Fluidkanal aus porösem Material ausgebildet ist oder damit ausgefüllt ist. So kann der Fluidkanal selbst eine Kapillarwirkung aufweisen, sodass ein jeweils höheres Druckniveau einer Halbzelle den Wassertransport in Wirkverbindung mit dem Kapillareffekt des porösen Materials begünstigt. Somit kann die Vorrichtung auch bei einer mehrzelligen Ausbildung mit mehr
als zwei Halbzellen im Speziellen pumpenfrei ausgebildet sein.
Vorteilhaft ist auch eine Ausprägung, gemäß welcher vorgesehen sein kann, dass die Transportstruktur von wenigstens einem Durchbruch durch die zweite Membranschicht ausgebildet ist, wobei ein Sammelbereich für Wasser in der zweiten Halbzelle als Wasserreservoir ausgebildet ist oder respektive in der zweiten Halbzelle und in der vierten Halbzelle jeweils als Wasserreservoir ausgebildet ist. Durch einen derartigen Durchbruch ist Wasser von der porösen Transportschicht
aufnehmbar. Es kann in diesem Zusammenhang auch noch vorgesehen sein,
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portstruktur aufnehmbar ist.
Gemäß einer Weiterbildung ist es möglich, dass der wenigstens eine Durchbruch mit einem diffusionsdurchlässigen oder einem, einen Kapillareffekt ermöglichenden porösen Schaum oder mittels Hohlfasern aus Polyethersulfon PESU gefüllt ist. Ferner kann es zweckmäßig sein, wenn die poröse Transportschicht aus PoIyethersulfon PESU ausgebildet ist, wobei die poröse Transportschicht insbesondere Hohlfasern aus PESU umfasst. Alternative Materialien zu Polyethersulfon für poröse Kapillaren in Elektrolyseanwendungen sind Polysulfon, Polyimid, mesoporöses Siliziumdioxid und mesoporöser Kohlenstoff. Polysulfonmaterialien, insbesondere wenn sie mit Polyimiden gemischt werden, bieten neuartige makro- und mesoporöse Strukturen mit einstellbaren Porengrößen, wodurch sie als poröse Transportschicht oder Füllmaterial für die Transportstruktur geeignet sind. Darüber hinaus haben sich mesoporöses Siliziumdioxid (MCM-41) und mesoporöser Kohlenstoff (CMK-3) als wirksame Adsorbentien mit ausgeprägten Porenmerkmalen erwiesen, die für die Entfernung spezifischer Verbindungen wie Dibenzothiophen und seiner Sulfon-Derivate von Vorteil sind, was ihre Vielseitigkeit in Adsorptionsund Filtrationsprozessen zeigt und somit ebenfalls für die Verwendung als poröse Transportschicht oder Füllmaterial für die Transportstruktur geeignet sind. Die Kombination aus hoher Oberfläche, einstellbaren Porengrößen und chemischer Stabilität macht diese Materialien zu vielversprechenden Alternativen zu PESU für den Einsatz in porösen Kapillaren. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass die semipermeable Membranschicht als Protonen-Austausch-Membran PEM oder als Anionen-Austausch-Membran AEM ausgebildet ist, wobei die Membran durch Verkleben, Verschweißen oder Laminieren der einzelnen Schichten als einstückige Membran ausgebildet ist. Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Elektroden aus, für Wasser diffusionsdurchlässigem Material, insbesondere aus
porösem Metallschaum ausgebildet sind.
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tur aufgenommenem Wasser befeuchtbar ist.
Gemäß einer besonderen Ausprägung ist es möglich, dass aufgenommenes Wasser mittels einer, die poröse Transportschicht und die erste Halbzelle fluidisch koppelnde weiteren Transportstruktur durch den Kapillareffekt der porösen Transportschicht in die erste Halbzelle eingebracht wird. Dadurch wird neben der ersten
Membranschicht auch die erste Halbzelle befeuchtet.
Entsprechend einer vorteilhaften Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass Wasser aus einem Teilbereich der zweiten Halbzelle als Wasserreservoir von der porösen Transportschicht durch den Kapillareffekt derselben direkt aufgenommen wird, wobei die Transportstruktur von der porösen Transportschicht selbst gebildet wird. Dabei kann im Speziellen vorgesehen sein, dass die Transportstruktur derart ausgebildet ist, dass diese jedenfalls im Betrieb der Vorrichtung vollständig mit Wasser aus dem Wasserreservoir bedeckt bzw. benetzt ist, um nach Möglichkeit das Eindringen von Wasserstoff in die Transportstruktur zu verhindert bzw. zu unter-
binden.
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Transportstruktur von dem Durchbruch gebildet wird.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Aufnahme von Wasser aus dem Wasserreservoir mittels der porösen Transportschicht und die Befeuchtung der ersten semipermeablen Membranschicht ausschließlich vom Kapillareffekt der porösen Transportschicht und/oder von einem Druckunterschied zwischen der ersten Halbzelle und der zweiten Halbzelle in Richtung der ersten semipermeablen Membranschicht getrieben wird, wobei die poröse Transportschicht aus Polyethersulfon PESU ausgebildet ist, wobei die poröse Transportschicht insbesondere Hohlfasern
aus PESU umfasst.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden
Figuren näher erläutert. Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
Fig. 1 einen Querschnitt durch eine mögliche erste Ausführungsform der Vor-
richtung zur elektrochemischen Kompression;
Fig. 2 einen Querschnitt durch eine mögliche zweite Ausführungsform der
Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression.
Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lage-
angaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
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durch eine Membran getrennten Halbzellen umfasst. Aneinandergereihte Zellen
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Kompression ermöglicht ist.
Die Membran 5 weist eine, der ersten Halbzelle 2 nächstliegende semipermeable erste Membranschicht 10 und eine poröse Transportschicht 11 auf. Die erste Membranschicht 10 ist vorzugsweise eine Anionen-Austaucher-Membran oder eine Protonen-Austauscher-Membran aus Nafion oder SPEEK. Die poröse Transportschicht 11 ist zum Transport von Wasser durch Kapillareffekt geeignet und ist zu diesem Zweck vorzugsweise aus Hohlfasern oder mit einer schaumartigen, aber festen Struktur ausgebildet und im Speziellen aus Polyethersulfon PESU
ausgebildet.
Die Vorrichtung 1 kann weiters noch eine zweite Membranschicht 13 umfassen, sodass die poröse Transportschicht 11 sandwichartig zwischen der ersten Membranschicht 10 und der zweiten Membranschicht 13 aufgenommen ist. Die zweite Membranschicht 13 kann dabei aus dem gleichen Material wie die erste Membranschicht 10 ausgebildet sein und die gleichen elektrochemischen Eigenschaften
aufweisen.
Die Vorrichtung 1 umfasst weiters noch eine Transportstruktur 12, wobei die Transportstruktur 12 bei vorliegender möglicher ersten Ausführungsform der Vorrichtung 1 durch einen Fluidkanal gebildet sein kann, wobei der Fluidkanal bzw. respektive die Transportstruktur 12 mit der porösen Transportschicht 11 und mit einem Wasserreservoir 14 fluidisch gekoppelt ist. Das Wasserreservoir 14 kann vorzugsweise in einem Teilbereich 15 der zweiten Halbzelle 3 gebildet sein. Alternativ oder auch gegebenenfalls zusätzlich dazu kann die Möglichkeit bestehen, dass das Wasserreservoir 14 innerhalb des Fluidkanals also innerhalb der Trans-
portstruktur 12 oder durch diese Komponenten selbst ausgebildet ist. Somit kann
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von der porösen Transportschicht 11 Wasser über die Transportstruktur 12 aus
dem Wasserreservoir 14 durch Kapillareffekt aufgenommen werden und in der porösen Transportschicht 11 zur Befeuchtung der ersten Membranschicht 10 bereitgestellt werden. Gleichermaßen kann in der vierten Halbzelle 18 ein weiters Wasserreservoir ausgebildet sein, wobei vorgesehen sein kann, dass jedes Wasserreservoir einer elektrochemischen Zelle 17 bzw. 20 jeweils mit der Transportstruktur
12 fluidisch gekoppelt ist.
Dieses Grundprinzip ist auf jedes weitere Paar an Halbzellen bzw. auf jede weitere elektrochemische Zelle der Vorrichtung 1 anwendbar. So kann gleichermaßen ein weiteres Wasserreservoir in einem weiteren Teilbereich der vierten Halbzelle 18 mittels der Transportstruktur 12 in fluidischer Kopplung mit einer porösen Transportschicht der weiteren Membran 9 sein, um so eine erste Membranschicht der weiteren Membran 9 mittels der porösen Transportschicht der weiteren Membran 9 zu befeuchten. Die treibende Kraft neben dem Kapillareffekt für eine aktive Befeuchtung der jeweiligen ersten Membranschicht 10 einer Membran 5 bzw. respektive auch einer weiteren Membran 9 ist die Druckdifferenz zwischen zwei benachbarten Halbzellen. Die Vorrichtung 1 ist zur elektrochemischen Kompression von Wasserstoff ausgebildet, sodass in der ersten Halbzelle 2 ein geringerer Druck als in der zweiten Halbzelle 3 vorherrscht. Dieser Druckgradient setzt sich
mit jeder weiteren angereihten Zelle fort.
In der Fig. 2 ist ein Querschnitt durch eine weitere und gegebenenfalls für sich eigenständige Ausführungsform der Vorrichtung 1 gezeigt, wobei wiederum für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen bzw. Bauteilbezeichnungen wie in der vorangegangenen Fig. 1 verwendet werden. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf die detaillierte Beschreibung der vorangegangenen Fig. 1 hingewiesen
bzw. darauf Bezug genommen.
Bei der möglichen zweiten Ausführungsform der Vorrichtung 1 kann vorgesehen sein, dass die Transportstruktur 12 von einem Durchbruch 16 gebildet ist, wobei der Durchbruch 16 die zweite Membranschicht 13 durchbricht, sodass Wasser aus dem Wasserreservoir 14 mittels der porösen Transportschicht 11 zur Befeuchtung
der ersten Membranschicht 10 zuführbar ist.
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Es ist auch noch eine weitere Ausführungsform denkbar, bei welcher keine zweite Membranschicht 13 vorgesehen ist. Bei dieser Ausführungsform kann die Membran ausschließlich aus der semipermeablen ersten Membranschicht 10 und der porösen Transportschicht 11 bestehen. Die poröse Transportschicht 11 fungiert dabei wenigstens abschnittweise bzw. bereichsweise im Teilbereich der zweiten Halbzelle 3 als Transportstruktur 12, sodass Wasser aus dem Wasserreservoir 14 mittels der porösen Transportschicht 11 durch deren Kapillareffekt aufgenommen wird und zur Befeuchtung der ersten Membranschicht 10 bereitgestellt wird, indem das aufgenommenen Wasser durch den Kapillareffekt in der porösen Transport-
schicht 11 verteilt wird.
Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen
Fachmannes liegt.
Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zu-
grundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
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Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert
und/oder verkleinert dargestellt wurden.
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13
Bezugszeichenliste
Vorrichtung
Erste Halbzelle Zweite Halbzelle Dritte Halbzelle Membran
Erste Elektrode Zweite Elektrode Dritte Elektrode Weitere Membran Erste Membranschicht Transportschicht Transportstruktur Membranschicht Wasserreservoir Teilbereich Durchbruch
Erste elektrochemische Zelle Vierte Halbzelle Vierte Elektrode
Zweite elektrochemische Zelle
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Claims (14)
1. Vorrichtung (1) zur elektrochemischen Kompression und/oder Aufreinigung von Wasserstoff umfassend eine erste Halbzelle (2), eine zweite Halbzelle (3) und eine, die erste Halbzelle (2) und die zweite Halbzelle (3) trennende Membran (5), wobei in der ersten Halbzelle (2) eine erste Elektrode (6) und in der zweiten Halbzelle (3) eine zweite Elektrode (7) angeordnet ist, wobei die erste Elektrode (6), die Membran (5) und die zweite Elektrode (7) eine Membran-ElektrodenEinheit MEE ausbilden, wobei die erste Halbzelle (2), die zweite Halbzelle (3) und die MEE eine erste elektrochemische Zelle (17) ausbilden, und wobei die Membran (5) eine, der ersten Halbzelle (2) nächstliegende semipermeable erste Membranschicht (10) und eine poröse Transportschicht (11) zum Transport von Wasser mittels Kapillareffekt umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
die poröse Transportschicht (11) mittels einer Transportstruktur (12) mit einem Wasserreservoir (14) fluidisch gekoppelt ist, sodass die erste Membranschicht
(10) mit Wasser aus dem Wasserreservoir (14) befeuchtbar ist.
2. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran (5) eine zweite Membranschicht (13) umfasst, wobei die poröse Transportschicht (11) zwischen der semipermeablen ersten Membranschicht (10) und
der zweiten Membranschicht (13) angeordnet ist.
3. Vorrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) eine dritte Halbzelle (4) mit einer dritten Elektrode (8) und eine vierte Halbzelle (18) mit einer vierten Elektrode (19) umfasst, wobei die dritte Halbzelle (4) und die vierte Halbzelle (18) mit einer weiteren Membran (9) mit einer porösen Transportschicht (11) getrennt sind, wobei die dritte Halbzelle (4) und die vierte Halbzelle (18) mit entsprechenden Elektroden (8) und (19) sowie mit der weiteren Membran (9) eine zweite elektrochemische Zelle (20) ausbilden, wobei
die zweite Halbzelle (3) und die dritte Halbzelle (4) fluidisch gekoppelt sind, und
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wobei die poröse Transportschicht (11) der weiteren Membran (9) mit der Trans-
portstruktur (12) fluidisch gekoppelt ist.
4. Vorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die
Transportstruktur (12) ein Fluidkanal ist.
5. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportstruktur (12) von wenigstens einem Durchbruch (16) durch die zweite Membranschicht (13) ausgebildet ist, wobei ein Sammelbereich für Wasser in der zweiten Halbzelle (3) als Wasserreservoir (14) ausgebildet ist oder respektive in der zweiten Halbzelle (3) und in der vierte Halbzelle (18) jeweils
als Wasserreservoir (14) ausgebildet ist.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Durchbruch (16) mit einem diffusionsdurchlässigen oder einem, einen Kapillareffekt ermöglichenden porösen Schaum oder mit Hohlfasern aus PoIyethersulfon PESU oder Materialien mit ähnlichen technischen Eigenschaften gefüllt ist.
7. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die poröse Transportschicht (11) aus Polyethersulfon PESU ausgebildet ist, wobei die poröse Transportschicht (11) insbesondere Hohlfasern
aus PESU umfasst.
8. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable erste Membranschicht (10) als Protonen-Austausch-Membran PEM oder als Anionen-Austausch-Membran AEM ausgebildet ist, wobei die Membran (5) durch Verkleben, Verschweißen oder Laminie-
ren der einzelnen Schichten als einstückige Membran (5) ausgebildet ist.
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9. Vorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektroden (6, 7 bzw. 8) aus, für Wasser diffusionsdurchlässigem Material, insbesondere aus porösem Metallschaum ausgebildet
sind.
10. Verfahren zum Betrieb einer ersten elektrochemischen Zelle (17) zur elektrochemischen Kompression von Wasserstoff mit einer Membran (5) mit einer, einer ersten Halbzelle (2) der elektrochemischen Zelle nächstliegenden semipermeablen ersten Membranschicht (10) und einer porösen Transportschicht (11), wobei die erste elektrochemische Zelle (17) zusätzlich ersten Halbzelle (2) eine, mittels der Membran (5) von der ersten Halbzelle (2) getrennte zweite Halbzelle (3) umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass
von der porösen Transportschicht (11) mittels einer, mit der porösen Transportschicht (11) fluidisch gekoppelten Transportstruktur (12) Wasser aus einem Wasserreservoir (14) durch den Kapillareffekt der porösen Transportschicht (11) aufgenommen wird und die semipermeable erste Membranschicht (10) mit aufgenom-
menen Wasser befeuchtet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass aufgenommenes Wasser mittels einer, die poröse Transportschicht (11) und die erste Halbzelle (2) fluidisch koppelnde Transportstruktur (12) durch den Kapillareffekt
der porösen Transportschicht (11) in die erste Halbzelle (2) eingebracht wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass Wasser aus einem Teilbereich (15) der zweiten Halbzelle (3) als Wasserreservoir (14) von der porösen Transportschicht (11) durch den Kapillareffekt derselben direkt aufgenommen wird, wobei die Transportstruktur (12) von der
porösen Transportschicht (11) selbst gebildet wird.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekenn-
zeichnet, dass Wasser aus einem Teilbereich (15) der zweiten Halbzelle (3) als
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Wasserreservoir (14) von der porösen Transportschicht (11) durch den Kapillareffekt derselben über einen, die poröse Transportschicht (11) und das Wasserreservoir (14) fluidisch koppelnden Fluidkanal oder über einen, eine zweite Membranschicht (13) durchbrechenden Durchbruch (16) aufgenommen wird, wobei die
Transportstruktur (12) von dem Durchbruch (16) gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme von Wasser aus dem Wasserreservoir (14) mittels der porösen Transportschicht (11) und die Befeuchtung der semipermeablen ersten Membranschicht (10) ausschließlich vom Kapillareffekt der porösen Transportschicht (11) und/oder von einem Druckunterschied zwischen der ersten Halbzelle (2) und der zweiten Halbzelle (3) in Richtung der semipermeablen ersten Membranschicht (10) getrieben wird, wobei die poröse Transportschicht (11) aus PoIyethersulfon PESU ausgebildet ist, wobei die poröse Transportschicht (11) insbe-
sondere Hohlfasern aus PESU umfasst.
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|---|---|---|---|
| ATA50729/2024A AT528010B1 (de) | 2024-09-09 | 2024-09-09 | Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression mit poröser Transportschicht |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ATA50729/2024A AT528010B1 (de) | 2024-09-09 | 2024-09-09 | Vorrichtung zur elektrochemischen Kompression mit poröser Transportschicht |
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| AT528010B1 AT528010B1 (de) | 2025-09-15 |
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Citations (4)
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| US20150241091A1 (en) * | 2014-02-25 | 2015-08-27 | Xergy Inc | Electrochemical system with real time modification of composition and use of complex wave form in same |
| DE102022110126A1 (de) * | 2022-04-27 | 2023-11-02 | Schaeffler Technologies AG & Co. KG | Elektrochemische Zelle und Verfahren zur Herstellung eines Bauteils einer elektrochemischen Zelle |
| AU2023232652A1 (en) * | 2022-03-08 | 2024-06-27 | Electric Hydrogen Co. | Methods, devices, and systems for mitigating hydrogen crossover within an electrochemical cell |
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-
2024
- 2024-09-09 AT ATA50729/2024A patent/AT528010B1/de active
Patent Citations (4)
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