CN118147670A - Pem电解装置和pem电解装置的用于水的电解的应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种PEM电解装置，所述PEM电解装置具有多个电解电池、膜电极单元和至少一个双极板，所述双极板包括有效区域和无效边缘区域，所述无效边缘区域具有至少一个凸筋密封件，其中，所述凸筋密封件构造为S形的双凸筋密封件或者构造为三凸筋密封件。构造为S形的双凸筋密封件具有第一肋部和指向相反方向的第二肋部，其中，构造为三凸筋密封件的凸筋密封件具有第一肋部、第二肋部和第三肋部。另外，所述膜电极单元具有框架结构，所述框架结构包围所述双极板的有效区域并且所述双极板能够通过所述框架结构在所述凸筋密封件处被夹紧。除此之外，上双极板的上部第一肋部与下双极板的下部第一肋部相比具有不同的凸筋宽度。

Description

PEM电解装置和PEM电解装置的用于水的电解的应用
技术领域
本发明涉及一种PEM电解装置和一种这样的PEM电解装置的用于水的电解的应用。
背景技术
PEM电解装置(即聚合物电解质膜电解装置或者也称为质子交换膜电解装置)中的双极板例如由EP 2 201 157 B1已知。
另外，用于燃料电池系统的领域中的燃料电池的双极板同样是已知的。这些双极板可以例如具有凸筋密封件，如在DE 20 1014 008 157 U1中描述的那样。
未预公开的DE 10 2022 206 852 A1示出用于PEM电解装置的双极板，该双极板具有凸筋密封件，该凸筋密封件具有大的有效面。
如果为了PEM电解装置的效率而增大有效面，则密封面也由于有效面的更大的范围而变得更大。这导致，由于更大的密封面，为了在密封线上获得恒定的表面压力所需要的密封力增加。
同样地，由于更大的有效面，制造公差也变得更大，即凸筋密封件的定位变得更不准确。这可能导致，凸筋的密封性例如由于凸筋的滑动而降低。
发明内容
与此相对地，根据本发明的PEM电解装置具有如下优点：通过简单的方式实现PEM电解装置的高效的功能方式。
为此，PEM电解装置具有多个电解电池、膜电极单元和至少一个双极板。双极板包括有效/活跃(aktiv)区域和无效/非活跃(nicht-aktiv)边缘区域，该无效边缘区域具有至少一个凸筋密封件(Sickendichtung)。另外，凸筋密封件构造为S形的双凸筋密封件或者构造为三凸筋密封件。构造为S形的双凸筋密封件具有第一肋部和指向相反方向的第二肋部，其中，构造为三凸筋密封件的凸筋密封件具有第一肋部、第二肋部和第三肋部。该膜电极单元具有框架结构，该框架结构包围双极板的有效区域，并且该双极板能够通过该框架结构在凸筋密封件处被夹紧。除此之外，上双极板的上部第一肋部与下双极板的下部第一肋部相比具有不同的凸筋宽度。
通过不同地构型双极板上的凸筋宽度，相应的电解电池的有效区域增大，并且因此有助于整个PEM电解装置的更高效的功能。另外，因此可以确保高的表面压力并且可以实现凸筋的高密封性。
在有利的第一扩展方案中设置，上双极板的上部第一肋部的凸筋宽度比下双极板的下部第一肋部的凸筋宽度窄。有利地，下双极板的下部第一肋部的凸筋宽度是上双极板的上部第一肋部的凸筋宽度的至少两倍。有利地，上双极板的上部第一肋部的凸筋宽度不大于100μm、优选不大于50μm。
如果上双极板的上部第一肋部选择得这么窄，则所需要的密封力F也可以保持得相对较小，尽管密封件的总长度由于更大的有效范围而同样变得更大。
在有利的扩展方案中设置，第一肋部和/或第二肋部和/或第三肋部分别具有至少一个弧形区域，其中，该弧形区域具有半径。有利地，该弧形区域仅部分地具有半径，并且，该弧形区域至少部分地包括至少几乎平行于参考轴线延伸的展平区域，尤其是在背离参考轴线的表面的部分上。
因此保证，在双极板相对于彼此并且在双极板的纵轴线的方向上滑动的情况下，确保凸筋顶部的共同作用并且因此确保双极板的共同作用。
在本发明的另外的构型中有利地设置，双极板的有效区域大于1000cm2、优选大于2000cm2。
在有利的扩展方案中设置，第一肋部相对于第二肋部具有偏移量d。该偏移量d引起PEM电解装置在无效边缘区域中的锯齿形的力流，使得在PEM电解装置的相邻的电解电池之间产生密封线或接触力线。
在本发明的另外的构型中有利地设置，双极板在有效区域中具有阳极通道和阴极通道。有利地，阳极通道和阴极通道在结构上相同地实施。
因此，对于该PEM电解装置可以省去使用两个不同类型的双极板，因为通过在结构上相同地实施阳极通道和阴极通道，为了正常的功能方式，相邻的双极板可以仅分别围绕单个双极板的纵轴线旋转180度。
在有利的应用中，PEM电解装置用于水的电解。
附图说明
在附图中示出根据本发明的PEM电解装置的可能的实施例。在附图中示出：
图1在示意性视图中示出根据本发明的PEM电解装置的第一实施例，
图2在示意性视图中示出根据本发明的PEM电解装置的第二实施例，
图3示出双凸筋密封件的实施方案中的在图1中的片段A的放大视图，
图4示出三凸筋密封件的实施方案中的在图2中的片段B的放大视图，
图5a示出图3中的双凸筋密封件的替代的实施方案，
图5b示出图4中的三凸筋密封件的替代的实施方案。
具体实施方式
图1在示意性视图中示出根据本发明的PEM电解装置1的第一实施例，该电解装置具有双极板3。PEM电解装置1具有多个电解电池2，所述电解电池具有膜电极单元4。这些膜电极单元分别布置在两个双极板3之间。双极板3在功能方面设计成使得每个电极板3分别一半属于一个电解电池2，另一半属于相邻的电解电池2。
双极板3具有纵轴线70，并且包括有效区域21和无效边缘区域22。无效边缘区域22具有多个凸筋密封件10。另外，具有凸筋密封件10的双极板3分别仅由单个板材制造。该制造可以例如借助成型方法进行。
凸筋密封件10在此构造为S形的双凸筋密封件，所述S形的双凸筋密封件具有第一肋部11和指向相反方向的第二肋部12。除此之外，第一肋部11相对于第二肋部12具有偏移量d。由此，在堆叠方向上看，张紧在一起的PEM电解装置1在无效边缘区域22中的力流锯齿形地构造，并且相邻的电解电池2的密封线或接触力线以偏移量d移位。
双极板3在有效区域21中具有阳极通道3a和阴极通道3b。这些阳极通道和阴极通道优选在结构上相同地实施，使得相邻的双极板可以为了正常的功能方式仅分别围绕单个双极板的纵轴线旋转180度。
膜电极单元4具有框架结构5，该框架结构设计为用于将双极板3的有效区域21隔离和密封并且包围该有效区域。在此，双极板3在凸筋密封件10处被夹紧在框架结构5中，由此实现对电解电池2的阳极通道3a和阴极通道3b的密封。
图2在示意性视图中示出根据本发明的PEM电解装置1的第二实施例，该PEM电解装置具有双极板3。构造和功能方式基本上相应于第一实施例，因此用相同的附图标记标示具有相同功能的构件。
第二实施例与第一实施例的区别在于，为了改进力流F，凸筋密封件10在此实施为三凸筋密封件。在此，凸筋密封件10具有第一肋部11、第二肋部12和第三肋部13。通过使用第三肋部13，用于所有电解电池2的力流F在一条线上，即穿过第二肋部12，穿过PEM电解装置1。
图3示出图1中的片段A的放大视图，其中，凸筋密封件10在此实施为双凸筋密封件。在此示出上双极板3a和下双极板3b，所述上双极板和所述下双极板在凸筋密封件10处被夹紧在框架结构5中。上双极板3a具有上部第一肋部11a，下双极板3b具有下部第一肋部11b。上部第一肋部11a具有凸筋宽度s1，下部第一肋部11b具有凸筋宽度s2，其中，上部第一肋部11a的凸筋宽度s1与下部第一肋部11b的凸筋宽度s2不同。
另外，上部第一肋部11a的凸筋宽度s1比下部第一肋部11b的凸筋宽度s2窄。在有利的实施方案中，下部第一肋部11b的凸筋宽度s2是上部第一肋部11a的凸筋宽度s1的至少两倍。
上部第一肋部11a的凸筋宽度s1的宽度不大于100μm，优选不大于50μm。
另外，第一肋部11和/或第二肋部12分别具有至少一个弧形区域111、121，该弧形区域具有半径R’、R。
图4示出图2中的片段B的放大视图。构造和功能方式基本上相应于图3中的实施例，因此，用相同的附图标记标示具有相同功能的构件。区别在于，凸筋密封件10在此实施为三凸筋密封件。
上双极板3a在此也具有上部第一肋部11a，并且下双极板3b具有下部第一肋部11b。上部第一肋部11a具有凸筋宽度s1，并且下部第一肋部11b具有凸筋宽度s2，其中，上部第一肋部11a的凸筋宽度s1与下部第一肋部11b的凸筋宽度s2不同。
另外，上部第一肋部11a的凸筋宽度s1比下部第一肋部11b的凸筋宽度s2窄。在有利的实施方案中，下部第一肋部11b的凸筋宽度s2是上部第一肋部11a的凸筋宽度s1的至少两倍。
上部第一肋部11a的凸筋宽度s1的宽度不大于100μm、优选不大于50μm。
另外，第三肋部13也具有至少一个弧形区域131，该弧形区域具有半径R”。
在替代的实施方案中，第一肋部11的弧形区域111和/或第二肋部12的弧形区域121和/或第三肋部13的弧形区域131仅部分地具有半径R’、R、R”，如在图5a中为双凸筋密封件的实施方案所示出的那样和在图5b中为三凸筋密封件的实施方案所示出的那样。在此，尤其是在背离参考轴线50的表面的部分11.1、12.1、13.1上，第一肋部11和/或第二肋部12和/或第三肋部13至少部分地包括至少几乎平行于参考轴线50延伸的展平区域L’、L、L”。
通过上述实施方案，双极板3的有效区域21大于1000cm2、优选大于2000cm2。
根据本发明的电解装置1可以例如用于水的电解。

Claims (11)

1.一种PEM电解装置(1)，所述PEM电解装置具有多个电解电池(2)、膜电极单元(4)和至少一个双极板(3)，所述双极板(3)包括有效区域(21)和无效边缘区域(22)，所述无效边缘区域(22)具有至少一个凸筋密封件(10)，其中，所述凸筋密封件(10)构造为S形的双凸筋密封件或者构造为三凸筋密封件，其中，构造为S形的双凸筋密封件(10)具有第一肋部(11)和指向相反方向的第二肋部(12)，其中，构造为三凸筋密封件的凸筋密封件(10)具有第一肋部(11)、第二肋部(12)和第三肋部(13)，其中，所述膜电极单元(4)具有框架结构(5)，所述框架结构(5)包围所述双极板(2)的有效区域(21)，并且所述双极板(2)能够通过所述框架结构(5)在所述凸筋密封件(10)处被夹紧，其特征在于，上双极板(3a)的上部第一肋部(11a)与下双极板(3b)的下部第一肋部(11b)相比具有不同的凸筋宽度(s1、s2)。
2.根据权利要求1所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述上双极板(3a)的上部第一肋部(11a)的凸筋宽度(s1)比所述下双极板(3b)的下部第一肋部(11b)的凸筋宽度(s2)窄。
3.根据权利要求1或者2所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述下双极板(3b)的下部第一肋部(11b)的凸筋宽度(s2)是所述上双极板(3a)的上部第一肋部(11a)的凸筋宽度(s1)的至少两倍。
4.根据权利要求1、2或者3所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述上双极板(3a)的上部第一肋部(11a)的凸筋宽度(s1)不大于100μm、优选不大于50μm。
5.根据上述权利要求中任一项所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述第一肋部(11)和/或所述第二肋部(12)和/或所述第三肋部(13)分别具有至少一个弧形区域(111、121、131)，其中，所述弧形区域(111、121、131)具有半径(R’、R、R”)。
6.根据前一权利要求所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述弧形区域(111、121、131)仅部分地具有半径(R’、R、R”)，并且，所述弧形区域至少部分地包括至少几乎平行于参考轴线(50)延伸的展平区域(L’、L、L”)，尤其是在背离所述参考轴线(50)的表面的部分(11.1、12.1、13.1)上。
7.根据上述权利要求中任一项所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述双极板(3)的有效区域(21)大于1000cm2、优选大于2000cm2。
8.根据上述权利要求中任一项所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述第一肋部(11)相对于所述第二肋部(12)具有偏移量d。
9.根据上述权利要求中任一项所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述双极板(3)在所述有效区域(21)中具有阳极通道(3a)和阴极通道(3b)。
10.根据前一权利要求所述的PEM电解装置(1)，其特征在于，所述阳极通道(3a)和所述阴极通道(3b)在结构上相同地实施。
11.一种根据上述权利要求中任一项所述的PEM电解装置(1)的用于水的电解的应用。
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