DE102021208137A1

DE102021208137A1 - Elektrolysezelle mit Temperiervorrichtung, Elektrolyseurstack aufweisend eine Temperiervorrichtung, Elektrolysesystem aufweisend den Elektrolyseurstack und Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks

Info

Publication number: DE102021208137A1
Application number: DE102021208137.1A
Authority: DE
Inventors: Jan Andreas
Original assignee: Argo GmbH
Current assignee: Argo GmbH
Priority date: 2021-07-28
Filing date: 2021-07-28
Publication date: 2023-02-02
Also published as: EP4377495A2; WO2023006724A2; CN115679354A; WO2023006724A3; CN216712260U

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle 100, insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet ist, aufweisend: zwei Elektroden, eine Anode 103 und eine Kathode 104, eine zwischen den beiden Elektroden 103, 104 angeordnete Protonen leitende Membran 101 als Elektrolyt, zwei Bipolarplatten 106, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle 100 eingerichtet sind, und eine Medienversorgung 102 für Wasser, wobei die Elektrolysezelle 100 ferner dazu eingerichtet ist mittels einer Temperiervorrichtung 110, 330 temperiert zu werden, und die Temperierung anhand eines/einer neben der Anode 103 und/oder der Kathode 104, bevorzugt neben der Anode 103, angeordneten Temperierabschnitts 111 und/oder Temperierplatte 112 erfolgt. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle 100 aufweisenden Elektrolyseurstack 300 sowie ein zumindest einen erfindungsgemäßen Elektrolyseurstack 300 aufweisendes Elektrolysesystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle (PEM) oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die für die Erzeugung (Elektrolyse) von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser verwendet wird und mit einer Temperiervorrichtung ausgestattet ist, einen Elektrolyseurstack aufweisend die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung, sowie ein zumindest einen erfindungsgemäßen Elektrolyseurstack aufweisendes Elektrolysesystem. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks, insbesondere eines Elektrolyseurstacks gemäß der vorliegenden Erfindung.
Stand der Technik
Polymermembran-Elektrolysezellen bzw. Protone-Exchange-Membrane-Elektrolysezellen sogenannte PEM-Elektrolysezellen sind seit langem bekannt und bewährt, so beschreibt beispielsweise die DE 697 00 772 T2 eine herkömmliche Brennstoffzelle, die für gewöhnlich aus einer mit mehreren zu einem sogenannten Stack zusammengefassten Einzelzellen (Membranelektrodeneinheit; MEA = Membrane Electrode Assembly) besteht, von denen jede zwei Elektroden (Anode und Kathode) aufweist. Der jeweiligen Elektrode schließt sich ein Kathoden- bzw. ein Anodenraum an, wobei diese Räume auf der der Polymermembran abgewandten Seite jeweils von einer Polarplatte zur nächsten Brennstoffzelle hin abgeschlossen sind. Polarplatten gibt es in der Form von Monopolarplatte oder Bipolarplatten. Unter Monopolarplatten werden dabei solche Platten verstanden, die lediglich auf einer Seite kanal- oder rillenförmige Vertiefungen aufweisen, die ein Strömungsfeld ausbilden und mithilfe welcher Gas oder Oxidans oder das Reaktionsprodukt zur Membran hin oder von dieser fort transportiert werden kann. Bei Bipolarplatten sind derartige Kanäle oder Rillen auf beiden Seiten der Platte ausgeformt.
Die räumliche Trennung der Reaktionspartner Wasserstoff und Sauerstoff wird durch einen Elektrolyten gewährleistet, und zwar derart, dass der bei der chemischen Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff stattfindende Elektronenaustausch nicht lokal, sondern über einen äußeren Stromkreis abläuft. Bei dem Betrieb von Brennstoffzellen (Brennstoffzellenstacks oder Elektrolyseurstacks) werden verfahrensbedingt Strom und Wärme erzeugt. Zum sicheren Betrieb des Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks muss die entstehende Wärme kontinuierlich und gezielt abgeführt werden. Bei einer PEM-Brennstoffzelle findet der chemische Prozess bei einer Betriebstemperatur von etwa 50°C bis 90°C statt. In der Regel treten beispielsweise bei 100 Watt elektrischer Nutzleistung pro Einzelzelle auch 100 Watt Wärme auf, die abgeführt werden muss. Aus diesem Grund weisen Stacks, insbesondere Stacks von Elektrolysezellen zur Erzeugung von elektrischem Strom, entsprechend geeignet ausgebildete Kühlvorrichtungen auf.
Brennstoffzellenstacks oder Elektrolyseurstacks, die beispielsweise aus Graphit bestehen, weisen aufgrund der thermischen Eigenschaften des Werkstoffs Graphit eine harmonische Entwärmungscharakteristik auf, wobei jedoch aufgrund der Dicke des Materials der jeweilige Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstack relativ groß und schwer ausgebildet ist.
Um den gesamten Aufbau von Brennstoffzellen- oder Elektrolyseurstacks wesentlich kompakter zu gestalten, werden diese in jüngster Zeit aus Metallfolien hergestellt. Durch die thermischen Eigenschaften, d.h. die gute Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs Metall entsteht jedoch eine wesentlich sensiblere Ent- bzw. Erwärmungscharakteristik. Zudem stellt sich die elektrische Nutzleistung der Brennstoffzelle bzw. Elektrolysezelle in direkter Abhängigkeit der lokalen, thermischen Ent- bzw. Erwärmung in jeder Zelle ein, was zu lokalen Überhitzungen oder Unterkühlungen führen kann.
Damit Wasserstoff mittels Elektrolyseuren klimaneutral mit grünem Strom erzeugt werden kann, welcher beispielsweise von Wind- und Solarenergieanlagen bereitgestellt wird, ist es ferner notwendig, die mit erneuerbaren Energiequellen verbundene volatile und fluktuierende Leistungsabgabe bzw. Stromerzeugung und die damit verbundenen Lastschwankungen an den Elektrolyseuren aufzufangen.
Kommerzielle PEM-Elektrolyseure bzw. PEM-Elektrolysesysteme erreichen auf dem heutigen Stand der Technik Leistungsdichten von bis zu 4,4 W/cm². Ferner bewegt sich für gewöhnlich der Wirkungsgrad von PEM-Elektrolyseuren bezogen auf den unteren Heizwert von Wasserstoff zwischen 40 und 70 Prozent. Diese Spanne ergibt sich aus der Abhängigkeit der Systemeffizienz von den Betriebsparametern und der Auslegung des Elektrolyseurs. Hierbei hat sich gezeigt, dass der Wirkungsgrad eines PEM-Elektrolyseurs insbesondere von dem anliegenden Arbeitsdruck, der im Stack vorliegenden Temperatur sowie einer gleichmäßigen Temperaturverteilung über den ganzen Stack abhängig ist. Um den genannten Problemen Rechnung zu tragen, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, Elektrolysesysteme, insbesondere im Bereich von mehreren Megawatt, skalierbar auszuführen, und entsprechend den Lastschwankungen einzelne Elektrolyseure (mit beispielsweise einer Leistung von 1 oder 2 Megawatt) an- oder abzuschalten, um die Leistungskapazität des Elektrolysesystems (das beispielsweise eine Gesamtleistung von 10 Megawatt aufweist) an die volatile und fluktuierende Leistungsabgabe der erneuerbaren Energiequelle anzupassen. Dies führ jedoch einerseits zu einem großen Regelungsaufwand, andererseits zu einer Minderung der Lebensdauer der einzelnen Bauelemente der Elektrolyseure bzw. des Elektrolysesystems aufgrund des getakteten Betriebs der Elektrolyseure. Ferner kann die Anpassung an die Leistungsabgabe der erneuerbaren Energiequelle lediglich stufenförmig, in Schritten von beispielsweise 1 oder 2 Megawatt (An- und Abschalten einzelner Elektrolyseure) erfolgen, was eine optimale Auslastung der Elektrolyseure nicht zulässt und somit den Gesamtwirkungsgrad der Anlage reduziert.
Daher besteht ein großer Bedarf an kostengünstigen Elektrolyseuren, die einerseits ohne großen Aufwand dezentral installiert werden können, andererseits die Möglichkeit bieten, auch bei Lastschwankungen bzw. Schwankungen an der eingespeisten Leistung (Strommenge) einen konstanten und hohen Wirkungsgrad in der Wasserstofferzeugung zu realisieren.
Darstellung der Erfindung
Vor dem Hintergrund des oben beschriebenen Bedarfs liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Elektrolysezelle, insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die für die Erzeugung (Elektrolyse) von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet ist und mit einer Temperiervorrichtung ausgestattet ist, einen Elektrolyseurstack zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, ein einen erfindungsgemäßen Elektrolyseurstack aufweisendes Elektrolysesystem sowie ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks, insbesondere des erfindungsgemäßen Elektrolyseurstacks, bereitzustellen, die in der Lage sind, auch bei volatiler und fluktuierender Einspeisung elektrischer Leistung bzw. elektrischen Stroms einen möglichst konstanten und hohen Wirkungsgrad der eingesetzten Elektrolysezelle, insbesondere des verwendeten Elektrolyseurstacks, zu realisieren, wobei der Aufbau der Elektrolysezelle einfach und kostengünstig realisiert werden soll. Zusätzlich sollen diese in der Lage sein, Wasserstoff mit gleichbleibender Reinheit, insbesondere konstanter relativer Feuchte, zu erzeugen.
Die genannte Aufgabe wird gelöst durch eine Elektrolysezelle nach Anspruch 1, einen Elektrolyseurstack nach Anspruch 11, ein Elektrolysesystem nach Anspruch 16, ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks nach Anspruch 17. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben, wobei der Gegenstand der die Elektrolysezelle betreffenden Ansprüche im Rahmen des Elektrolyseurstacks, des Elektrolysesystems sowie des Verfahrens zum Temperieren eines Elektrolyseurstacks zum Einsatz kommen kann und umgekehrt.
Hierbei ist einer der Grundgedanken der vorliegenden Erfindung, eine Temperiervorrichtung für eine Elektrolysezelle bereitzustellen, die dazu eingerichtet ist, die Elektrolysezelle mittels eines Temperierabschnitts und/oder einer Temperierplatte, der/die neben der Anode und/oder der Kathode der Elektrolysezelle angeordnet ist/sind zu temperieren, insbesondere zu heizen und zu kühlen.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfass der Begriff „neben“ in Bezug auf „neben der Anode und/oder Kathode“, dass der Temperierabschnitt und/oder die Temperierplatte innerhalb der Elektrolysezelle oder jeweils am Rand der Elektrolysezelle angeordnet ist/sind, letzteres ist insbesondere im Hinblick auf die gestapelte Anordnung der Elektrolysezellen innerhalb eines Elektrolyseurstacks von Bedeutung.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Elektrolysezelle, insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet ist, auf: zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode, eine zwischen den beiden Elektroden angeordnete Protonen leitende Membran als Elektrolyt, zwei Bipolarplatten, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle eingerichtet sind, und eine Medienversorgung für Wasser, wobei die Elektrolysezelle ferner dazu eingerichtet ist mittels einer Temperiervorrichtung temperiert zu werden, und die Temperierung anhand mindestens eines/einer neben der Anode und/oder der Kathode, bevorzugt neben der Anode, angeordneten Temperierabschnitts und/oder Temperierplatte erfolgt, wobei die Temperierung bevorzugt durch Kühlen oder Heizen des Temperierabschnitts und/oder der Temperierplatte erfolgt. Hierbei kann die Elektrolysezelle bevorzugt die erfindungsmäßige Temperiervorrichtung aufweisen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der mindestens eine Temperierabschnitt und/oder die mindestens eine Temperierplatte mit mindestens einem Strömungskanal versehen sein, der dazu eingerichtet ist, von einem Temperierfluid, insbesondere Wasser, durchströmt zu werden, wobei der mindestens eine Strömungskanal bevorzugt zumindest teilweise quer zu einer Axialerstreckung der Elektrolysezelle, insbesondere durch den Temperierabschnitt und/oder die Temperierplatte, verläuft.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass der Strömungskanal in dem Temperierabschnitt und/oder der Temperierplatte mäanderförmig, bifilar bzw. schneckenförmig oder modular verläuft.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann es vorteilhaft sein, dass der Temperierabschnitt und/oder die Temperierplatte zwischen der Anode und der anodenseitigen Bipolarplatte angeordnet ist/sind, und/oder zwischen der Kathode und der kathodenseitigen Bipolarplatte angeordnet ist/sind, und/oder an einer Außenseite der anodenseitigen Bipolarplatte, die von der Anode abgewandt ist, und/oder an einer Außenseite der kathodenseitigen Bipolarplatte, die von der Kathode abgewandt ist, angeordnet ist/sind.
Des Weiteren kann die Elektrolysezelle ferner zumindest einen anodenseitigen Stromkollektor (Stromkollektorplatte) aufweisen, der zwischen der Anode und der anodenseitigen Bipolarplatte angeordnet ist, wobei der Temperierabschnitt bevorzugt ein Teil des anodenseitigen Stromkollektors ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann die Elektrolysezelle ferner zumindest einen anodenseitigen Stromkollektor (Stromkollektorplatte) der zwischen der Anode und der anodenseitigen Bipolarplatte angeordnet ist, aufweisen, wobei der Temperierabschnitt bevorzugt ein Teil des anodenseitigen Stromkollektors ist.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass der Temperierabschnitt ein Teil der anodenseitigen Bipolarplatte und/oder der kathodenseitigen Bipolarplatte ist. Mit anderen Worten, der Temperierabschnitt in die anodenseitige und/oder kathodenseitige Bipolarplatte integriert ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die anodenseitige Bipolarplatte zumindest eine erste Kanalstruktur aufweisen, die Teil der Medienversorgung ist und zum Sammeln und Abführen des abgespaltenen Sauerstoffs dient.
Ferner ist es bevorzugt, dass die anodenseitige Bipolarplatte eine zweite Kanalstruktur aufweist, die Teil der Medienversorgung ist und zur Versorgung der Protonen leitenden Membran mit Wasser dient.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass die kathodenseitige Bipolarplatte zumindest eine erste Kanalstruktur aufweist, die Teil der Medienversorgung ist und zum Sammeln und Abführen des gewonnen Wasserstoffs dient, wobei die kathodenseitige Bipolarplatten insbesondere mit einer zweiten Kanalstruktur versehen sein kann, die Teil der Medienversorgung ist und zur Versorgung der Proton leitenden Membran mit Wasser dient.
Die zweite Kanalstruktur zur Versorgung mit Wasser ist optional. Da es bekannt ist, dass die Protonen leitende Membran diffusiv Wasser transportiert, kann es ausreichend sein, wenn das zur Zerlegung bereitgestellte Wasser ausschließlich der Kathodenseite bzw. dem Kathodenraum der Elektrolysezelle zugeführt wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann die Elektrolysezelle ferner ein Heizelement aufweisen, insbesondere ein elektrisches Heizelement (Heizwiderstand), das in dem Temperierabschnitt und/oder der Temperierplatte angeordnet ist.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Elektrolyseurstack zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, aufweisend: zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von, Elektrolysezellen, insbesondere die oben beschriebene erfindungsgemäße Elektrolysezelle, zwei Endplatten, die dazu eingerichtet sind, die zumindest zwei Elektrolysezellen mit Wasser zu versorgen und den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff abzuführen sowie die notwendige Energie, insbesondere notwendigen Strom, einleiten zu können, und eine Temperiervorrichtung, insbesondere die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Elektrolysezellen zu temperieren, wobei die Temperierung anhand eines Temperierabschnitts und/oder einer Temperierplatte erfolgt, die zwischen einer Anode und einer anodenseitigen Bipolarplatte zumindest einer der Elektrolysezellen angeordnet ist/sind, und/oder zwischen einer Kathode und einer kathodenseitigen Bipolarplatte zumindest einer der Elektrolysezellen angeordnet ist/sind, und/oder zwischen den zumindest zwei Elektrolysezellen, bevorzugt zwischen der anodenseitigen Bipolarplatte der einen Elektrolysezelle und der kathodenseitigen Bipolarplatte der anderen Elektrolysezelle, angeordnet ist/sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die zumindest zwei Elektrolysezellen, insbesondere Polymermembran-Elektrolysezellen oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezellen, die zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet sind, aufweisen: zwei Elektroden, eine Anode und eine Kathode, eine zwischen den beiden Elektroden angeordnete Protonen leitende Membran als Elektrolyt, die beiden Bipolarplatten, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle eingerichtet sind, und eine Medienversorgung für Wasser.
Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Elektrolyseurstack ferner zumindest einen Temperatursensor aufweist, der bevorzugt in den Temperierabschnitt und/oder die Temperierplatte und/oder eine Temperierfluidabführleitung integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Temperierabschnitts oder der Temperierplatte oder des Temperierfluids zu erfassen.
Des Weiteren kann der Elektrolyseurstack ferner zumindest einen Feuchtigkeitssensor aufweisen, der bevorzugt in eine Wasserstoffabführleitung integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, eine Feuchte oder Feuchtigkeit, insbesondere die relative Feuchte, des erzeugten Wasserstoffs zu erfassen.
Hierbei kann in vorteilhafter Weise der Elektrolyseurstack ferner ein Druckregelventil aufweisen, das in die Wasserstoffabführleitung integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, den Ausgangsdruck des erzeugten Wasserstoffs zu steuern und/oder zu regeln.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Elektrolysesystem zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, aufweisend: zumindest einen wie oben beschriebenen erfindungsgemäßen Elektrolyseurstack, eine Gleichrichtereinheit aufweisen einen Transformator und einen Gleichrichter, eine Temperiervorrichtung aufweisend eine Kreislaufpumpe, einen Kühler und eine Heizung, und eine Gasmanagementvorrichtung aufweisend einen Druckregler für Wasserstoff und Sauerstoff, eine Gas-Separationsvorrichtung und einen Gaskühler.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks, insbesondere des oben beschriebenen erfindungsgemäßen Elektrolyseurstacks, aufweisen: Erfassen mindestens einer Temperatur eines zu temperierenden Temperierabschnitts und/oder einer zu temperierenden Temperierplatte einer der mindestens zwei Elektrolysezellen und/oder eines zur Temperierung verwendeten Temperierfluids, insbesondere nach Austritt aus der Elektrolysezelle, und Steuern und/oder Regeln einer Temperiervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Elektrolysezellen durch Heizen oder Kühlen des Temperierabschnitts und/oder der Temperierplatte zu temperieren, basierend auf der erfassten mindestens einen Temperatur.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren aufweisen: Erfassen weiterer Steuer- und/oder Regelparameter ausgewählt aus der Gruppe aufweisend: eine Vielzahl von Temperaturen gemessen in unterschiedlichen Temperierabschnitten und/oder Temperierplatten des Elektrolyseurstacks, Ausgangsdruck des erzeugten Wasserstoffs, Ausgangsdruck des erzeugten Sauerstoffs, Eingangsdruck des eingeleiteten Wassers, Feuchtigkeit oder Feuchte, insbesondere relative Feuchte, des erzeugten Wasserstoffs und Eingangsleistung (in den Elektrolyseurstack eingeleitete Strommenge), und Steuern der Temperierung des Elektrolyseurstacks, insbesondere des Heizens oder Kühlens des zu temperierenden Temperierabschnitts und/oder der zu temperierenden Temperierplatte basierend auf zumindest einer der erfassten weiteren Steuer- und/oder Regelparameter und/oder Steuer- und/oder Regelgröße.
Des Weiteren ist es vorteilhaft, dass das Verfahren ferner aufweist:

wenn erfasst wird, dass die in den Elektrolyseurstack eingeleitete Energie, insbesondere Strommenge, sinkt, geprüft wird, ob die Temperatur des Elektrolyseurstacks innerhalb einer vorbestimmten Zeit abnimmt (ausgelöst durch Reduktion der Reaktionsabwärme), insbesondere unter einen voreingestellten Grenzwert sinkt, und/oder geprüft wird, ob die relative Feuchte des erzeugten Wasserstoff innerhalb einer vorbestimmten Zeit steigt (ausgelöst durch Reduktion der Reaktionsabwärme), und falls einer der beiden Grenzwerte überschritten wird, eine der Steuer- und/oder Regelparameter, insbesondere die Temperatur des zu temperierenden Temperierabschnitts und/oder der zu temperierenden Temperierplatte, angepasst wird.

Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile einer Vorrichtung, einer Verwendung und/oder eines Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren. Von diesen Figuren zeigt:

1 schematisch den Aufbau einer bekannten PEM-Elektrolysezelle gemäß dem Stand der Technik,
2 schematische räumliche Darstellung eines PEM-Stacks gemäß dem Stand der Technik,
3 schematische räumliche Darstellung eines PEM-Elektrolysesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
4 schematisch den Aufbau des in 3 dargestellten erfindungsgemäßen PEM-Elektrolysesystems,
5 schematisch ein verfahrenstechnisches Hydraulikdiagramm eines PEM-Elektrolyseurs gemäß einer ersten Ausführungsform,
6 schematisch ein Diagramm der relativen Feuchte im erzeugten Wasserstoff in Abhängigkeit von der Temperatur und vom Druck,
7 schematisch den Aufbau einer PEM-Elektrolysezelle mit Temperierung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
8 schematisch den Aufbau einer PEM-Elektrolysezelle mit Temperierung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
9 zeigt schematisch drei unterschiedliche Ausführungsformen zur Ausgestaltung des Strömungskanals innerhalb einer Temperierplatte.

Beschreibung von Ausführungsformen
Gleiche Bezugszeichen, die in verschiedenen Figuren aufgeführt sind, benennen identische, einander entsprechende, oder funktionell ähnliche Elemente.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer bekannten PEM-Elektrolysezelle 200. Zentrales Element der PEM-Elektrolysezelle 200 ist die polymere Membran 201. Die Protonleitfähigkeit wird im Allgemeinen durch sulfonierte Seitengruppen eines tetrafluorethylen-basierten Poymers (PTFE), auch als Inomer bekannt, erreicht. Der Ionentransport erfolgt über den Grotthusmechanismus entlang von wassergefüllten Kanälen 202. Die verwendete Membran weist in der Regel eine Dicke zwischen 150 und 250 um auf.
Die Elektrolyse erfolgt an den Oberflächen der verwendeten Katalysatoren in der Anode 203 und Kathode 204. Die an der Reaktion beteiligten Protonen und Elektronen müssen somit durch die Elektrodenschicht transportiert werden. Als Katalysatormaterial wird bisher Platin verwendet, wobei zur Reduktion der Platinbeladung das Platin auf Kohlenstoffpartikel aufgebracht wird. Eine elektrische Kontaktierung der Elektrodenschichten erfolgt durch Stromkollektoren 205. Aufgrund des wesentlich höheren Potentials der Sauerstoffentwicklungsreaktion mit > 1,4 V im Vergleich zu dem geringfügig negativen Potential der Wasserstoffentwicklungsreaktion, müssen für die anodenseitigen Stromkollektoren edle Metalle, wie beispielsweise Titan, verwendet werden. Aufgrund der geringen Potentiale der Wasserstoffentwicklungsreaktion können auf der Kathodenseite kohlenstoffbasierte Materialien verwendet werden. Über die Stromkollektoren 205 erfolgt ferner die Versorgung mit Wasser und der Abtransport der Produktgase. Die Stromkollektoren 205 werden daher in der Regel aus porösen Materialien hergestellt. Für die titanbasierten Stromkollektoren 205AN der Anodenseite werden üblicherweise Sintermaterialien oder Streckmetalle verwendet. Die Stromkollektoren 205KA der Kathodenseite werden als Kohlefaservliese ausgeführt.
Nach dem Austritt aus den Stromkollektoren 205 werden die erzeugten Produktgase (Wasserstoff und Sauerstoff) in Kanalstrukturen 202 eingeleitet und aus der Elektrolysezelle 200 ausgeleitet. Für eine Stackbauweise werden in bekannter Weise Bipolarplatten verwendet, welche die Rückseite der Kanalstruktur für die Nachbarzelle nutzen. Auch an die Bauteile mit der eingebrachten Kanalstruktur, mit anderen Worten an die Bipolarplatten, bestehen hohe Anforderungen an die Stabilität und elektrische Leitfähigkeit, diese Eigenschaften können durch Edelmetalle wie beispielsweise Titan oder Gold bereitgestellt werden. Zur Reduktion des Materialeinsatzes werden üblicherweise Trägermaterialien mit Beschichtungen aus den genannten Edelmetallen verwendet.
2 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines PEM-Stacks gemäß dem Stand der Technik. Wie der 2 entnommen werden kann, weist ein Elektrolyseurstack 320 zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eine Vielzahl von Elektrolysezellen auf, die in Längsrichtung des Elektrolyseurstacks 320 hintereinander angeordnet sind. Der Elektrolyseurstack 320 weist ferner zwei Endplatten 321 auf, die an beiden Enden der aneinander oder aufeinander gestapelten Elektrolysezellen angeordnet sind und dazu dienen, die zumindest zwei Elektrolysezellen mit Wasser zu versorgen und den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff abzuführen sowie die notwendige Energie, insbesondere notwendigen Strom, in den Stack einleiten zu können.
3 zeigt eine schematische räumliche Darstellung eines PEM-Elektrolysesystems 300 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das System weist eine Gleichrichtereinheit 310 aufweisend einen Transformator 311 und einen Gleichrichter 312, einen Elektrolyseurstack 320 sowie eine Temperiervorrichtung 330 aufweisend eine Kreislaufpumpe 331, einen Kühler 332 und eine Heizung 333. Ferner weist das dargestellte PEM-Elektrolysesystem 300 Produktgasleitungen 333 auf, welche die Produktgase (Wasserstoff und Sauerstoff) zu einer Gasmanagementvorrichtung 340 aufweisend einen Druckregler 341 für Wasserstoff und Sauerstoff, eine Gas-Separationsvorrichtung 342 und einen Gaskühler 343 leitet. Des Weiteren weist das System eine Speisewasser-Zufuhreinrichtung 350 auf, welche den Elektrolyseurstack 320 mit gereinigtem Wasser versorgt. Abschließend weist das System 300 eine Steuereinrichtung 360, eine Gas-Tiefkühlvorrichtung 365 sowie eine Trockenkühler- /Medien-Anbindung 370 auf.
Des Weiteren zeigt 4 schematisch den Aufbau des in 3 dargestellten erfindungsgemäßen PEM-Elektrolysesystems 300. Die Herstellung von Wasserstoff in PEM-Elektrolysesystemen 300, insbesondere in Elektrolysesystemen die elektrische Energie aus erneuerbaren Energiequellen nutzen, umfasst verschiedene Prozessschritte. Die Prozessschritte und die zugehörigen Systemkomponenten sind in 4 schematisch dargestellt. Wie oben bereits angeführt, ist der Elektrolyseur 320 bzw. der Elektrolyseurstack die zentrale Systemkomponente zur Produktion von Wasserstoff. Die vom elektrischen Netz oder der erneuerbaren Energiequelle (Windanlage, Photovoltaikanlage und dergleichen) eingespeiste Energie wird mit einer Leistungselektronik (Gleichrichtereinheit 310) auf die Anforderungen des Elektrolyseurs 320 angepasst. Die Produktgase verlassen den Elektrolyseur mit einem Wasserdampfanteil, welcher wie oben bereits erwähnt maßgeblich durch den Sättigungsdampfdruck des Wassers bei den jeweiligen Betriebsparametern (Arbeitsdruck und Arbeitstemperatur des Elektrolyseurstacks) bestimmt wird. Durch eine Gastrocknung in der Gasmanagementvorrichtung 340 wird der Wasseranteil für die weiteren Prozessschritte reduziert. Abschließend kann der erzeugte Wasserstoff mittels einer Verdichtungsvorrichtung 380 zur Speicherung mechanisch komprimiert werden, um diesen platzsparend in nachgeschalteten Hochdruckspeichern 385 speichern zu können.
Des Weiteren zeigt 5 schematisch ein verfahrenstechnisches Hydraulikdiagramm eines PEM-Eletrolyseurs gemäß einer ersten Ausführungsform. Die wesentliche Komponente des Elektrolyseurs ist der Stack 320, in diesem werden Einzelzellen (Elektrolysezelle 200) durch eine Stapeltechnik (im Englischen: „stack“) zu einer Einheit zusammengefasst. Die Reihenschaltung von Einzelzellen erhöht die aktive Zellfläche des Gesamtsystems du damit die maximale Leistungsaufnahme bzw. Erzeugungsleistung von Wasserstoff (kg/h). Durch die Stapeltechnik können die Kanalstrukturen 202 benachbarter Elektrolysezellen 200 in einem Bauteil zusammengefasst werden. Der genannte Aufbau mit Bipolarplatten reduziert die Anzahl an notwendigen Bauteilen und damit die Zellbreite. Eine entscheidende Größe bei der Auslegung der sogenannten Bipolarplatten ist der bei der Durchströmung der Kanalstruktur 202 entstehende Druckverlust, welcher zu einer erhöhten Pumpleistung führt.
Das Elektrolyseursystem 300 weist ferner wie oben bereits angeführt zumindest eine Temperiervorrichtung 330 auf, welche einerseits dazu dient, die einzelne Elektrolysezelle 200 bzw. den Elektrolyseurstack 320 mit Reaktionswasser, das insbesondere von der Speisewasser-Zuführeinrichtung 350 bereitgestellt wird, zu versorgen und andererseits die einzelne Elektrolysezelle 200 bzw. den Elektrolyseurstack 320 auf die gewünschte Arbeitstemperatur zu bringen bzw. auf dieser zu halten. Hierzu kann wie in 5 gezeigt ist, dass PEM-Elektrolysesystem mit zwei Temperiervorrichtungen 330 ausgestattet sein, wobei eine zum Temperieren der Anode und die andere Temperiervorrichtung 330 zur Temperierung der Kathode dient. Die beiden gezeigten Temperiervorrichtungen 330 weisen jeweils eine Kreislaufpumpe 331, ein Heizung 333 und einen Kühler 332 auf. Die Heizung 333 und der Kühler 332 können auch durch einen Wärmetauscher realisiert werden. Alternativ besteht auch die Möglichkeit, den Kühler 332 durch einen Wärmetauscher mit Radiator und die Heizung 333 als eine elektrische Heizung auszuführen.
6 zeigt schematisch ein Diagramm der relativen Feuchte im erzeugten Wasserstoff in Abhängigkeit von der Temperatur und vom Druck. Wie oben bereits kurz erwähnt, verlassen die Produktgase den Elektrolyseur vollständig mit Wasserdampf gesättigt. Die Wasserdampfmenge ergibt sich aus dem Sättigungsdampfdruck von Wasser in Wasserstoff beziehungsweise Sauerstoff. Dieser ist abhängig von den Zustandsgrößen Druck und Temperatur des Produktgases. In 6 ist die relative Feuchte von Wasserstoff in Abhängigkeit des Drucks für verschiedene Temperaturen dargestellt. Die abgebildeten Isothermen machen die starke Temperatur- und Druckabhängigkeit des Wasserdampfanteils deutlich.
7 zeigt schematisch den Aufbau einer PEM-Elektrolysezelle mit Temperierung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie der 7 entnommen werden kann, weist eine PEM-Elektrolysezelle gemäß der dargestellten Ausführungsform zwei Elektroden, eine Anode 103 und eine Kathode 104, eine zwischen den beiden Elektroden 103, 104 angeordnete Protonen leitende Membran 101 als Elektrolyt, zwei Bipolarplatten 106AN, 106KA, die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle 100 eingerichtet sind, und eine Medienversorgung 102 für Wasser, auf. Wie der 7 ferner entnommen werden kann, weist die gezeigte Elektrolysezelle 100 ferner eine Temperiervorrichtung 110, 330 auf, die dazu eingerichtet ist, die Elektrolysezelle 100 zu temperieren, insbesondere entsprechend den Anforderungen zu kühlen oder zu heizen, wobei, die Temperierung anhand eines neben der Anode 103 angeordneten Temperierabschnitts 111 erfolgt, welcher in dieser Ausführungsform in den anodenseitigen Stromkollektor 105 AN integriert ist. In der dargestellten Ausführungsform ist die Elektrolysezelle 100 ferner mit einer Temperierplatte 112 versehen, welche an der rechten Seite der Elektrolysezelle an der Außenseite der anodenseitigen Bipolarplatte 106AN angeordnet ist. In der Regel wird es jedoch ausreichend sein, pro Elektrolysezelle lediglich nur einen Temperierabschnitt 111 oder eine Temperierplatte 112 vorzusehen.
8 zeigt schematisch den Aufbau einer PEM-Elektrolysezelle mit Temperierung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der hier dargestellten Ausführungsform wird auf die Temperierung des Temperierabschnitts 111 und/oder der Temperierplatte 112 mittels eines Temperierfluids, wie beispielsweise Wasser, verzichtet, und hingegen lediglich in dem Temperierabschnitt 111 und/oder der Temperierplatte 112, die in diesem Fall auf der linken Seite der Elektrolysezelle 100 an der Außenseite der kathodenseitigen Bipolarplatte 106KA angeordnet ist, ein Heizelement 117, insbesondere ein Heizwiderstand, vorgesehen.
9 zeigt schematisch drei unterschiedliche Ausführungsformen zur Ausgestaltung des Strömungskanals innerhalb einer Temperierplatte. Wie der 9 entnommen werden kann, ist es denkbar, den Strömungskanal in der Temperierplatte 112 mäanderförmig, bifilar bzw. schneckenförmig oder modular verlaufend vorzusehen. Gleiches gilt wenn der Strömungskanal in dem Temperierabschnitt 111 vorgesehen wird.
Bezugszeichenliste

100: Elektrolysezelle
101: Protonen leitende Membran
102: Kanalstruktur(en)
103: Anode
104: Kathode
105: Stromkollektor(en)
105AN: Stromkollektor der Anodenseite
105KA: Stromkollektor der Kathodenseite
106: Bipolarplatte(n)
106A: Anodenseitige Bipolarplatte
106K: Kathodenseitige Bipolarplatte
110: Temperiervorrichtung
111: Temperierabschnitt
112: Temperierplatte
113: erste Kanalstruktur (anodenseitige Bipolarplatte)
114: zweite Kanalstruktur (anodenseitige Bipolarplatte)
115: erste Kanalstruktur (kathodenseitige Bipolarplatte)
116: zweite Kanalstruktur (kathodenseitige Bipolarplatte)
117: Heizelement
200: Elektrolysezelle (Stand der Technik)
201: Polymere Membran
202: Kanalstruktur(en) (Medienversorgung)
203: Anode
204: Kathode
205: Stromkollektor(en)
205AN: Stromkollektor der Anodenseite
205KA: Stromkollektor der Kathodenseite
206: Bipolarplatte(n)
300: PEM-Elektrolysesystem
310: Gleichrichtereinheit
311: Transformator
312: Gleichrichter
320: Elektrolyseurstack
321: Endplatte(n)
322: Temperatursensor
323: Feuchtigkeitssensor
324: Temperierfluidabführleitung
325: Wasserstoffabführleitung
326: Druckregelventil
330: Temperiervorrichtung
331: Kreislaufpumpe
332: Kühler
333: Heizung
334: Produktgasleitungen
340: Gasmanagementvorrichtung
341: Druckregler
342: Gas-Separationsvorrichtung
343: Gaskühler
350: Speisewasser-Zufuhreinrichtung
360: Steuereinrichtung
365: Gas-Tiefkühlvorrichtung
370: Trockenkühler- / Medien-Anbindung
380: Verdichtungsvorrichtung (Gaskompressor)
385: Hochdruckspeicher

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 69700772 T2 [0002]

Claims

Elektrolysezelle (100), insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet ist, umfassend: zwei Elektroden, eine Anode (103) und eine Kathode (104), eine zwischen den beiden Elektroden (103, 104) angeordnete Protonen leitende Membran (101) als Elektrolyt, zwei Bipolarplatten (106AN, 106KA), die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle (100) eingerichtet sind, und eine Medienversorgung (102) für Wasser, wobei die Elektrolysezelle (100) ferner dazu eingerichtet ist mittels einer Temperiervorrichtung (110, 330) temperiert zu werden, und die Temperierung anhand eines/einer neben der Anode (103) und/oder der Kathode (104), bevorzugt neben der Anode (103), angeordneten Temperierabschnitts (111) und/oder Temperierplatte (112) erfolgt.
Elektrolysezelle (100) nach Anspruch 1, bei welcher der Temperierabschnitt (111) und/oder die Temperierplatte (112) mit mindestens einem Strömungskanal versehen ist, der dazu eingerichtet ist, von einem Temperierfluid, insbesondere Wasser, durchströmt zu werden, wobei der mindestens eine Strömungskanal bevorzugt zumindest teilweise quer zu einer Axialerstreckung der Elektrolysezelle (100) verläuft, insbesondere durch den Temperierabschnitt (111) und/oder die Temperierplatte (112).
Elektrolysezelle (100) nach Anspruch 2, bei welcher der Strömungskanal in dem Temperierabschnitt (111) und/oder der Temperierplatte (112) mäanderförmig, bifilar bzw. schneckenförmig oder modular verläuft.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher der Temperierabschnitt (111) und/oder die Temperierplatte (112) zwischen der Anode (103) und der anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) angeordnet ist/sind, und/oder zwischen der Kathode (104) und der kathodenseitigen Bipolarplatte (106KN) angeordnet ist/sind, und/oder an einer Außenseite der anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) und/oder an einer Außenseite der kathodenseitigen Bipolarplatte (106KA) angeordnet ist/sind.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend zumindest einen anodenseitigen Stromkollektor (105AN) (Stromkollektorplatte) der zwischen der Anode (103) und der anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) angeordnet ist, wobei der Temperierabschnitt (111) bevorzugt ein Teil des anodenseitigen Stromkollektors (105AN) ist.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, wobei der Temperierabschnitt (111) ein Teil der anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) und/oder der kathodenseitigen Bipolarplatte (106KA) ist.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die anodenseitige Bipolarplatte (106AN) zumindest eine erste Kanalstruktur (113) aufweist, die Teil der Medienversorgung (102) ist und zum Sammeln und Abführen des abgespaltenen Sauerstoffs dient.
Elektrolysezelle (100) nach Anspruch 7, bei der die anodenseitige Bipolarplatte (106AN) eine zweite Kanalstruktur (114) aufweist, die Teil der Medienversorgung (102) ist und zur Versorgung der Protonen leitenden Membran (101) mit Wasser dient.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die kathodenseitige Bipolarplatte (106KA) zumindest eine erste Kanalstruktur (115) aufweist, die Teil der Medienversorgung (102) ist und zum Sammeln und Abführen des gewonnen Wasserstoffs dient, wobei die kathodenseitige Bipolarplatten (106KA) insbesondere mit einer zweiten Kanalstruktur (116) versehen ist, die Teil der Medienversorgung (102) ist und zur Versorgung der Proton leitenden Membran (101) mit Wasser dient.
Elektrolysezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Heizelement (117), insbesondere elektrisches Heizelement, das in dem Temperierabschnitt (111) und/oder der Temperierplatte (112) angeordnet ist.
Elektrolyseurstack (320) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, umfassend: zumindest zwei, bevorzugt eine Vielzahl von, Elektrolysezellen (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, zwei Endplatten (321), die dazu eingerichtet sind, die zumindest zwei Elektrolysezellen (100) mit Wasser zu versorgen und den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff abzuführen sowie die notwendige Energie, insbesondere notwendigen Strom, einleiten zu können, und eine Temperiervorrichtung (110, 330), die dazu eingerichtet ist, die zumindest zwei Elektrolysezellen (100) zu temperieren, wobei die Temperierung anhand eines Temperierabschnitts (111) und/oder einer Temperierplatte (112) erfolgt, die: zwischen einer Anode (103) und einer anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) zumindest einer der Elektrolysezellen (100) angeordnet ist/sind, und/oder zwischen einer Kathode (104) und einer kathodenseitigen Bipolarplatte (106KN) zumindest einer der Elektrolysezellen (100) angeordnet ist/sind, und/oder zwischen den zumindest zwei Elektrolysezellen (100), bevorzugt zwischen der anodenseitigen Bipolarplatte (106AN) der einen Elektrolysezelle (100) und der kathodenseitigen Bipolarplatte (106KA) der anderen Elektrolysezelle (100), angeordnet ist/sind.
Elektrolyseurstack (320) nach Anspruch 11, bei dem die zumindest zwei Elektrolysezellen (100), insbesondere Polymermembran-Elektrolysezelle oder Alkalische feste Polymerelektrolytmembran-Elektrolysezelle, die zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser eingerichtet sind, umfassen: zwei Elektroden, eine Anode (103) und eine Kathode (104), eine zwischen den beiden Elektroden (103, 104) angeordnete Protonen leitende Membran (101) als Elektrolyt, die beiden Bipolarplatten (106AN, 106KA), die zur elektrischen Kontaktierung der Elektrolysezelle (100) eingerichtet sind, und eine Medienversorgung (102) für Wasser.
Elektrolyseurstack (320) nach Anspruch 11 oder 12, ferner umfassend zumindest einen Temperatursensor (322), der bevorzugt in den Temperierabschnitt (111) und/oder die Temperierplatte (112) und/oder eine Temperierfluidabführleitung (324) integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, die Temperatur des Temperierabschnitts (111) oder der Temperierplatte (112) oder des Temperierfluids zu erfassen.
Elektrolyseurstack (320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13, ferner umfassend zumindest einen Feuchtigkeitssensor (323), der bevorzugt in eine Wasserstoffabführleitung (325) integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, eine Feuchte oder Feuchtigkeit, insbesondere die relative Feuchte, des erzeugten Wasserstoffs zu erfassen.
Elektrolyseurstack (320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, ferner umfassend ein Druckregelventil (326), das in die Wasserstoffabführleitung (325) integriert oder installiert ist und dazu eingerichtet ist, den Ausgangsdruck des erzeugten Wasserstoffs zu steuern und/oder zu regeln.
Elektrolysesystem (300) zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser, umfassend: zumindest einen Elektrolyseurstack (320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, eine Gleichrichtereinheit (310) aufweisen einen Transformator (311) und einen Gleichrichter (312), eine Temperiervorrichtung (330) aufweisend eine Kreislaufpumpe (331), einen Kühler (332) und eine Heizung (333), und eine Gasmanagementvorrichtung (340) aufweisend einen Druckregler (341) für Wasserstoff und Sauerstoff, eine Gas-Separationsvorrichtung (342) und einen Gaskühler (343).
Verfahren zur Temperierung eines Elektrolyseurstacks, insbesondere des Elektrolyseurstacks (320) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, umfassend: Erfassen mindestens einer Temperatur eines zu temperierenden Temperierabschnitts (111) und/oder einer zu temperierenden Temperierplatte (112) einer der mindestens zwei Elektrolysezellen und/oder eines zur Temperierung verwendeten Temperierfluids, insbesondere nach Austritt aus der Elektrolysezelle, und Steuern und/oder Regeln einer Temperiervorrichtung (110, 330), die dazu eingerichtet ist, die mindestens zwei Elektrolysezellen (100) durch Heizen oder Kühlen des Temperierabschnitts (111) und/oder der Temperierplatte (112) zu temperieren, basierend auf der erfassten mindestens einen Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend: Erfassen weiterer Steuer- und/oder Regelparameter ausgewählt aus der Gruppe umfassend: einer Vielzahl von Temperaturen gemessen in unterschiedlichen Temperierabschnitten (111) und/oder Temperierplatten (112) des Elektrolyseurstacks, Ausgangsdruck des erzeugten Wasserstoffs, Ausgangsdruck des erzeugten Sauerstoffs, Eingangsdruck des eingeleiteten Wassers, Feuchtigkeit oder Feuchte, insbesondere relative Feuchte, des erzeugten Wasserstoffs und Eingangsleistung (in den Elektrolyseurstack eingeleitete Strommenge), und Steuern der Temperierung des Elektrolyseurstacks, insbesondere des Heizens oder Kühlens des zu temperierenden Temperierabschnitts (111) und/oder der zu temperierenden Temperierplatte (112) basierend auf zumindest einer der erfassten weiteren Steuer- und/oder Regelparameter.
Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, ferner umfassend: wenn erfasst wird, dass die in den Elektrolyseurstack eingeleitete Energie, insbesondere Strommenge, sinkt, geprüft wird, ob die Temperatur des Elektrolyseurstacks innerhalb einer vorbestimmten Zeit abnimmt (ausgelöst durch Reduktion der Reaktionsabwärme), insbesondere unter einen voreingestellten Grenzwert sinkt, und/oder geprüft wird, ob die relative Feuchte des erzeugten Wasserstoff innerhalb einer vorbestimmten Zeit steigt (ausgelöst durch Reduktion der Reaktionsabwärme), und falls einer der beiden Grenzwerte überschritten wird, eine der Steuer- und/oder Regelparameter, insbesondere die Temperatur des zu temperierenden Temperierabschnitts (111) und/oder der zu temperierenden Temperierplatte (112), angepasst wird.