DE102021208847A1

DE102021208847A1 - Method of operating an electrochemical cell unit

Info

Publication number: DE102021208847A1
Application number: DE102021208847.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gehrold
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-12
Filing date: 2021-08-12
Publication date: 2023-02-16

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer elektrochemische Zelleneinheit (53) zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit (1) und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit (49) mit gestapelten elektrochemischen Zellen (52) mit den Schritten: Einleiten eines primären Prozessfluides durch eine erste Öffnung (72) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (53), Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle für das primäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemische Zelleneinheit (53) durch eine zweite Öffnung (73) für das primäre Prozessfluid, Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch eine erste Öffnung (74) für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (53), Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle für das sekundäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (53) durch eine zweite Öffnung (75) für das sekundäre Prozessfluid, wobei die Strömungsrichtung des primären Prozessfluides umgedreht wird, so dass das Einleiten eines primären Prozessfluides durch die zweite Öffnung (73) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (53) ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle (12) für das primäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (53) durch die erste Öffnung (72) für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird.

Method for operating an electrochemical cell unit (53) for converting electrochemical energy into electrical energy as a fuel cell unit (1) and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as an electrolytic cell unit (49) with stacked electrochemical cells (52), with the steps: initiating a primary process fluid through a first primary process fluid port (72) into the electrochemical cell unit (53), directing the primary process fluid through primary process fluid channels in a first direction, exiting the primary process fluid from the electrochemical cell unit (53) through a second port (73) for the primary process fluid, introducing a secondary process fluid through a first secondary process fluid port (74) in the electrochemical cell unit (53), directing the secondary process fluid through channels for the secondary process fluid in a first direction, exhausting the secondary Pr Process fluids from the electrochemical cell unit (53) through a second secondary process fluid port (75), wherein the flow direction of the primary process fluid is reversed, so that the introduction of a primary process fluid through the second primary process fluid port (73) into the electrochemical cell unit (53) and directing the primary process fluid through primary process fluid channels (12) in a second direction opposite to the first direction and discharging the primary process fluid from the electrochemical cell unit (53) through the first opening ( 72) is performed for the primary process fluid.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer elektrochemische Zelleneinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 und ein elektrochemisches Zellensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 10.The present invention relates to a method for operating an electrochemical cell unit according to the preamble of claim 1 and an electrochemical cell system according to the preamble of claim 10.

Stand der TechnikState of the art

Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie und Wasser um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine große Anzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel als Brennstoffzellenstack angeordnet. Innerhalb der Brennstoffzellen ist jeweils ein Gasraum für Oxidationsmittel vorhanden, das heißt ein Strömungsraum zum Durchleiten von Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft aus der Umgebung mit Sauerstoff. Der Gasraum für Oxidationsmittel ist von Kanälen an der Bipolarplatte und von einer Gasdiffusionsschicht für eine Kathode gebildet. Die Kanäle sind somit von einer entsprechenden Kanalstruktur einer Bipolarplatte gebildet und durch die Gasdiffusionsschicht gelangt das Oxidationsmittel, nämlich Sauerstoff, zu der Kathode der Brennstoffzellen. In analoger Weise ist ein Gasraum für Brennstoff vorhanden.Fuel cell units as galvanic cells convert continuously supplied fuel and oxidizing agent into electrical energy and water by means of redox reactions at an anode and cathode. Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example in houses without a connection to a power grid or in motor vehicles, in rail transport, in aviation, in space travel and in shipping. In fuel cell units, a large number of fuel cells are arranged in a fuel cell stack as a fuel cell stack. Inside each fuel cell there is a gas space for oxidizing agent, ie a flow space for conducting oxidizing agent, such as air from the environment with oxygen, through. The oxidant gas space is formed by channels on the bipolar plate and by a gas diffusion layer for a cathode. The channels are thus formed by a corresponding channel structure of a bipolar plate and the oxidizing agent, namely oxygen, reaches the cathode of the fuel cells through the gas diffusion layer. A gas space for fuel is present in an analogous manner.

Elektrolysezelleneinheiten aus gestapelt angeordneten Elektrolysezellen, analog wie bei Brennstoffzelleneinheiten, dienen beispielsweise zur elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser. Ferner sind Brennstoffzelleneinheiten bekannt, die als reversible Brennstoffzelleneinheiten und damit als Elektrolysezelleneinheiten betrieben werden können. Brennstoffzelleneinheiten und Elektrolysezelleinheiten bilden elektrochemische Zelleneinheiten. Brennstoffzellen und Elektrolysezellen bilden elektrochemische Zellen.Electrolytic cell units made up of stacked electrolytic cells, analogous to fuel cell units, are used, for example, for the electrolytic production of hydrogen and oxygen from water. Furthermore, fuel cell units are known which can be operated as reversible fuel cell units and thus as electrolytic cell units. Fuel cell units and electrolytic cell units form electrochemical cell units. Fuel cells and electrolytic cells form electrochemical cells.

In elektrochemischen Zelleneinheiten werden Prozessfluide zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie eingesetzt. Die Prozessfluide werden somit durch Kanäle für die Prozessfluide in einem Stapel mit elektrochemischen Zellen geleitet. Die Prozessfluide werden dabei stets in der gleichen Strömungsrichtung durch die Kanäle geleitet. Beispielsweise bei einer Brennstoffzelle mit Brennstoff als dem primären Prozessfluid erfolgt somit das Einleiten des Brennstoffes in eine erste Öffnung für den Brennstoff in dem Brennstoffzellenstapel und das Ausleiten des Brennstoffes wird aus einer zweiten Öffnung für den Brennstoff in dem Brennstoffzellenstapel ausgeführt ohne dass dies umkehrbar ist. Eine inverse Strömungsrichtung des Brennstoffes als dem primären Prozessfluid durch die Kanäle für Brennstoff in dem Brennstoffzellenstapel ist somit nicht möglich. Dies gilt analog für das Oxidationsmittel als das sekundäre Prozessfluid und das Kühlmittel als das tertiäre Prozessfluid. Auch bei Elektrolysezelleneinheiten mit dem primären und sekundären Prozessfluid als dem Elektrolyten erfolgt das Durchleiten durch die Kanäle für die 2 Elektrolyten in dem Elektrolysezellenstapel stets in der gleichen Strömungsrichtung.In electrochemical cell units, process fluids are used to convert electrochemical energy into electrical energy and/or to convert electrical energy into electrochemical energy. The process fluids are thus directed through process fluid channels in an electrochemical cell stack. The process fluids are always guided through the channels in the same direction of flow. For example, in a fuel cell with fuel as the primary process fluid, the introduction of fuel is performed into a first fuel port in the fuel cell stack and the discharge of fuel is performed from a second fuel port in the fuel cell stack without being reversible. An inverse direction of flow of the fuel as the primary process fluid through the channels for fuel in the fuel cell stack is therefore not possible. This applies analogously to the oxidant as the secondary process fluid and the coolant as the tertiary process fluid. Also in the case of electrolytic cell units with the primary and secondary process fluid as the electrolyte, the passage through the channels for the 2 electrolytes in the electrolytic cell stack always takes place in the same direction of flow.

Die Komponenten der elektrochemischen Zellen unterliegen einem Alterungsprozess, welcher insbesondere durch die thermische, elektrische und/oder chemische Belastung der einzelnen Zellen beeinflusst ist. Die Alterung wird dabei stark beeinflusst durch Parameter in dem Stack als der Temperatur, Feuchtigkeit und der Konzentration der Prozessfluide. Dies führte dazu, dass der Alterungsprozess für je ein Prozessfluid an dem Kanal dieses Prozessfluides zwischen der ersten Öffnung zum Einleiten des Prozessfluides und der zweiten Öffnung zum Ausleiten des Prozessfluides sich deutlich unterscheidet. Dadurch tritt eine ungleichmäßige Verteilung der Alterung in der elektrochemischen Zelleneinheit auf, sodass in nachteiliger Weise der Betrieb mit der elektrochemischen Zelleneinheit aufgrund Alterung beendet werden muss, obwohl beispielsweise nur an einem Einlassbereich für je ein Prozessfluid die Alterungsgrenze erreicht ist und an einem Auslassbereich für je ein Prozessfluid nur eine geringe Alterung vorhanden ist. Die thermische, elektrische und/oder chemische Belastung an dem Einlass- und Auslassbereich und damit die Alterung ist unterschiedlich. Der Betrieb mit der elektrochemischen Zelleneinheit muss somit frühzeitig beendet werden. Dies führt zu hohen Kosten, weil die elektrochemische Zelleneinheit mit einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Betriebsstunden aufgrund Alterung zu entsorgen oder in aufwendiger Weise aufzubereiten ist. Außerdem wird durch die ungleichmäßige Alterung der Wirkungsgrad der elektrochemischen Zelleneinheit reduziert.The components of the electrochemical cells are subject to an aging process, which is influenced in particular by the thermal, electrical and/or chemical stress on the individual cells. Aging is strongly influenced by parameters in the stack such as temperature, humidity and the concentration of the process fluids. As a result, the aging process for each process fluid at the channel of this process fluid differs significantly between the first opening for introducing the process fluid and the second opening for discharging the process fluid. This results in an uneven distribution of aging in the electrochemical cell unit, so that disadvantageously operation with the electrochemical cell unit must be terminated due to aging, although the aging limit is only reached in one inlet area for one process fluid each and in one outlet area for one each Process fluid only a small aging is present. The thermal, electrical and/or chemical stress on the inlet and outlet area and thus the aging is different. The operation with the electrochemical cell unit must therefore be terminated early. This leads to high costs because the electrochemical cell unit with a relatively small number of operating hours has to be disposed of due to aging or processed in a complex manner. In addition, the efficiency of the electrochemical cell unit is reduced by the uneven aging.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer elektrochemische Zelleneinheit oder eines elektrochemischen Zellensystems zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als Brennstoffzelleneinheit und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als Elektrolysezelleneinheit mit gestapelten elektrochemischen Zellen mit den Schritten: Einleiten eines primären Prozessfluides durch eine erste Öffnung für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle für das primäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemische Zelleneinheit durch eine zweite Öffnung für das primäre Prozessfluid, Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch eine erste Öffnung für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle für das sekundäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch eine zweite Öffnung für das sekundäre Prozessfluid, wobei die Strömungsrichtung des primären Prozessfluides umgedreht wird, so dass das Einleiten des primären Prozessfluides durch die zweite Öffnung für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle für das primäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch die erste Öffnung für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird. In vorteilhafter Weise wird somit die Alterung verursacht von dem primären Prozessfluid gleichmäßig auf den Stack verteilt an einem Einlassbereich und einem Auslassbereich und aufgrund der unterschiedlichen Richtungen des primären Prozessfluides sind der Einlassbereich und der Auslassbereich unterschiedliche, abwechselnde Teile des Stacks, sodass die Alterung gleichmäßig auf diese Teile des Stacks verteilt wird und damit eine lange Lebensdauer der elektrochemischen Zelleneinheit bezüglich der Alterung verursacht von dem primären Prozessfluid ermöglicht wird.Method according to the invention for operating an electrochemical cell unit or an electrochemical cell system for converting electrochemical energy into electrical energy as a fuel cell unit and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as a stacked electrolytic cell unit Electrochemical cells comprising the steps of: introducing a primary process fluid into the electrochemical cell unit through a first primary process fluid opening, directing the primary process fluid through primary process fluid channels in a first direction, discharging the primary process fluid from the electrochemical cell unit through a second opening for the primary process fluid, introducing a secondary process fluid through a first secondary process fluid port into the electrochemical cell unit, directing the secondary process fluid through secondary process fluid channels in a first direction, exhausting the secondary process fluid from the electrochemical cell unit through a second port for the secondary process fluid, wherein the direction of flow of the primary process fluid is reversed such that introducing the primary process fluid through the second primary process fluid port into the electrochemical cell unit and directing the primary process fluid through primary process fluid channels is performed in a second direction opposite to the first direction and discharging the primary process fluid from the electrochemical cell unit through the first primary process fluid port is performed. Advantageously, the aging caused by the primary process fluid is distributed evenly over the stack at an inlet area and an outlet area, and due to the different directions of the primary process fluid, the inlet area and the outlet area are different, alternating parts of the stack, so that the aging is evenly distributed over them Parts of the stack is distributed and thus a long service life of the electrochemical cell unit with respect to the aging caused by the primary process fluid is made possible.

In einer ergänzenden Variante wird die Strömungsrichtung des sekundären Prozessfluides umgedreht, so dass das Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch die zweite Öffnung für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle für das sekundäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch die erste Öffnung für das sekundäre Prozessfluid ausgeführt wird.In a supplementary variant, the direction of flow of the secondary process fluid is reversed such that the introduction of a secondary process fluid through the second secondary process fluid opening into the electrochemical cell unit and the conduction of the secondary process fluid through secondary process fluid channels in a second direction are reversed to the first direction is performed and the discharging of the secondary process fluid from the electrochemical cell unit is performed through the first secondary process fluid port.

In einer ergänzenden Ausführungsform werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt: Einleiten eines tertiären Prozessfluides durch eine erste Öffnung für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle für das tertiäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch eine zweite Öffnung für das tertiäre Prozessfluid.In an additional embodiment, the following steps are carried out: introducing a tertiary process fluid into the electrochemical cell unit through a first tertiary process fluid port, directing the tertiary process fluid through tertiary process fluid channels in a first direction, exhausting the tertiary process fluid from the electrochemical cell unit through a second port for the tertiary process fluid.

In einer weiteren Ausgestaltung wird die Strömungsrichtung des tertiären Prozessfluides umgedreht, so dass das Einleiten des tertiären Prozessfluides durch die zweite Öffnung für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle für das tertiäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch die erste Öffnung für das tertiäre Prozessfluid ausgeführt wird.In a further embodiment, the direction of flow of the tertiary process fluid is reversed such that the introduction of the tertiary process fluid through the second tertiary process fluid port into the electrochemical cell unit and the directing of the tertiary process fluid through tertiary process fluid channels in a second direction is reversed to the first direction and the discharging of the tertiary process fluid from the electrochemical cell unit is performed through the first tertiary process fluid port.

Zweckmäßig werden die entgegengesetzt gerichteten Strömungsrichtungen des primären und/oder sekundären und/oder tertiären Prozessfluides zeitlich aufeinanderfolgend während je zwei Strömungsrichtungsphasen mit einer ersten Strömungsrichtungsphase mit einer ersten Strömungsrichtung des primären und/oder sekundären und/oder tertiären Prozessfluides und mit einer zweiten Strömungsrichtungsphase mit einer zweiten, entgegengesetzt zu der ersten ausgerichteten Strömungsrichtung des primären und/oder sekundären und/oder tertiären Prozessfluides ausgeführt und die je erste und je zweite Strömungsrichtungsphase für je ein Prozessfluid zeitlich aufeinanderfolgend ausgeführt werden.The oppositely directed flow directions of the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid are expediently sequential in time during two flow direction phases with a first flow direction phase with a first flow direction of the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid and with a second flow direction phase with a second , performed opposite to the first aligned flow direction of the primary and / or secondary and / or tertiary process fluid and the first and second flow direction phase for each process fluid are performed in succession in time.

In einer weiteren Variante ist bei einer Brennstoffzelleneinheit das primäre Prozessfluid Brennstoff, das sekundären Prozessfluid Oxidationsmittel und das tertiäre Prozessfluid Kühlmittel und vorzugsweise werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel ausschließlich im Gegenstrom oder ausschließlich im Gleichstrom durch die Brennstoffzelleneinheit während je einer Strömungsrichtungsphase, insbesondere während sämtlicher Strömungsrichtungsphasen, geleitet.In a further variant in a fuel cell unit, the primary process fluid is fuel, the secondary process fluid is oxidizing agent and the tertiary process fluid is coolant, and preferably the fuel and the oxidizing agent flow through the fuel cell unit exclusively in countercurrent or exclusively in cocurrent during each flow direction phase, in particular during all flow direction phases. directed.

Insbesondere ist bei einer Elektrolysezelleneinheit das primäre und sekundäre Prozessfluid ein Elektrolyt.In particular, in an electrolytic cell unit, the primary and secondary process fluid is an electrolyte.

In einer weiteren Ausführungsform beträgt die Dauer je einer Strömungsrichtungsphase wenigstens 5 h, 20 h oder 100 h Betriebsstunden der elektrochemischen Zelleneinheit. Die Dauer je einer Strömungsrichtungsphase ergibt sich somit insbesondere aus der Summe der Betriebsstunden der elektrochemischen Zelleneinheit.In a further embodiment, the duration of each flow direction phase is at least 5 hours, 20 hours or 100 hours of operating hours of the electrochemical cell unit. The duration of each phase of flow direction thus results in particular from the sum of the operating hours of the electrochemical cell unit.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung werden die Zeitdauer je einer Strömungsrichtungsphase für je ein Prozessfluid in Abhängigkeit von Betriebsparametern, insbesondere der Anzahl der Kaltstarts und/oder der durchschnittlichen Leistung und/oder der Betriebsstunden und/oder der Feuchtigkeit des Brennstoffes und/oder Oxidationsmittels, des elektrochemischen Zellensystem gesteuert und/oder geregelt. Die Betriebsparameter werden von einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit erfasst und anhand von in der Steuerungs- und/oder Regeleinheit gespeicherter Daten, insbesondere empirischer Daten, wird in Modellen die Alterung erfasst und in Abhängigkeit von der Alterung wird getrennt für jedes Prozessfluid Dauer der ersten und zweiten Strömungsrichtungsphase gesteuert und/oder geregelt, insbesondere die Dauern der ersten und zweiten Strömungsrichtungsphasen, welche zeitlich aufeinanderfolgen. Die Steuerung der ersten und zweiten Strömungsrichtungsphasen getrennt für jedes Prozessfluid erfolgt somit optimiert in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der elektrochemischen Zelleneinheit und/oder des elektrochemischen Zellensystems.In an additional embodiment, the duration of each flow direction phase for each process fluid as a function of operating para meters, in particular the number of cold starts and/or the average power and/or the operating hours and/or the humidity of the fuel and/or oxidizing agent, of the electrochemical cell system is controlled and/or regulated. The operating parameters are recorded by a control and/or regulation unit and based on data stored in the control and/or regulation unit, in particular empirical data, the aging is recorded in models and depending on the aging is separated for each process fluid duration of the first and second flow direction phase controlled and / or regulated, in particular the duration of the first and second flow direction phases, which follow each other in time. The control of the first and second flow direction phases separately for each process fluid is thus optimized depending on the operating parameters of the electrochemical cell unit and/or the electrochemical cell system.

Erfindungsgemäßes elektrochemisches Zellensystem zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als elektrochemisches Brennstoffzellensystem und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als elektrochemisches Elektrolysezellensystem, umfassend eine elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit oder Elektrolysezelleneinheit mit gestapelt angeordneten elektrochemischen Zellen und die elektrochemischen Zellen jeweils gestapelt angeordnete schichtförmige Komponenten umfassen, Kanäle zum Durchleiten von Prozessfluiden, wenigstens ein Mittel zum Durchleiten der Prozessfluide durch die Kanäle, wobei mit dem elektrochemischen Zellensystem ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren ausführbar ist.Electrochemical cell system according to the invention for converting electrochemical energy into electrical energy as an electrochemical fuel cell system and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as an electrochemical electrolytic cell system, comprising an electrochemical cell unit as a fuel cell unit or electrolytic cell unit with electrochemical cells arranged in a stack and the electrochemical cells each comprising layered components arranged in a stack , Channels for conducting process fluids, at least one means for conducting the process fluids through the channels, it being possible to carry out a method described in this patent application with the electrochemical cell system.

Vorzugsweise umfasst das elektrochemische Zellensystem wenigsten ein Ventil, insbesondere wenigstens ein 3-Wege-Ventil, als das wenigstens eine Mittel und in einer ersten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das primäre Prozessfluid in der ersten Richtung durch die Kanäle für das primäre Prozessfluid leitbar ist und in einer zweiten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das primäre Prozessfluid in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die Kanäle für das primäre Prozessfluid leitbar ist.The electrochemical cell system preferably comprises at least one valve, in particular at least one 3-way valve, as the at least one means and in a first switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the primary process fluid in the first direction can be guided through the channels for the primary process fluid and in a second switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the primary process fluid can be guided through the channels for the primary process fluid in the second direction opposite to the first direction .

In einer weiteren Ausgestaltung umfasst das elektrochemische Zellensystem wenigsten eine Pumpe als das wenigstens eine Mittel und die wenigstens eine Pumpe in entgegengesetzt gerichteten ersten und zweiten Förderrichtungen betreibbar ist und in einer ersten Förderrichtung der wenigstens einen Pumpe das primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Prozessfluid in der ersten Richtung durch die Kanäle für das primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Prozessfluid leitbar ist und in einer zweiten Förderrichtung der wenigstens einen Pumpe das primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Prozessfluid in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die Kanäle für das primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Prozessfluid leitbar ist.In a further configuration, the electrochemical cell system comprises at least one pump as the at least one means and the at least one pump can be operated in opposite first and second conveying directions and in a first conveying direction of the at least one pump the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid in the first direction through the channels for the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid and in a second conveying direction of the at least one pump the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid in the second direction opposite to the first direction can be guided through the channels for the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid.

In einer ergänzenden Variante umfasst das elektrochemische Zellensystem wenigsten ein Ventil, insbesondere wenigstens ein 3-Wege-Ventil, als das wenigstens eine Mittel und in einer ersten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das sekundäre Prozessfluid in der ersten Richtung durch die Kanäle für das sekundäre Prozessfluid leitbar ist und in einer zweiten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das sekundäre Prozessfluid in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die Kanäle für das sekundäre Prozessfluid leitbar ist.In a supplementary variant, the electrochemical cell system comprises at least one valve, in particular at least one 3-way valve, as the at least one means and in a first switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the secondary process fluid in the first direction through the channels for the secondary process fluid and in a second switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the secondary process fluid in the second direction opposite to the first direction through the channels for the secondary Process fluid is conductive.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst das elektrochemische Zellensystem wenigsten ein Ventil, insbesondere wenigstens ein 3-Wege-Ventil, als das wenigstens eine Mittel und in einer ersten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das tertiäre Prozessfluid in der ersten Richtung durch die Kanäle für das tertiäre Prozessfluid leitbar ist und in einer zweiten Schaltstellung des wenigstens einen Ventils, insbesondere des wenigstens einen 3-Wege-Ventils, das tertiäre Prozessfluid in der zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch die Kanäle für das tertiäre Prozessfluid leitbar ist. Das tertiäre Prozessfluid, beispielsweise das Kühlmittel, kann mittels des wenigstens eines Ventiles in den abwechselnden Strömungsrichtungsphasen in unterschiedlichen Richtungen durch die Kanäle für das Kühlmittel geleitet werden, sodass eine Kühlmittelpumpe stets in der gleichen Förderrichtung betrieben wird und die Umkehr der Strömungsrichtung des Kühlmittels durch die Kanäle für Kühlmittel mittels des wenigstens einen Ventiles gesteuert und/oder geregelt wird.In a further embodiment, the electrochemical cell system comprises at least one valve, in particular at least one 3-way valve, as the at least one means and in a first switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the tertiary process fluid in the first direction through the channels for the tertiary process fluid and in a second switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the tertiary process fluid in the second direction opposite to the first direction through the channels for the tertiary Process fluid is conductive. The tertiary process fluid, for example the coolant, can be directed through the channels for the coolant in different directions in the alternating flow direction phases by means of the at least one valve, so that a coolant pump is always operated in the same conveying direction and the reversal of the flow direction of the coolant through the channels for coolant is controlled and/or regulated by means of the at least one valve.

In einer zusätzlichen Ausführungsform ist das elektrochemische Zellensystem ein Brennstoffzellensystem, umfassend einen Druckgasspeicher für Brennstoff und eine Gasfördervorrichtung und das primäre Prozessfluid der Brennstoff, das sekundäre Prozessfluid das Oxidationsmittel Luft und das tertiäre Prozessfluid Kühlmittel ist.In an additional embodiment, the electrochemical cell system is a fuel cell system comprising a pressurized gas storage tank for fuel and a gas delivery device and the primary process fluid is fuel, the secondary process fluid is oxidant air and the tertiary process fluid is coolant.

Vorzugsweise werden der Brennstoff und das Oxidationsmittel in abwechselnd in unterschiedlichen Strömungsrichtungsphasen im Gegenstrom oder im Gleichstrom durch die Brennstoffzelleneinheit während je einer Strömungsrichtungsphase, insbesondere während sämtlicher Strömungsrichtungsphasen, geleitet.Preferably, the fuel and oxidant are introduced alternately in different flow direction phases countercurrently or cocurrently through the fuel cells unit during each flow direction phase, in particular during all flow direction phases.

In einer ergänzenden Variante wird das in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Verfahren mit dem in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen elektrochemischen Zellensystem zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie als elektrochemisches Brennstoffzellensystem und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie als elektrochemisches Elektrolysezellensystem ausgeführt.In a supplementary variant, the method described in this property right application is carried out with the electrochemical cell system described in this property right application for converting electrochemical energy into electrical energy as an electrochemical fuel cell system and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as an electrochemical electrolytic cell system.

In einer weiteren Variante sind die Komponenten der elektrochemischen Zellen vorzugsweise Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, vorzugsweise Membranelektrodenanordnungen, vorzugsweise Gasdiffusionsschichten und Bipolarplatten sind.In a further variant, the components of the electrochemical cells are preferably proton exchange membranes, anodes, cathodes, preferably membrane electrode arrangements, preferably gas diffusion layers and bipolar plates.

In einer weiteren Ausführungsform wird das in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Verfahren während der Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder während der Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie ausgeführt.In a further embodiment, the method described in this patent application is carried out during the conversion of electrochemical energy into electrical energy and/or during the conversion of electrical energy into electrochemical energy.

In einer ergänzenden Variante sind die Öffnungen und/oder Kanäle in dem Stack ausgebildet.In an additional variant, the openings and/or channels are formed in the stack.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung wird während der Lebensdauer der elektrochemischen Zelleneinheit und/oder des elektrochemischen Zellensystems das Wechseln zwischen der ersten und zweiten Strömungsrichtungsphase, jeweils für das primäre und/oder sekundäre und/oder tertiäre Prozessfluid, wenigstens 2-, 5-, 10-, 30-, 50- oder 100-Mal ausgeführt. Die Lebensdauer wird beendet mit der Entsorgung oder der Aufbereitung der elektrochemischen Zelleneinheit und/oder des elektrochemischen Zellensystems. Bei einer Aufbereitung muss der Stack in die Zellen und/oder Komponenten zerlegt werden, d. h. einzelne Komponenten und/oder Zellen müssen ausgetauscht werden.In an additional embodiment, during the service life of the electrochemical cell unit and/or the electrochemical cell system, the changeover between the first and second flow direction phase, in each case for the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid, is at least 2-, 5-, 10-, Executed 30, 50 or 100 times. The service life ends with the disposal or processing of the electrochemical cell unit and/or the electrochemical cell system. In the case of a refurbishment, the stack must be dismantled into the cells and/or components, i. H. individual components and/or cells must be replaced.

In einer weiteren Ausgestaltung wird das Verfahren mit einer elektrochemischen Zelleneinheit ausgeführt mit zu einem Stack gestapelten elektrochemischen Zellen mit schichtförmigen Komponenten, nämlich vorzugsweise Protonenaustauschermembranen, Anoden, Kathoden, vorzugsweise Membranelektrodenanordnungen, vorzugsweise Gasdiffusionsschichten und vorzugsweise Bipolarplatten.In a further embodiment, the method is carried out with an electrochemical cell unit with electrochemical cells stacked to form a stack with layered components, namely preferably proton exchange membranes, anodes, cathodes, preferably membrane electrode arrangements, preferably gas diffusion layers and preferably bipolar plates.

Vorzugsweise sind die Membranelektrodenanordnungen von je einer Protonenaustauschermembran, je wenigstens einem Subgasket, je einer Anode und je einer Kathode gebildet, insbesondere als CCM (catalyst coated membran) mit Katalysatormaterial in den Anoden und Kathoden.The membrane electrode arrangements are preferably formed by one proton exchange membrane each, at least one subgasket each, one anode each and one cathode each, in particular as a CCM (catalyst coated membrane) with catalyst material in the anodes and cathodes.

In einer weiteren Variante wird mit das in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Verfahren mit einer in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenen elektrochemischen Zelleneinheit und/oder elektrochemischen Zellensystem ausgeführt.In a further variant, the method described in this patent application is carried out with an electrochemical cell unit and/or electrochemical cell system described in this patent application.

Die Erfindung umfasst ferner ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.The invention also includes a computer program with program code means, which are stored on a computer-readable data carrier, in order to carry out a method described in this patent application, when the computer program is carried out on a computer or a corresponding computing unit.

Bestandteil der Erfindung ist außerdem ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um ein in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebenes Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Recheneinheit durchgeführt wird.The invention also includes a computer program product with program code means that are stored on a computer-readable data carrier in order to carry out a method described in this property right application when the computer program is carried out on a computer or a corresponding processing unit.

In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die elektrochemische Zelleneinheit eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder eine Elektrolysezelleneinheit zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie.In an additional embodiment, the electrochemical cell unit is a fuel cell unit as a fuel cell stack for converting electrochemical energy into electrical energy and/or an electrolytic cell unit for converting electrical energy into electrochemical energy.

Zweckmäßig sind die Bipolarplatten als Separatorplatten ausgebildet und zwischen je einer Anode und je einer Kathode eine elektrische Isolationsschicht, insbesondere eine Protonenaustauschermembran, angeordnet ist und vorzugsweise die Elektrolysezellen jeweils einen dritten Kanal für die getrennte Durchleitung eines Kühlfluid als drittes Prozessfluid umfassen.The bipolar plates are expediently designed as separator plates and an electrical insulation layer, in particular a proton exchange membrane, is arranged between each anode and each cathode, and preferably the electrolysis cells each include a third channel for the separate passage of a cooling fluid as the third process fluid.

In einer zusätzlichen Variante ist die Elektrolysezelleneinheit zusätzlich als Brennstoffzelleneinheit, insbesondere eine in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Brennstoffzelleneinheit, ausgebildet, so dass die Elektrolysezelleneinheit eine reversible Brennstoffzelleneinheit bildet.In an additional variant, the electrolytic cell unit is additionally designed as a fuel cell unit, in particular a fuel cell unit described in this patent application, so that the electrolytic cell unit forms a reversible fuel cell unit.

In einer weiteren Variante umfasst die elektrochemische Zelleneinheit ein Gehäuse und/oder eine Anschlussplatte. Der Stapel ist von dem Gehäuse und/oder der Anschlussplatte umschlossen.In a further variant, the electrochemical cell unit comprises a housing and/or a connection plate. The stack is enclosed by the housing and/or the connection board.

In einer ergänzenden Ausführungsform umfasst das Brennstoffzellensystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel mit Brennstoffzellen, einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen.In an additional embodiment, the fuel cell system, in particular for a motor vehicle, includes a fuel cell unit as a fuel cell stack with fuel cells, a compressed gas accumulator for storing gas fuel, a gas delivery device for delivering a gaseous oxidant to the cathodes of the fuel cells.

In einer zusätzlichen Ausgestaltung umfasst das Elektrolysesystem und/oder Brennstoffzellensystem, eine Elektrolysezelleneinheit als Elektrolysezellenstapel mit Elektrolysezellen, vorzugsweise einen Druckgasspeicher zur Speicherung von gasförmigem Brennstoff, vorzugsweise eine Gasfördervorrichtung zur Förderung eines gasförmigen Oxidationsmittels zu den Kathoden der Brennstoffzellen, einen Speicherbehälter für flüssigen Elektrolyten, eine Pumpe zur Förderung des flüssigen Elektrolyten.In an additional embodiment, the electrolysis system and/or fuel cell system comprises an electrolysis cell unit as an electrolysis cell stack with electrolysis cells, preferably a pressurized gas store for storing gaseous fuel, preferably a gas delivery device for delivering a gaseous oxidizing agent to the cathodes of the fuel cells, a storage container for liquid electrolyte, a pump to promote the liquid electrolyte.

In einer weiteren Ausgestaltung bildet die in dieser Schutzrechtsanmeldung beschriebene Brennstoffzelleneinheit zusätzlich eine Elektrolysezelleneinheit und vorzugsweise umgekehrt.In a further embodiment, the fuel cell unit described in this patent application also forms an electrolytic cell unit and preferably vice versa.

In einer weiteren Variante ist die Gasfördervorrichtung als ein Gebläse und/oder ein Kompressor und/oder ein Druckbehälter mit Oxidationsmittel ausgebildet.In a further variant, the gas conveying device is designed as a blower and/or a compressor and/or a pressure vessel with oxidizing agent.

Vorzugsweise ist der Brennstoff Wasserstoff, wasserstoffreiches Gas, Reformatgas oder Erdgas.Preferably the fuel is hydrogen, hydrogen rich gas, reformate gas or natural gas.

Zweckmäßig sind die Brennstoffzellen und/oder Elektrolysezellen im Wesentlichen eben und/oder scheibenförmig ausgebildet.The fuel cells and/or electrolytic cells are expediently designed to be essentially flat and/or disc-shaped.

In einer ergänzenden Variante ist das Oxidationsmittel Luft mit Sauerstoff oder reiner Sauerstoff.In a supplementary variant, the oxidizing agent is air with oxygen or pure oxygen.

Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit eine PEM-Brennstoffzelleneinheit mit PEM-Brennstoffzellen oder eine SOFC-Brennstoffzelleneinheit mit SOFC-Brennstoffzellen oder eine alkalische Brennstoffzelle (AFC).Preferably, the fuel cell unit is a PEM fuel cell unit with PEM fuel cells, or a SOFC fuel cell unit with SOFC fuel cells, or an alkaline fuel cell (AFC).

Figurenlistecharacter list

Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:

1 eine stark vereinfachte Explosionsdarstellung eines elektrochemischen Zellensystems als Brennstoffzellensystem und Elektrolysezellensystem mit Komponenten einer elektrochemischen Zelle als Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
2 eine perspektivische Ansicht eines Teils einer Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
3 einen Längsschnitt durch elektrochemische Zellen als Brennstoffzelle und Elektrolysezelle,
4 eine perspektivische Ansicht einer elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit und Elektrolysezelleneinheit als Brennstoffzellenstapel und Elektrolysezellenstapel,
5 eine Seitenansicht der elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit und Elektrolysezelleneinheit als Brennstoffzellenstapel und Elektrolysezellenstapel,
6 eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte,
7 eine stark vereinfachte Darstellung der elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit während einer ersten Strömungsrichtungsphase für das primäre, sekundäre und tertiäre Prozessfluid und
8 eine stark vereinfachte Darstellung der elektrochemischen Zelleneinheit als Brennstoffzelleneinheit während einer zweiten Strömungsrichtungsphase für das primäre, sekundäre und tertiäre Prozessfluid.

Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the accompanying drawings. It shows:

1 a greatly simplified exploded view of an electrochemical cell system as a fuel cell system and electrolysis cell system with components of an electrochemical cell as a fuel cell and electrolysis cell,
2 a perspective view of part of a fuel cell and electrolytic cell,
3 a longitudinal section through electrochemical cells as fuel cells and electrolytic cells,
4 a perspective view of an electrochemical cell unit as a fuel cell unit and electrolytic cell unit as a fuel cell stack and electrolytic cell stack,
5 a side view of the electrochemical cell unit as a fuel cell unit and electrolytic cell unit as a fuel cell stack and electrolytic cell stack,
6 a perspective view of a bipolar plate,
7 a highly simplified representation of the electrochemical cell unit as a fuel cell unit during a first flow direction phase for the primary, secondary and tertiary process fluid and
8th a highly simplified representation of the electrochemical cell unit as a fuel cell unit during a second flow direction phase for the primary, secondary and tertiary process fluid.

In den 1 bis 3 ist der grundlegende Aufbau einer Brennstoffzelle 2 als einer PEM-Brennstoffzelle 3 (Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 3) dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff H₂ als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.In the 1 until 3 the basic structure of a fuel cell 2 is shown as a PEM fuel cell 3 (polymer electrolyte fuel cell 3). The principle of fuel cells 2 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction. Hydrogen H ₂ is passed as a gaseous fuel to an anode 7 and the anode 7 forms the negative pole. A gaseous oxidizing agent, namely air with oxygen, is fed to a cathode 8, ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous oxidizing agent. A reduction (acceptance of electrons) takes place at the cathode 8 . The oxidation as electron release is carried out at the anode 7 .

Die Redoxgleichungen der elektrochemischen Vorgänge lauten:

Kathode: O₂ + 4 H⁺ + 4 e^- --» 2 H₂O
Anode: 2 H₂ --» 4 H⁺ + 4 e^-
Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂ + O₂ --» 2 H₂O

The redox equations of the electrochemical processes are:

Cathode: O ₂ + 4 H ⁺ + 4 e ^- --» 2 H ₂ O
Anode: 2 H ₂ --» 4 H ⁺ + 4 e ^-
Summation reaction equation of cathode and anode: _2H2 + _O2 --» _2H2O

Die Differenz der Normalpotentiale der Elektrodenpaare unter Standardbedingungen als reversible Brennstoffzellenspannung oder Leerlaufspannung der unbelasteten Brennstoffzelle 2 beträgt 1,23 V. Diese theoretische Spannung von 1,23 V wird in der Praxis nicht erreicht. Im Ruhezustand und bei kleinen Strömen können Spannungen über 1,0 V erreicht werden und im Betrieb mit größeren Strömen werden Spannungen zwischen 0,5 V und 1,0 V erreicht. Die Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2, insbesondere eine Brennstoffzelleneinheit 1 als Brennstoffzellenstapel 1 von mehreren gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2, weist eine höhere Spannung auf, welche der Zahl der Brennstoffzellen 2 multipliziert mit der Einzelspannung je einer Brennstoffzelle 2 entspricht.The difference between the normal potentials of the pairs of electrodes under standard conditions as a reversible fuel cell voltage or no-load voltage of the unloaded fuel cell 2 is 1.23 V. This theoretical voltage of 1.23 V is not achieved in practice. In the idle state and with small currents, voltages of over 1.0 V can be reached and when operating with larger currents, voltages between 0.5 V and 1.0 V are reached. The series connection of several fuel cells 2, in particular a fuel cell unit 1 as a fuel cell stack 1 of several stacked fuel cells 2, has a higher voltage, which corresponds to the number of fuel cells 2 multiplied by the individual voltage of each fuel cell 2.

Die Brennstoffzelle 2 umfasst außerdem eine Protonenaustauschermembran 5 (Proton Exchange Membrane, PEM), welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die PEM 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die PEM 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Im Allgemeinen werden 12 µm bis 150 µm dicke, protonenleitende Folien aus perfluorierten und sulfonierten Polymeren eingesetzt. Die PEM 5 leitet die Protonen H⁺ und sperrt andere Ionen als Protonen H⁺ im Wesentlichen, so dass aufgrund der Durchlässigkeit der PEM 5 für die Protonen H⁺ der Ladungstransport erfolgen kann. Die PEM 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff O₂ und Wasserstoff H₂ zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff H₂ und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff O₂ als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der PEM 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.The fuel cell 2 also includes a proton exchange membrane 5 (proton exchange membrane, PEM), which is arranged between the anode 7 and the cathode 8 . The anode 7 and cathode 8 are in the form of layers or discs. The PEM 5 acts as an electrolyte, catalyst support and separator for the reaction gases. The PEM 5 also acts as an electrical insulator and prevents an electrical short circuit between the anode 7 and cathode 8. In general, 12 μm to 150 μm thick, proton-conducting foils made from perfluorinated and sulfonated polymers are used. The PEM 5 conducts the H ⁺ protons and essentially blocks ions other than H ⁺ protons, so that the charge transport can take place due to the permeability of the PEM 5 for the H ⁺ protons. The PEM 5 is essentially impermeable to the reaction gases oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ , ie blocks the flow of oxygen O ₂ and hydrogen H ₂ between a gas space 31 at the anode 7 with fuel hydrogen H ₂ and the gas space 32 at the cathode 8 with air or oxygen O ₂ as the oxidizing agent. The proton conductivity of the PEM 5 increases with increasing temperature and increasing water content.

Auf den beiden Seiten der PEM 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31, 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der PEM 5 und den Elektroden 7, 8 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 sind mit der PEM 5 verpresst. Die Elektroden 7, 8 sind platinhaltige Kohlenstoffpartikel, die an PTFE (Polytetrafluorethylen), FEP (Fluoriertes Ethylen-Propylen-Copolymer), PFA (Perfluoralkoxy), PVDF (Polyvinylidenfluorid) und/oder PVA (Polyvinylalkohol) gebunden sind und in mikroporösen Kohlefaser-, Glasfaser- oder Kunststoffmatten heißverpresst sind. An den Elektroden 7, 8 sind auf der Seite zu den Gasräumen 31, 32 hin normalerweise jeweils eine Katalysatorschichten 30 aufgebracht (nicht dargestellt). Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 31 mit Brennstoff an der Anode 7 umfasst nanodisperses Platin-Ruthenium auf grafitierten Rußpartikeln, die an einem Bindemittel gebunden sind. Die Katalysatorschicht 30 an dem Gasraum 32 mit Oxidationsmittel an der Kathode 8 umfasst analog nanodisperses Platin. Als Bindemittel werden beispielsweise Nation®, eine PTFE-Emulsion oder Polyvinylalkohol eingesetzt.The electrodes 7 , 8 as the anode 7 and cathode 8 lie on the two sides of the PEM 5 , each facing towards the gas chambers 31 , 32 . A unit made up of the PEM 5 and the electrodes 7, 8 is referred to as a membrane electrode assembly 6 (membrane electrode assembly, MEA). The electrodes 7, 8 are pressed with the PEM 5. The electrodes 7, 8 are platinum-containing carbon particles bonded to PTFE (polytetrafluoroethylene), FEP (fluorinated ethylene-propylene copolymer), PFA (perfluoroalkoxy), PVDF (polyvinylidene fluoride) and/or PVA (polyvinyl alcohol) and embedded in microporous carbon fiber, Glass fiber or plastic mats are hot-pressed. A catalyst layer 30 (not shown) is normally applied to each of the electrodes 7, 8 on the side facing the gas chambers 31, 32. The catalyst layer 30 on the gas space 31 with fuel on the anode 7 comprises nanodisperse platinum-ruthenium on graphitized soot particles which are bound to a binder. The catalyst layer 30 on the gas space 32 with oxidizing agent on the cathode 8 analogously comprises nanodispersed platinum. For example, Nation®, a PTFE emulsion or polyvinyl alcohol are used as binders.

Abweichend hiervon sind die Elektroden 7, 8 aus einem lonomer, beispielsweise Nation®, platinhaltigen Kohlenstoffpartikeln und Zusatzstoffen aufgebaut. Diese Elektroden 7, 8 mit dem lonomer sind aufgrund der Kohlenstoffpartikel elektrisch leitfähig und leiten auch die Protonen H⁺ und fungieren zusätzlich auch als Katalysatorschicht 30 wegen der platinhaltigen Kohlenstoffpartikel. Membranelektrodenanordnungen 6 mit diesen Elektroden 7, 8 umfassend das lonomer bilden Membranelektrodenanordnungen 6 als CCM (catalyst coated membran).Deviating from this, the electrodes 7, 8 are constructed from an ionomer, for example Nation®, platinum-containing carbon particles and additives. These electrodes 7, 8 with the ionomer are electrically conductive due to the carbon particles and also conduct the protons H ⁺ and also function as a catalyst layer 30 due to the platinum-containing carbon particles. Membrane electrode assemblies 6 with these electrodes 7, 8 comprising the ionomer form membrane electrode assemblies 6 as a CCM (catalyst coated membrane).

Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatorschicht 30 an der Kathode 8. Die GDL 9 zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung je von der Katalysatorschicht 30 zu den Kanälen 12, 13. Ferner hält die GDL 9 die PEM 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier als Träger- und Substratschicht und einer gebundenen Kohlepulverschicht als mikroporöser Schicht (microporous layer) aufgebaut.On the anode 7 and the cathode 8 there is a gas diffusion layer 9 (gas diffusion layer, GDL). The gas diffusion layer 9 on the anode 7 distributes the fuel from fuel channels 12 evenly onto the catalyst layer 30 on the anode 7. The gas diffusion layer 9 on the cathode 8 distributes the oxidant from oxidant channels 13 evenly onto the catalyst layer 30 on the cathode 8. The GDL 9 also withdraws reaction water in the reverse direction to the direction of flow of the reaction gases, i. H. in one direction each from the catalyst layer 30 to the channels 12, 13. Furthermore, the GDL 9 keeps the PEM 5 wet and conducts the current. The GDL 9 is constructed, for example, from hydrophobic carbon paper as the carrier and substrate layer and a bonded carbon powder layer as the microporous layer.

Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase als Prozessfluide durch die Kanalstrukturen 29 und/oder Flussfelder 29 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exothermischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 als Kanalstruktur 29 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels als Prozessfluid eingearbeitet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 31 für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur 29 an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe und/oder Graphit eingesetzt.A bipolar plate 10 rests on the GDL 9 . The electrically conductive bipolar plate 10 serves as a current collector, for water drainage and for conducting the reaction gases as process fluids through the channel structures 29 and/or flow fields 29 and for dissipating the waste heat, which occurs in particular during the exothermic electrochemical reaction at the cathode 8. In order to dissipate the waste heat, channels 14 are incorporated into the bipolar plate 10 as a channel structure 29 for conducting a liquid or gaseous coolant as the process fluid. The channel structure 29 in the gas space 31 for fuel is formed by channels 12 . The channel structure 29 in the gas space 32 for the oxidizing agent is formed by channels 13 . Metal, conductive plastics and composite materials and/or graphite, for example, are used as the material for the bipolar plates 10 .

In einer Brennstoffzelleneinheit 1 und/oder einem Brennstoffzellenstapel 1 und/oder einem Brennstoffzellenstack 1 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt angeordnet (4 und 5). In 1 ist eine Explosionsdarstellung von zwei fluchtend gestapelt angeordneten Brennstoffzellen 2 abgebildet. Dichtungen 11 dichten die Gasräume 31, 32 bzw. Kanäle 12, 13 fluiddicht ab. In einem Druckgasspeicher 21 (1) ist Wasserstoff H₂ als Brennstoff mit einem Druck von beispielsweise 350 bar bis 700 bar gespeichert. Aus dem Druckgasspeicher 21 wird der Brennstoff durch eine Hochdruckleitung 18 zu einem Druckminderer 20 geleitet zur Reduzierung des Druckes des Brennstoffes in einer Mitteldruckleitung 17 von ungefähr 10 bar bis 20 bar. Aus der Mitteldruckleitung 17 wird der Brennstoff zu einem Injektor 19 geleitet. An dem Injektor 19 wird der Druck des Brennstoffes auf einen Einblasdruck zwischen 1 bar und 3 bar reduziert. Von dem Injektor 19 wird der Brennstoff einer Zufuhrleitung 16 für Brennstoff (1) zugeführt und von der Zufuhrleitung 16 den Kanälen 12 für Brennstoff, welche die Kanalstruktur 29 für Brennstoff bilden. Der Brennstoff durchströmt dadurch den Gasraum 31 für den Brennstoff. Der Gasraum 31 für den Brennstoff ist von den Kanälen 12 und der GDL 9 an der Anode 7 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 12 wird der nicht in der Redoxreaktion an der Anode 7 verbrauchte Brennstoff und gegebenenfalls Wasser aus einer kontrollieren Befeuchtung der Anode 7 durch eine Abfuhrleitung 15 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet.In a fuel cell unit 1 and/or a fuel cell stack 1 and/or a fuel cell stack 1, a plurality of fuel cells 2 are arranged stacked in alignment ( 4 and 5 ). In 1 Figure 12 is an exploded view of two fuel stacked in alignment cells 2 shown. Seals 11 seal the gas chambers 31, 32 or channels 12, 13 in a fluid-tight manner. In a compressed gas accumulator 21 ( 1 ) hydrogen H ₂ is stored as a fuel at a pressure of, for example, 350 bar to 700 bar. From the compressed gas reservoir 21, the fuel is passed through a high-pressure line 18 to a pressure reducer 20 to reduce the pressure of the fuel in a medium-pressure line 17 from approximately 10 bar to 20 bar. The fuel is routed to an injector 19 from the medium-pressure line 17 . At the injector 19, the pressure of the fuel is reduced to an injection pressure of between 1 bar and 3 bar. From the injector 19, the fuel is supplied to a supply line 16 for fuel ( 1 ) and from the supply line 16 to the channels 12 for fuel, which form the channel structure 29 for fuel. As a result, the fuel flows through the gas space 31 for the fuel. The gas space 31 for the fuel is formed by the channels 12 and the GDL 9 on the anode 7 . After flowing through the channels 12 , the fuel not consumed in the redox reaction at the anode 7 and any water from controlled humidification of the anode 7 are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 15 .

Eine Gasfördereinrichtung 22, beispielsweise als ein Gebläse 23 oder ein Kompressor 24 ausgebildet, fördert Luft aus der Umgebung als Oxidationsmittel in eine Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel. Aus der Zufuhrleitung 25 wird die Luft den Kanälen 13 für Oxidationsmittel, welche eine Kanalstruktur 29 an den Bipolarplatten 10 für Oxidationsmittel bilden, zugeführt, so dass das Oxidationsmittel den Gasraum 32 für das Oxidationsmittel durchströmt. Der Gasraum 32 für das Oxidationsmittel ist von den Kanälen 13 und der GDL 9 an der Kathode 8 gebildet. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 bzw. des Gasraumes 32 für das Oxidationsmittel wird das nicht an der Kathode 8 verbrauchte Oxidationsmittel und das an der Kathode 8 aufgrund der elektrochemischen Redoxreaktion entstehenden Reaktionswasser durch eine Abfuhrleitung 26 aus den Brennstoffzellen 2 abgeleitet. Eine Zufuhrleitung 27 dient zur Zuführung von Kühlmittel in die Kanäle 14 für Kühlmittel und eine Abfuhrleitung 28 dient zur Ableitung des durch die Kanäle 14 geleiteten Kühlmittels. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 sind in 1 aus Vereinfachungsgründen als gesonderte Leitungen dargestellt. Am Endbereich in der Nähe der Kanäle 12, 13, 14 sind im Stapel als Stack 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 fluchtende Fluidöffnungen 41 an Abdichtplatten 39 als Verlängerung am Endbereich 40 der aufeinander liegender Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 (nicht dargestellt) ausgebildet. Die Brennstoffzellen 2 und die Komponenten 5, 6, 7, 8, 9, 10, 30, 51 der Brennstoffzellen 2 sind scheibenförmig ausgebildet und spannen zueinander im Wesentlichen parallel ausgerichtete fiktive Ebenen 59 auf. Die fluchtenden Fluidöffnungen 41 und Dichtungen (nicht dargestellt) in einer Richtung senkrecht zu den fiktiven Ebenen 59 zwischen den Fluidöffnungen 41 bilden somit einen Zuführkanal 42 für Oxidationsmittel, einen Abführkanal 43 für Oxidationsmittel, einen Zuführkanal 44 für Brennstoff, einen Abführkanal 45 für Brennstoff, einen Zuführkanal 46 für Kühlmittel und einen Abführkanal 47 für Kühlmittel. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 sind als Prozessfluidleitungen ausgebildet. Die Zufuhr- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 münden in die Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47 innerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1. Der Brennstoffzellenstack 1 zusammen mit dem Druckgasspeicher 21 und der Gasfördereinrichtung 22 bildet ein Brennstoffzellensystem 4.A gas conveying device 22, embodied for example as a fan 23 or a compressor 24, conveys air from the environment as oxidizing agent into a supply line 25 for oxidizing agent. The air is supplied from the supply line 25 to the channels 13 for oxidizing agent, which form a channel structure 29 on the bipolar plates 10 for oxidizing agent, so that the oxidizing agent flows through the gas space 32 for the oxidizing agent. The gas space 32 for the oxidizing agent is formed by the channels 13 and the GDL 9 on the cathode 8 . After the oxidizing agent has flowed through the channels 13 or the gas space 32 , the oxidizing agent not consumed at the cathode 8 and the water of reaction formed at the cathode 8 due to the electrochemical redox reaction are discharged from the fuel cells 2 through a discharge line 26 . A supply line 27 is used to supply coolant into the channels 14 for coolant and a discharge line 28 is used to discharge the coolant conducted through the channels 14 . The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 are in 1 shown as separate lines for reasons of simplification. At the end area in the vicinity of the channels 12, 13, 14 are in the stack as a stack 61 of the fuel cell unit 1 aligned fluid openings 41 on sealing plates 39 as an extension at the end area 40 of the bipolar plates 10 ( 6 ) and membrane electrode assemblies 6 (not shown) are formed. The fuel cells 2 and the components 5, 6, 7, 8, 9, 10, 30, 51 of the fuel cells 2 are disk-shaped and span imaginary planes 59 aligned essentially parallel to one another. The aligned fluid openings 41 and seals (not shown) in a direction perpendicular to the notional planes 59 between the fluid openings 41 thus form an oxidant supply duct 42, an oxidant discharge duct 43, a fuel supply duct 44, a fuel discharge duct 45, a Supply channel 46 for coolant and a discharge channel 47 for coolant. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside of the stack 61 of the fuel cell unit 1 are designed as process fluid lines. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside of the stack 61 of the fuel cell unit 1 open into the supply and discharge channels 42, 43, 44, 45, 46, 47 within the stack 61 of the fuel cell unit 1. The Fuel cell stack 1 together with the compressed gas storage device 21 and the gas delivery device 22 forms a fuel cell system 4.

In der Brennstoffzelleneinheit 1 sind die Brennstoffzellen 2 zwischen zwei Spannelementen 33 als Spannplatten 34 angeordnet. Eine erste Spannplatte 35 liegt auf der ersten Brennstoffzelle 2 auf und eine zweiten Spannplatte 36 liegt auf der letzten Brennstoffzelle 2 auf. Die Brennstoffzelleneinheit 1 umfasst ungefähr 200 bis 400 Brennstoffzellen 2, die aus zeichnerischen Gründen nicht alle in 4 und 5 dargestellt sind. Die Spannelemente 33 bringen auf die Brennstoffzellen 2 eine Druckkraft auf, d. h. die erste Spannplatte 35 liegt mit einer Druckkraft auf der ersten Brennstoffzelle 2 auf und die zweite Spannplatte 36 liegt mit einer Druckkraft auf der letzten Brennstoffzelle 2 auf. Damit ist der Brennstoffzellenstapel 2 verspannt, um die Dichtheit für den Brennstoff, das Oxidationsmittel und das Kühlmittel, insbesondere aufgrund der elastischen Dichtungen 11, zu gewährleisten und außerdem den elektrischen Kontaktwiderstand innerhalb des Brennstoffzellenstapels 1 möglichst klein zu halten. Zur Verspannung der Brennstoffzellen 2 mit den Spannelementen 33 sind an der Brennstoffzelleneinheit 1 vier Verbindungsvorrichtungen 37 als Bolzen 38 ausgebildet, welche auf Zug beansprucht sind. Die vier Bolzen 38 sind mit den Spanplatten 34 verbunden.The fuel cells 2 are arranged as clamping plates 34 between two clamping elements 33 in the fuel cell unit 1 . A first clamping plate 35 lies on the first fuel cell 2 and a second clamping plate 36 lies on the last fuel cell 2 . The fuel cell unit 1 comprises approximately 200 to 400 fuel cells 2, not all of which are shown in 4 and 5 are shown. The clamping elements 33 apply a compressive force to the fuel cells 2, ie the first clamping plate 35 rests on the first fuel cell 2 with a compressive force and the second clamping plate 36 rests on the last fuel cell 2 with a compressive force. The fuel cell stack 2 is thus braced in order to ensure tightness for the fuel, the oxidizing agent and the coolant, in particular due to the elastic seals 11, and also to keep the electrical contact resistance within the fuel cell stack 1 as small as possible. To brace the fuel cells 2 with the tensioning elements 33, four connecting devices 37 are designed as bolts 38 on the fuel cell unit 1, which are subjected to tensile stress. The four bolts 38 are connected to the chipboards 34 .

In 6 ist die Bipolarplatte 10 der Brennstoffzelle 2 dargestellt. Die Bipolarplatte 10 umfasst die Kanäle 12, 13 und 14 als drei getrennte Kanalstrukturen 29. Die Kanäle 12, 13 und 14 sind in 6 nicht gesondert dargestellt, sondern lediglich vereinfacht als Schicht einer Kanalstruktur 29. Die Fluidöffnungen 41 an den Abdichtplatten 39 der Bipolarplatten 10 (6) und Membranelektrodenanordnungen 6 sind fluchtend gestapelt angeordnet innerhalb der Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47 ausbilden. Dabei sind zwischen den Abdichtplatten 39 nicht dargestellte Dichtungen angeordnet zur fluiddichten Abdichtung der von den Fluidöffnungen 41 gebildeten Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47.In 6 the bipolar plate 10 of the fuel cell 2 is shown. The bipolar plate 10 includes the channels 12, 13 and 14 as three separate channel structures 29. The channels 12, 13 and 14 are in 6 not shown separately but only in simplified form as a layer of a channel structure 29. The fluid openings 41 on the sealing plates 39 of the bipolar plates 10 ( 6 ) and membrane electrode assemblies 6 are arranged stacked in alignment within the fuel cell unit 1, so that feed and discharge channels 42, 43, 44, 45, 46, 47 are formed. There are between the sealing plates 39 Seals, not shown, arranged for fluid-tight sealing of the supply and discharge channels 42, 43, 44, 45, 46, 47 formed by the fluid openings 41.

Da die Bipolarplatte 10 auch den Gasraum 31 für Brennstoff von dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel fluiddicht abtrennt und ferner auch den Kanal 14 für Kühlmittel fluiddicht abdichtet kann für die Bipolarplatte 10 ergänzend auch der Begriff der Separatorplatte 51 zur fluiddichten Trennung bzw. Separierung von Prozessfluiden gewählt werden. Damit wird unter dem Begriff der Bipolarplatte 10 auch der Begriff der Separatorplatte 51 subsumiert und umgekehrt. Die Kanäle 12 für Brennstoff, die Kanäle 13 für Oxidationsmittel und die Kanäle 14 für Kühlmittel der Brennstoffzelle 2 sind auch an der elektrochemische Zelle 52 ausgebildet, jedoch mit einer anderen Funktion.Since the bipolar plate 10 also separates the gas chamber 31 for fuel from the gas chamber 32 for oxidizing agent in a fluid-tight manner and also seals the channel 14 for coolant in a fluid-tight manner, the term separator plate 51 for the fluid-tight separation or separation of process fluids can also be selected for the bipolar plate 10 . The term separator plate 51 is thus also subsumed under the term bipolar plate 10 and vice versa. The channels 12 for fuel, the channels 13 for oxidant and the channels 14 for coolant of the fuel cell 2 are also formed on the electrochemical cell 52, but with a different function.

Die Brennstoffzelleneinheit 1 kann auch als Elektrolysezelleneinheit 49 eingesetzt und betrieben werden, d. h. bildet eine reversible Brennstoffzelleneinheit 1. Im Nachfolgenden werden einige Merkmale beschrieben, die den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 1 als Elektrolysezelleneinheit 49 ermöglichen. Für die Elektrolyse wird ein flüssiger Elektrolyt, nämlich stark verdünnte Schwefelsäure mit einer Konzentration von ungefähr c (H₂SO₄) = 1 mol/l, verwendet. Eine ausrechende Konzentration von Oxoniumionen H₃O⁺ in dem flüssigen Elektrolyten ist notwendig für die Elektrolyse.The fuel cell unit 1 can also be used and operated as an electrolytic cell unit 49, ie forms a reversible fuel cell unit 1. A number of features that allow the fuel cell unit 1 to be operated as an electrolytic cell unit 49 are described below. A liquid electrolyte, namely highly diluted sulfuric acid with a concentration of approximately c(H ₂ SO ₄ ) = 1 mol/l, is used for the electrolysis. A sufficient concentration of oxonium ions H ₃ O ⁺ in the liquid electrolyte is necessary for the electrolysis.

Bei der Elektrolyse laufen die nachfolgenden Redoxreaktionen ab:

Kathode: 4 H₃O⁺ + 4 e^- --» 2 H₂ + 4 H₂O
Anode: 6 H₂O --» O₂ + 4 H₃O⁺ + 4 e^-
Summenreaktionsgleichung von Kathode und Anode: 2 H₂O --» 2 H₂ + O₂

The following redox reactions take place during electrolysis:

Cathode: 4 H ₃ O ⁺ + 4 e ^- --» 2 H ₂ + 4 H ₂ O
Anode: 6 H ₂ O --» O ₂ + 4 H ₃ O ⁺ + 4 e ^-
Summation reaction equation of cathode and anode: _2H2O --» _2H2 + _O2

Die Polung der Elektroden 7, 8 erfolgt mit Elektrolyse bei dem Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgekehrt (nicht dargestellt) wie bei dem Betrieb als Brennstoffzelleneinheit 1, so dass sich in den Kanälen 12 für Brennstoff, durch den der flüssige Elektrolyt geleitet wird, an den Kathoden Wasserstoff H₂ als zweiter Stoff gebildet wird und der Wasserstoff H₂ von dem flüssigen Elektrolyten aufgenommen und gelöst mittransportiert wird. Analog wird durch die Kanäle 13 für Oxidationsmittel der flüssige Elektrolyt geleitet und an den Anoden in bzw. an Kanälen 13 für Oxidationsmittel Sauerstoff O₂ als erster Stoff gebildet wird. Die Brennstoffzellen 2 der Brennstoffzelleneinheit 1 fungieren beim Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 als Elektrolysezellen 50. Die Brennstoffzellen 2 und Elektrolysezellen 50 bilden damit elektrochemische Zellen 52. Der gebildete Sauerstoff O₂ wird von dem flüssigen Elektrolyten aufgenommen und gelöst mittransportiert. Der flüssige Elektrolyt ist in einem Speicherbehälter 54 gelagert. In 1 sind aus zeichnerischen Vereinfachungsgründen zwei Speicherbehälter 54 des Brennstoffzellensystem 4 dargestellt, welches auch als Elektrolysezellensystem 48 fungiert. Das 3-Wege-Ventil 55 an der Zuführleitung 16 für Brennstoff wird im Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgeschaltet, so dass nicht Brennstoff aus dem Druckgasspeicher 21, sondern das flüssige Elektrolyt mit einer Pumpe 56 aus dem Speicherbehälter 54 in die Zuführleitung 16 für Brennstoff eingeleitet wird. Ein 3-Wege-Ventil 55 an der Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel wird im Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 umgeschaltet, so dass nicht Oxidationsmittel als Luft aus der Gasfördereinrichtung 22, sondern das flüssige Elektrolyt mit der Pumpe 56 aus dem Speicherbehälter 54 in die Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel eingeleitet wird. Die Brennstoffzelleneinheit 1, welche auch als Elektrolysezelleneinheit 49 fungiert, weist im Vergleich zu einer nur als Brennstoffzelleneinheit 1 betreibbaren Brennstoffzelleneinheit 1 optional Modifikationen an den Elektroden 7, 8 und der Gasdiffusionsschicht 9 auf: beispielsweise ist die Gasdiffusionsschicht 9 nicht saugfähig, so das der flüssige Elektrolyt leicht vollständig abläuft oder die Gasdiffusionsschicht 9 ist nicht ausgebildet oder die Gasdiffusionsschicht 9 ist eine Struktur an der Bipolarplatte 10. Die Elektrolysezelleneinheit 49 mit dem Speicherbehälter 54, der Pumpe 56 und den Abscheidern 57, 58 und vorzugsweise dem 3-Wege-Ventil 55 bildet ein elektrochemisches Zellensystem 60.The polarity of the electrodes 7, 8 with electrolysis when operating as an electrolytic cell unit 49 is reversed (not shown) as when operating as a fuel cell unit 1, so that in the channels 12 for fuel, through which the liquid electrolyte is conducted, at the cathodes Hydrogen H ₂ is formed as a second substance and the hydrogen H ₂ is taken up by the liquid electrolyte and transported in dissolved form. Analogously, the liquid electrolyte is conducted through the channels 13 for oxidizing agent and oxygen O ₂ is formed as the first substance at the anodes in or at channels 13 for oxidizing agent. The fuel cells 2 of the fuel cell unit 1 function as electrolytic cells 50 during operation as an electrolytic cell unit 49. The fuel cells 2 and electrolytic cells 50 thus form electrochemical cells 52. The oxygen O ₂ formed is absorbed by the liquid electrolyte and transported in dissolved form. The liquid electrolyte is stored in a storage tank 54 . In 1 For reasons of simplification in the drawing, two storage tanks 54 of the fuel cell system 4 are shown, which also functions as an electrolytic cell system 48 . The 3-way valve 55 on the fuel supply line 16 is switched over during operation as an electrolytic cell unit 49, so that the liquid electrolyte is introduced into the fuel supply line 16 from the storage tank 54 with a pump 56 and not fuel from the compressed gas storage tank 21 . A 3-way valve 55 on the supply line 25 for oxidant is switched over during operation as an electrolytic cell unit 49, so that the liquid electrolyte with the pump 56 from the storage tank 54 is fed into the supply line 25 for oxidant rather than oxidant as air from the gas delivery device 22 is initiated. The fuel cell unit 1, which also functions as an electrolytic cell unit 49, has optional modifications to the electrodes 7, 8 and the gas diffusion layer 9 compared to a fuel cell unit 1 that can only be operated as a fuel cell unit 1: for example, the gas diffusion layer 9 is not absorbent, so that the liquid electrolyte easily drains completely or the gas diffusion layer 9 is not formed or the gas diffusion layer 9 is a structure on the bipolar plate 10. The electrolytic cell unit 49 with the storage tank 54, the pump 56 and the separators 57, 58 and preferably the 3-way valve 55 forms a electrochemical cell system 60.

An der Abführleitung 15 für Brennstoff ist ein Abscheider 57 für Wasserstoff angeordnet. Der Abscheider 57 scheidet aus dem Elektrolyten mit Wasserstoff den Wasserstoff ab und der abgeschiedene Wasserstoff wird mit einem nicht dargestellten Verdichter in den Druckgasspeicher 21 eingeleitet. Der aus dem Abscheider 57 für Wasserstoff abgeleitete Elektrolyt wird anschließend wieder dem Speicherbehälter 54 für den Elektrolyten mit einer Leitung zugeführt. An der Abführleitung 26 für Brennstoff ist ein Abscheider 58 für Sauerstoff angeordnet. Der Abscheider 58 scheidet aus dem Elektrolyten mit Sauerstoff den Sauerstoff ab und der abgeschiedene Sauerstoff wird mit einem nicht dargestellten Verdichter in einem nicht dargestellten Druckgasspeicher für Sauerstoff eingeleitet. Der Sauerstoff in dem nicht dargestellten Druckgasspeicher für Sauerstoff kann optional für den Betrieb der Brennstoffzelleneinheit 1 genutzt werden indem mit einer nicht dargestellten Leitung der Sauerstoff in die Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel gleitet wird beim Betrieb als Brennstoffzelleneinheit 1. Der aus dem Abscheider 58 für Sauerstoff abgeleitete Elektrolyt wird anschließend wieder dem Speicherbehälter 54 für den Elektrolyten mit einer Leitung zugeführt. Die Kanäle 12, 13 und die Abführ- und Zuführleitungen 15, 16, 25, 26 sind dahingehend ausgebildet, dass nach der Verwendung als Elektrolysezelleneinheit 49 und dem Abschalten der Pumpe 56 der flüssige Elektrolyt wieder vollständig in den Speicherbehälter 54 zurück läuft aufgrund der Schwerkraft. Optional wird nach der Verwendung als Elektrolysezelleneinheit 49 und vor der Verwendung als Brennstoffzelleneinheit 1 durch die Kanäle 12, 13 und die Abführ- und Zuführleitungen 15, 16, 25, 26 ein Inertgas durchgeleitet zum vollständigen Entfernen des flüssigen Elektrolyten vor dem Durchleiten von gasförmigem Brennstoff und Oxidationsmittel. Die Brennstoffzellen 2 und die Elektrolysezellen 2 bilden damit elektrochemische Zellen 52. Die Brennstoffzelleneinheit 1 und die Elektrolysezelleneinheit 49 bilden somit eine elektrochemische Zelleneinheit 53. Die Kanäle 12 für Brennstoff und der Kanäle für Oxidationsmittel bilden damit Kanäle 12, 13 zum Durchleiten des flüssigen Elektrolyten beim Betrieb als Elektrolysezelleneinheit 49 und dies gilt analog für die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26. Eine Elektrolysezelleneinheit 49 benötigt aus prozesstechnischen Gründen normalerweise keine Kanäle 14 zum Durchleiten von Kühlmittel. In einer elektrochemischen Zelleneinheit 49 bilden die Kanäle 12 für Brennstoff auch Kanäle 12 zum Durchleiten von Brennstoff und/oder Elektrolyten und die Kanäle 13 für Oxidationsmittel bilden auch Kanäle 13 zum Durchleiten von Brennstoff und/oder Elektrolyten.A separator 57 for hydrogen is arranged on the discharge line 15 for fuel. The separator 57 separates the hydrogen from the electrolyte with hydrogen and the separated hydrogen is introduced into the compressed gas reservoir 21 with a compressor (not shown). The electrolyte discharged from the hydrogen separator 57 is then returned to the electrolyte storage tank 54 through a pipe. A separator 58 for oxygen is arranged on the discharge line 26 for fuel. The separator 58 separates the oxygen from the electrolyte with oxygen, and the separated oxygen is introduced with a compressor (not shown) into a compressed gas reservoir (not shown) for oxygen. The oxygen in the compressed gas reservoir for oxygen, not shown, can optionally be used for the operation of the fuel cell unit 1 by the oxygen being fed into the feed line with a line, not shown The electrolyte discharged from the oxygen separator 58 is then fed back to the electrolyte storage tank 54 with a pipe. The channels 12, 13 and the discharge and supply lines 15, 16, 25, 26 are designed in such a way that after use as an electrolytic cell unit 49 and the pump 56 has been switched off, the liquid electrolyte runs back completely into the storage container 54 due to gravity. Optionally, after use as an electrolytic cell unit 49 and before use as a fuel cell unit 1, an inert gas is passed through the channels 12, 13 and the discharge and supply lines 15, 16, 25, 26 for the complete removal of the liquid electrolyte before the passage of gaseous fuel and oxidizing agent. The fuel cells 2 and the electrolytic cells 2 thus form electrochemical cells 52. The fuel cell unit 1 and the electrolytic cell unit 49 thus form an electrochemical cell unit 53. The channels 12 for fuel and the channels for oxidizing agent thus form channels 12, 13 for the passage of the liquid electrolyte during operation as an electrolytic cell unit 49 and this applies analogously to the supply and discharge lines 15, 16, 25, 26. An electrolytic cell unit 49 does not normally require any channels 14 for the passage of coolant for process-related reasons. In an electrochemical cell unit 49, the channels 12 for fuel also form channels 12 for passing fuel and/or electrolyte and the channels 13 for oxidant also form channels 13 for passing fuel and/or electrolyte.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Brennstoffzelleneinheit 1 als eine alkalische Brennstoffzelleneinheit 1 ausgebildet. Als mobiler Elektrolyt wird Kalilauge als Kaliumhydroxid-Lösung eingesetzt. Die Brennstoffzellen 2 sind gestapelt angeordnet. Dabei kann ein monopolarer Zellaufbau oder ein bipolarer Zellaufbau ausgebildet sein. Die Kaliumhydroxid-Lösung zirkuliert zwischen einer Anode und Kathode und transportiert Reaktionswasser, Wärme und Verunreinigungen (Carbonate, Gelöstgase) ab. Die Brennstoffzelleneinheit 1 kann auch als reversible Brennstoffzelleneinheit 1, d. h. als Elektrolysezelleneinheit 49, betrieben werden.In a further exemplary embodiment, which is not shown, the fuel cell unit 1 is designed as an alkaline fuel cell unit 1 . Potassium hydroxide solution is used as a mobile electrolyte. The fuel cells 2 are stacked. A monopolar cell structure or a bipolar cell structure can be formed. The potassium hydroxide solution circulates between an anode and cathode and transports reaction water, heat and impurities (carbonates, dissolved gases) away. The fuel cell unit 1 can also be used as a reversible fuel cell unit 1, i. H. as an electrolytic cell unit 49.

In der in 6 dargestellten Bipolarplatte 10 wird das primäre Prozessfluid als der Brennstoff durch den Zuführkanal 44, das sekundäre Prozessfluid als das Oxidationsmittel durch den Zuführkanal 42 und das tertiäre Prozessfluid als das Kühlmittel durch den Zuführkanal 46 den Kanälen 12, 13, 14 in dem Stack 61 zugeführt. Damit bildet der in 6 unten dargestellte Endbereich 40 der Bipolarplatte 10 einen Einlassbereich für die primären, sekundären und tertiären Prozessfluide. Das primäre Prozessfluid als der Brennstoff wird durch den Abführkanal 45, das sekundäre Prozessfluid als das Oxidationsmittel wird durch den Abführkanal 43 und das tertiäre Prozessfluid als das Kühlmittel wird durch den Abführkanal 47 aus den Kanälen 12, 13, 14 abgeleitet. Damit bildet der in 6 oben dargestellte Endbereich 40 der Bipolarplatte 10 einen Auslassbereich für die primären, sekundären und tertiären Prozessfluide. Der Bereich zwischen den beiden Endbereichen 40 der Bipolarplatte 10 als dem Ein- und Auslassbereich bildet einen mittleren Bereich der Bipolarplatte 10 mit den Kanälen 12, 13 und 14 für die 3 Prozessfluide. Diese Einteilung in den Einlassbereich und den Auslassbereich als die Endbereich 40 und den mittleren Bereich kann auch für die Membranelektrodenanordnungen 6 analog angewendet werden. Dabei kann sowohl bei der Bipolarplatte 10 als auch bei der Membranelektrodenanordnung 6 auch ein geringer Teil des mittleren Bereiches mit den Kanälen 12, 13 und 14 in der Nähe der entsprechenden Endbereich 40 als Ein- und Auslassbereich betrachtet werden. Die Zu- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 sind als Prozessfluidleitungen ausgebildet. Die Zufuhr- und Abfuhrleitungen 15, 16, 25, 26, 27, 28 außerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1 münden durch Öffnungen 72, 73, 74, 75, 76, 77 in die Zuführ- und Abführkanäle 42, 43, 44, 45, 46, 47 innerhalb des Stacks 61 der Brennstoffzelleneinheit 1.in the in 6 With the bipolar plate 10 shown, the primary process fluid is supplied as the fuel through supply channel 44, the secondary process fluid as the oxidant through supply channel 42, and the tertiary process fluid as the coolant through supply channel 46 to channels 12, 13, 14 in stack 61. The in 6 End region 40 of the bipolar plate 10 shown below has an inlet region for the primary, secondary and tertiary process fluids. The primary process fluid as the fuel is discharged through the discharge passage 45, the secondary process fluid as the oxidant is discharged through the discharge passage 43, and the tertiary process fluid as the coolant is discharged through the discharge passage 47 from the passages 12,13,14. The in 6 End region 40 of the bipolar plate 10 shown above has an outlet region for the primary, secondary and tertiary process fluids. The area between the two end areas 40 of the bipolar plate 10 as the inlet and outlet area forms a middle area of the bipolar plate 10 with the channels 12, 13 and 14 for the 3 process fluids. This division into the inlet area and the outlet area as the end area 40 and the middle area can also be used analogously for the membrane electrode arrangements 6 . A small part of the central area with the channels 12, 13 and 14 in the vicinity of the corresponding end area 40 can also be considered as the inlet and outlet area in both the bipolar plate 10 and the membrane electrode arrangement 6. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside of the stack 61 of the fuel cell unit 1 are designed as process fluid lines. The supply and discharge lines 15, 16, 25, 26, 27, 28 outside the stack 61 of the fuel cell unit 1 open through openings 72, 73, 74, 75, 76, 77 into the supply and discharge channels 42, 43, 44, 45 , 46, 47 within the stack 61 of the fuel cell unit 1.

1 bis 6 und die entsprechende zugehörige Beschreibung fungieren im Wesentlichen zur Darstellung der grundlegenden Funktionsprinzipien der Brennstoffzelleneinheit 1, des Brennstoffzellensystems 4 und der Elektrolysezelleneinheit 49 sowie des Elektrolysezellensystem 48 im Wesentlichen ohne Darstellung der erfindungsgemäßen inversen Strömungsrichtung der Prozessfluide. 1 until 6 and the corresponding associated description function essentially to represent the basic functional principles of the fuel cell unit 1, the fuel cell system 4 and the electrolytic cell unit 49 and the electrolytic cell system 48 essentially without representing the inverse flow direction of the process fluids according to the invention.

In 7 ist das Brennstoffzellensystem 4 während einer ersten Strömungsrichtungsphase dargestellt. Das Brennstoffzellensystem 4 umfasst Mittel 80 zum Leiten der primären, sekundären und tertiären Prozessfluide als dem Brennstoff, dem Oxidationsmittel und dem Kühlmittel in einer ersten Richtung und einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung. Als Mittel 80 zum Leiten der primären, sekundären und tertiären Prozessfluide fungieren auch die Zufuhrleitung 16 für Brennstoff, die Abfuhrleitung 15 für Brennstoff, die Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel, die Abfuhrleitung 26 für Oxidationsmittel, die Zufuhrleitung 27 für Kühlmittel und die Abfuhrleitung 28 für Kühlmittel. Die Prozessfluide können somit abwechselnd in inversen Strömungsrichtungen durch die Kanäle 12, 13 und 14 geleitet werden. In der Zufuhrleitung 16 für Brennstoff ist in Strömungsrichtung des Brennstoffes nach dem Injektor 19 ein erstes 3-Wege-Ventil 65 als das Mittel 80 eingebaut. An diesem ersten 3-Wege-Ventil 65 teilt sich die Zufuhrleitung 16 für Brennstoff in 2 getrennte Zuführleitungen 16 je nach Strömungsrichtungsphase auf. In dem Stack 61 ist eine erste Öffnung 72 und eine zweite Öffnung 73 für das primäre Prozessfluid als dem Brennstoff ausgebildet. Die Öffnungen 72, 73 dienen somit zum Ein- oder Ausleiten des Brennstoffes. Die Zufuhrleitung 16 und Abfuhrleitung 15 für Brennstoff sind mit einer Rezirkulationsleitung 78 für Brennstoff miteinander verbunden. In die Rezirkulationsleitung 78 ist ein zweites 3-Wege-Ventil 66 und ein drittes 3-Wege-Ventil 67 eingebaut. Das zweite 3-Wege-Ventil 66 und das dritte 3-Wege-Ventil 67 sind durch 2 Rezirkulationsleitungen 78 miteinander verbunden und in diese 2 Rezirkulationsleitungen 78 ist ein erstes Rückschlagventil 68 und ein zweites Rückschlagventil 69 eingebaut. Das erste Rückschlagventil 68 und das zweite Rückschlagventil 69 sind entgegengesetzt ausgerichtet, sodass der Brennstoff nur in der gewünschten Strömungsrichtung durch die Rezirkulationsleitung 78 mit dem entsprechendem Rückschlagventil 68, 69 strömen kann.In 7 the fuel cell system 4 is shown during a first flow direction phase. The fuel cell system 4 includes means 80 for directing the primary, secondary and tertiary process fluids as the fuel, the oxidant and the coolant in a first direction and a second direction opposite to the first direction. Fuel supply line 16, fuel discharge line 15, oxidant supply line 25, oxidant discharge line 26, coolant supply line 27 and coolant discharge line 28 also function as means 80 for conducting the primary, secondary and tertiary process fluids. The process fluids can thus be conducted through the channels 12, 13 and 14 alternately in reverse flow directions. In the supply line 16 for fuel, downstream of the injector 19 in the flow direction of the fuel, is a first 3-way valve 65 as the means 80 installed. At this first 3-way valve 65, the supply line 16 for fuel is divided into 2 separate supply lines 16, depending on the flow direction phase. A first opening 72 and a second opening 73 for the primary process fluid as the fuel are formed in the stack 61 . The openings 72, 73 thus serve to introduce or discharge the fuel. The supply line 16 and discharge line 15 for fuel are connected to one another with a recirculation line 78 for fuel. A second 3-way valve 66 and a third 3-way valve 67 are installed in the recirculation line 78 . The second 3-way valve 66 and the third 3-way valve 67 are connected to one another by 2 recirculation lines 78 and a first check valve 68 and a second check valve 69 are installed in these 2 recirculation lines 78 . The first check valve 68 and the second check valve 69 are aligned in opposite directions, so that the fuel can only flow in the desired flow direction through the recirculation line 78 with the corresponding check valve 68, 69.

In die Zuführleitung 25 für Oxidationsmittel als das sekundäre Prozessfluid ist ein erstes 3-Wege-Ventil 62 für das Oxidationsmittel eingebaut. Außerdem sind in die Zufuhrleitung 25 und die Abfuhrleitung 26 ein zweites 3-Wege-Ventil 63 und ein drittes 3-Wege-Ventil 64 eingebaut. Außerdem sind in den Stack 61 eine erste Öffnung 74 und eine zweite Öffnung 75 für das sekundäre Prozessfluid als dem Oxidationsmittel zum Einleiten oder zum Ausleiten des Prozessfluides in oder aus dem Stack 61 ausgebildet.In the supply line 25 for oxidant as the secondary process fluid, a first 3-way valve 62 for the oxidant is installed. In addition, a second 3-way valve 63 and a third 3-way valve 64 are installed in the supply line 25 and the discharge line 26 . Also formed in the stack 61 are a first port 74 and a second port 75 for the secondary process fluid as the oxidant for introducing or discharging the process fluid into or out of the stack 61 .

In die Zufuhrleitung 27 und die Abfuhrleitung 28 für Kühlmittel sind eine Kühlmittelpumpe 70 und ein Wärmeübertrager 71 eingebaut. Die Kühlmittelpumpe 70 bildet dabei auch ein Mittel 80 zum inversen Durchleiten des Kühlmittels aus, weil die Kühlmittelpumpe 70 in entgegengesetzt gerichteten Förderrichtungen betreibbar ist. In den Stack 61 sind eine erste Öffnung 76 und eine zweite Öffnung 77 zum Einleiten oder zum Ausleiten des tertiären Prozessfluides als das Kühlmittel aus oder in den Stack 61.A coolant pump 70 and a heat exchanger 71 are built into the supply line 27 and the discharge line 28 for coolant. The coolant pump 70 also forms a means 80 for inversely conveying the coolant through, because the coolant pump 70 can be operated in opposite delivery directions. In the stack 61 are a first port 76 and a second port 77 for introducing or discharging the tertiary process fluid as the coolant from or into the stack 61.

In der in 7 dargestellten ersten Strömungsrichtungsphase wird der Brennstoff als das primäre Fluid durch die Kanäle 12 in einer ersten Richtung geleitet, d. h. der Brennstoff wird durch die erste Öffnung 72 in den Stack 61 eingeleitet und durch die zweite Öffnung 73 aus dem Stack 61 ausgeleitet. In dieser ersten Strömungsrichtungsphase ist das erste 3-Wege-Ventil 65 nach dem Injektor 19 dahingehend geschalten als Schaltstellung, dass der durch die Zufuhrleitung 16 für Brennstoff dem ersten 3-Wege-Ventil 65 zugeführte Brennstoff ausschließlich in die in 7 links von dem ersten 3-Wege-Ventil 65 ausgebildeten Zufuhrleitung 16 geleitet wird. Zwischen dem zweiten 3-Wege-Ventil 66 und dem dritten 3-Wege-Ventil 67 sind 2 Rezirkulationsleitungen 78 ausgebildet und das zweite und dritte 3-Wege-Ventil 66, 67 sind dahingehend geschalten, dass der aus der Abfuhrleitung 15 für Brennstoff aus der zweiten Öffnung 73 aus dem Stack 61 ausgeleitete Brennstoff als Restbrennstoff ausschließlich durch die in 7 dargestellte obere Rezirkulationsleitung 78 geleitet wird. Das erste Rückschlagventil 68 in dieser oberen Rezirkulationsleitung ist dahingehend geschalten, dass Brennstoff nur in Strömungsrichtung von dem dritten 3-Wege-Ventil 67 zu dem zweiten 3-Wege-Ventil 66 leitbar ist und nicht umgekehrt. Damit kann Brennstoff nur in der vorgesehenen Strömungsrichtung in dem Rezirkulationskreislauf strömen. Der mit dem Injektor 19 dem Rezirkulationskreislauf für Brennstoff zugeführte Brennstoff aus dem Druckgasspeicher 21 wird mit einem nicht dargestellten Wärmeübertrager nach der Expansion und Auskühlung nach dem Druckgasspeicher 21 erwärmt.in the in 7 In the first flow direction phase illustrated, the fuel as the primary fluid is directed through the channels 12 in a first direction, ie the fuel is introduced into the stack 61 through the first opening 72 and out of the stack 61 through the second opening 73 . In this first phase of the flow direction, the first 3-way valve 65 downstream of the injector 19 is switched as a switch position such that the fuel supplied to the first 3-way valve 65 through the supply line 16 for fuel flows exclusively into the in 7 is passed to the left of the first 3-way valve 65 formed supply line 16. Between the second 3-way valve 66 and the third 3-way valve 67 2 recirculation lines 78 are formed and the second and third 3-way valve 66, 67 are switched to the effect that from the discharge line 15 for fuel from the second opening 73 from the stack 61 discharged fuel as residual fuel exclusively through the in 7 illustrated upper recirculation line 78 is passed. The first check valve 68 in this upper recirculation line is switched such that fuel can only be routed in the direction of flow from the third 3-way valve 67 to the second 3-way valve 66 and not vice versa. This means that fuel can only flow in the intended direction of flow in the recirculation circuit. The fuel from the compressed gas store 21 that is fed to the recirculation circuit for fuel with the injector 19 is heated by a heat exchanger (not shown) after the expansion and cooling after the compressed gas store 21 .

In der ersten Strömungsrichtungsphase für das Oxidationsmittel als dem sekundären Prozessfluid gemäß der Darstellung in 7 wird das Oxidationsmittel als die Umgebungsluft von der Gasfördereinrichtung 22 angesaugt und durch die Zufuhrleitung 25 dem ersten 3-Wege-Ventil 62 für das Oxidationsmittel zugeführt. In der ersten Strömungsrichtungsphase ist dabei das erste 3-Wege-Ventil 62 dahingehend geschalten, dass das dem ersten 3-Wege-Ventil 62 zugeführte Oxidationsmittel ausschließlich der Zufuhrleitung 25 gemäß der Darstellung in 7 über dem ersten 3-Wege-Ventil 62 zugeleitet wird. Anschließend durchströmt dieses Oxidationsmittel das zweite 3-Wege-Ventil 63 ohne das Oxidationsmittel in die Umgebung abgeleitet wird und wird anschließend ausschließlich durch die erste Öffnung 74 dem Stack 61 zugeführt. Nach dem Durchströmen der Kanäle 13 in dem Stack 61 wird das Oxidationsmittel durch die zweite Öffnung 75 aus dem Stack 61 ausgeleitet und anschließend durch die Abfuhrleitung 26 dem dritten 3-Wege-Ventil 64 zugeführt. Das dritte 3-Wege-Ventil 64 ist dabei dahingehend geschalten, dass das gesamte dem dritten 3-Wege-Ventil 64 zugeführte Oxidationsmittel in die Umgebung abgeleitet wird.In the first flow direction phase for the oxidant as the secondary process fluid as shown in FIG 7 the oxidizing agent is sucked in as the ambient air by the gas conveying device 22 and fed through the supply line 25 to the first 3-way valve 62 for the oxidizing agent. In the first flow direction phase, the first 3-way valve 62 is switched in such a way that the oxidizing agent supplied to the first 3-way valve 62 is routed exclusively to the supply line 25 as shown in FIG 7 is supplied via the first 3-way valve 62. This oxidizing agent then flows through the second 3-way valve 63 without the oxidizing agent being discharged into the environment and is then fed to the stack 61 exclusively through the first opening 74 . After flowing through the channels 13 in the stack 61 , the oxidizing agent is discharged from the stack 61 through the second opening 75 and then fed through the discharge line 26 to the third 3-way valve 64 . The third 3-way valve 64 is switched in such a way that all of the oxidizing agent supplied to the third 3-way valve 64 is discharged into the environment.

In der ersten Strömungsrichtungsphase gemäß der Darstellung in 7 für das Kühlmittel als das tertiäre Prozessfluid wird der Kühlmittelkreislauf mit der Zufuhrleitung 27 und Abfuhrleitung 28 für Kühlmittel dahingehend betrieben, dass das Kühlmittel durch die erste Öffnung 76 in den Stack 61 eingeleitet wird und durch die zweite Öffnung 77 aus dem Stack 61 abgeleitet wird. Die Kühlmittelpumpe 70 wird somit in der ersten Strömungsrichtungsphase in einer ersten Förderrichtung betrieben. Der Wärmeübertrager 71 gibt Wärme aus dem Kühlmittel, insbesondere einer Kühlflüssigkeit, an die Umgebung ab, um den Stack 61 mit einer im Wesentlichen konstanten Temperatur betreiben zu können.In the first flow direction phase as shown in 7 for the coolant as the tertiary process fluid, the coolant circuit with the supply line 27 and discharge line 28 for coolant is operated in such a way that the coolant is introduced into the stack 61 through the first opening 76 and is discharged from the stack 61 through the second opening 77. The coolant pump 70 is thus operated in a first conveying direction in the first flow direction phase. The heat exchanger 71 is heat from the coolant, esp Special a cooling liquid from the environment to operate the stack 61 at a substantially constant temperature can.

In 8 ist das Brennstoffzellensystem 4 während einer zweiten Strömungsrichtungsphase dargestellt. In der zweiten Strömungsrichtungsphase werden sämtliche Prozessfluide, d. h. das primäre Prozessfluid als der Brennstoff, das sekundäre Prozessfluid als das Oxidationsmittel und das tertiäre Prozessfluid als das Kühlmittel, in einer zweiten Richtung durch die Kanäle 12, 13, 14 geleitet und diese zweite Richtung ist entgegengesetzt zu der ersten Richtung während der ersten Strömungsrichtungsphase gemäß 7. In der zweiten Strömungsrichtungsphase werden somit sämtliche Prozessfluide in einer inversen Strömungsrichtung durch die Kanäle 12, 13, 14 geleitet im Vergleich zu der Strömungsrichtung in und während der ersten Strömungsrichtungsphase gemäß 7.In 8th the fuel cell system 4 is shown during a second flow direction phase. In the second flow direction phase all process fluids, ie the primary process fluid as the fuel, the secondary process fluid as the oxidant and the tertiary process fluid as the coolant, are directed in a second direction through the channels 12, 13, 14 and this second direction is opposite to according to the first direction during the first flow direction phase 7 . In the second flow direction phase, all process fluids are thus conducted in an inverse flow direction through the channels 12, 13, 14 compared to the flow direction in and during the first flow direction phase according to FIG 7 .

In der zweiten Strömungsrichtungsphase ist das erste 3-Wege-Ventil 65 als Mittel 80 durch Durchleiten des Brennstoffes in inversen Richtungen dahingehenden geschalten, dass der gesamte Brennstoff von dem Injektor 19 in die in 8 rechts von dem ersten 3-Wege-Ventil 65 ausgebildete Zufuhrleitung 16 für Brennstoff eingeleitet wird und damit die zweite Öffnung 73 für den Brennstoff zum Einleiten des Brennstoffes in den Stack 61 fungiert und die erste Öffnung 72 fungiert zum Ausleiten des Brennstoffes aus dem Stack 61. Während der zweiten Strömungsrichtungsphase sind das zweite 3-Wege-Ventil 66 und das dritte 3-Wege-Ventil 67 entgegengesetzt zu der ersten Strömungsrichtungsphase geschalten, sodass der zu rezirkulierenden Brennstoff durch die in 8 unten dargestellte Rezirkulationsleitung 78 und das zweite Rückschlagventil 69 als Mittel 80 durch Durchleiten des rezirkulierenden Brennstoffes in inversen Richtungen geleitet wird. Das zweite Rückschlagventil 69 verhindert, analog zu dem ersten Rückschlagventil 68 während der ersten Strömungsrichtungsphase, dass Brennstoff entgegengesetzt der vorgesehenen Strömungsrichtung in dem Rezirkulationskreislauf strömen kann bzw. leitbar ist.In the second flow direction phase, the first 3-way valve 65 is switched as a means 80 by passing the fuel in reverse directions so that all of the fuel from the injector 19 into the in 8th fuel supply line 16 formed to the right of the first 3-way valve 65 is introduced and thus the second opening 73 for the fuel functions for introducing the fuel into the stack 61 and the first opening 72 functions for discharging the fuel from the stack 61. During the second flow direction phase, the second 3-way valve 66 and the third 3-way valve 67 are switched in the opposite direction to the first flow direction phase, so that the fuel to be recirculated through the in 8th Recirculation line 78 shown below and the second check valve 69 as a means 80 by passing the recirculating fuel through in reverse directions. During the first flow direction phase, the second check valve 69 prevents, analogously to the first check valve 68, that fuel can flow or can be conducted in the opposite direction to the intended flow direction in the recirculation circuit.

In der zweiten Strömungsrichtungsphase ist das erste 3-Wege-Ventil 62 dahingehend geschalten, dass das durch die Zufuhrleitung 25 von der Gasfördereinrichtung 22 dem ersten 3-Wege-Ventil 62 zugeführte Oxidationsmittel ausschließlich in die gemäß der Darstellung in 8 rechts von dem ersten 3-Wege-Ventil 62 ausgebildete Zufuhrleitung 25 für Oxidationsmittel eingeleitet wird. Dieses Oxidationsmittel wird anschließend durch das dritte 3-Wege-Ventil 64 geleitet ohne dass durch das dritte 3-Wege-Ventil 64 Oxidationsmittel in die Umgebung abgeleitet wird und anschließend ausschließlich durch die zweite Öffnung 75 dem Stack 61 zugeführt wird. Anschließend wird das Oxidationsmittel durch die Kanäle 13 in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung gemäß der ersten Strömungsrichtungsphase durch die Kanäle 13 geleitet und anschließend aus der ersten Öffnung 74 ausgeleitet. Das aus der ersten Öffnung 74 ausgeleitete Oxidationsmittel wird durch die Abfuhrleitung 26 dem zweiten 3-Wege-Ventil 63 zugeführt und von diesem ausschließlich in die Umgebung abgeleitet.In the second flow direction phase, the first 3-way valve 62 is switched in such a way that the oxidizing agent supplied from the gas delivery device 22 to the first 3-way valve 62 through the supply line 25 exclusively flows into the 8th to the right of the first 3-way valve 62 is introduced supply line 25 for oxidizing agent. This oxidizing agent is then routed through the third 3-way valve 64 without oxidizing agent being discharged into the environment through the third 3-way valve 64 and then being fed to the stack 61 exclusively through the second opening 75 . Subsequently, the oxidizing agent is directed through the channels 13 in a second direction opposite to the first direction according to the first flow direction phase through the channels 13 and then out of the first opening 74 . The discharged from the first opening 74 oxidizing agent is fed through the discharge line 26 to the second 3-way valve 63 and discharged from this exclusively into the environment.

In der zweiten Strömungsrichtungsphase wird die Kühlmittelpumpe 70 invers betrieben, sodass das Kühlmittel durch die zweite Öffnung 77 in den Stack 61 eingeleitet und durch die erste Öffnung 76 aus dem Stack 61 ausgeleitet wird. Damit strömt das Kühlmittel durch die Kanäle 14 für Kühlmittel in dem Stack 61 in einer zweiten Richtung während der zweiten Strömungsrichtungsphase, welche entgegengesetzt zu der ersten Richtung während der ersten Strömungsrichtungsphase ausgerichtet ist.In the second flow direction phase, the coolant pump 70 is operated inversely, so that the coolant is introduced into the stack 61 through the second opening 77 and is discharged from the stack 61 through the first opening 76 . Thus, the coolant flows through the coolant channels 14 in the stack 61 in a second direction during the second flow direction phase, which is opposite to the first direction during the first flow direction phase.

Abweichend von der oben beschriebenen Vorgehensweise können in dem Brennstoffzellensystem 4 auch nur ein oder nur zwei Prozessfluide in den unterschiedlichen Strömungsrichtungsphasen betrieben werden. Beispielsweise können während eines ersten Betriebszustandes des Brennstoffzellensystems 4 das primäre und sekundäre Prozessfluid in der ersten Strömungsrichtungsphase betrieben werden und das tertiäre Prozessfluid der zweiten Strömungsrichtungsphase und anschließend in einem zweiten Betriebszustand das primäre und sekundäre Prozessfluid in der zweiten Strömungsrichtungsphase betrieben werden und das tertiäre Prozessfluid in der ersten Strömungsrichtungsphase. Darüber hinaus können beispielsweise in einem Betriebszustand des Brennstoffzellensystems 4 das primäre und sekundäre Prozessfluid in der ersten Strömungsrichtungsphase betrieben werden und während der ersten Strömungsrichtungsphase des primären und sekundären Prozessfluides wird das tertiäre Prozessfluid abwechselnd in der ersten und zweiten Strömungsrichtungsphase betrieben. Diese oben beschriebenen Varianten können dabei auch beliebig kombiniert werden. Entsprechend der Anforderungen zur möglichst gleichmäßigen Verteilung des Alterungsprozess in dem Stack 61 können entsprechend optimiert getrennt für jedes Prozessfluid die ersten und zweiten Strömungsrichtungsphase unabhängig voneinander mittels einer Steuerungs- und/oder Regeleinheit 79 betrieben werden.Deviating from the procedure described above, only one or only two process fluids can also be operated in the different flow direction phases in the fuel cell system 4 . For example, during a first operating state of the fuel cell system 4, the primary and secondary process fluid can be operated in the first flow direction phase and the tertiary process fluid in the second flow direction phase and then in a second operating state the primary and secondary process fluid can be operated in the second flow direction phase and the tertiary process fluid in the first flow direction phase. In addition, for example, in an operating state of the fuel cell system 4, the primary and secondary process fluid can be operated in the first flow direction phase and during the first flow direction phase of the primary and secondary process fluid, the tertiary process fluid is operated alternately in the first and second flow direction phase. The variants described above can also be combined as desired. According to the requirements for the most uniform possible distribution of the aging process in the stack 61 , the first and second flow direction phases can be operated separately for each process fluid and independently of one another using a control and/or regulating unit 79 .

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel als dem Elektrolysezellensystem 48 werden auch in dem Elektrolysezellensystem 48 der der Elektrolyt an der Anode als dem primären Prozessfluid und der Elektrolyt an der Kathode als dem sekundären Prozessfluid in unterschiedlichen Strömungsrichtungsphasen in unterschiedlichen Strömungsrichtungen betrieben. Das primäre und sekundäre Prozessfluid als der Elektrolyt werden dabei von einer Pumpe durch die Kanäle 12, 13 in dem Stack 61 geleitet und die Pumpe 56 für die Elektrolyten als das primäre und sekundäre Prozessfluid ist in unterschiedlichen Förderrichtungen betreibbar, sodass die Elektrolyten in entgegengesetzten, inversen Strömungsrichtungen in den abwechselnden Strömungsrichtungsphasen durch die Kanäle 12, 13 für die Elektrolyten in dem Stack 61 geleitet werden bzw. leitbar sind.In a further, not shown exemplary embodiment as the electrolytic cell system 48, the electrolyte at the anode as the primary process fluid and the electrolyte at the cathode as the secondary process fluid are also in the electrolytic cell system 48 in different flow direction phases in different directions of flow operated. The primary and secondary process fluid as the electrolyte are conducted by a pump through the channels 12, 13 in the stack 61 and the pump 56 for the electrolyte as the primary and secondary process fluid can be operated in different conveying directions, so that the electrolytes in opposite, inverse Flow directions in the alternating flow direction phases are conducted or can be conducted through the channels 12, 13 for the electrolytes in the stack 61.

Insgesamt betrachtet sind mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben der elektrochemischen Zelleneinheit 53 und dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellensystem 48 wesentliche Vorteile verbunden. Die Strömungsrichtungen der Prozessfluide während der Strömungsrichtungsphasen, welche zeitlich aufeinanderfolgen, werden entgegengesetzt ausgerichtet. Damit fungiert in einer ersten Strömungsrichtungsphase ein erster Teil des Stacks 61 als Einlassbereich und ein zweiter Teil des Stacks 61 als Auslassbereich und in der zweiten Strömungsrichtungsphase fungiert der zweite Teil des Stacks 61 als Einlassbereich und der zweite Teil des Stacks 61 als Auslassbereich. Die Alterung des Stacks 61 hängt von der thermischen, elektrischen und chemischen Belastung ab und dies ist an dem ein Einlassbereich und Auslassbereich unterschiedlich. Aufgrund der Umkehrung der Strömungsrichtung der Prozessfluide in den aufeinanderfolgenden Strömungsrichtungsphasen kann damit der Alterungsprozess gleichmäßig auf die Einlassbereiche und Auslassbereiche verteilt werden. Damit tritt in vorteilhafter Weise die Alterungsgrenze erst nach einer sehr großen Anzahl an Betriebsstunden in dem erfindungsgemäßen elektrochemischen Zellensystem 60 auf.Considered overall, the method according to the invention for operating the electrochemical cell unit 53 and the electrochemical cell system 48 according to the invention have significant advantages. The flow directions of the process fluids during the flow direction phases, which follow one another in time, are aligned in opposite directions. Thus, in a first flow direction phase, a first part of the stack 61 acts as an inlet area and a second part of the stack 61 as an outlet area, and in the second flow direction phase, the second part of the stack 61 acts as an inlet area and the second part of the stack 61 as an outlet area. The aging of the stack 61 depends on the thermal, electrical and chemical stress and this is different at the inlet area and outlet area. Due to the reversal of the flow direction of the process fluids in the successive flow direction phases, the aging process can thus be evenly distributed over the inlet areas and outlet areas. The aging limit thus advantageously occurs only after a very large number of operating hours in the electrochemical cell system 60 according to the invention.

Claims

Method for operating an electrochemical cell unit (53) for converting electrochemical energy into electrical energy as a fuel cell unit (1) and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as an electrolytic cell unit (49) with stacked electrochemical cells (52) with the steps: - initiating a primary process fluid through a first primary process fluid opening (72) into the electrochemical cell unit (53), - directing the primary process fluid through primary process fluid channels (12) in a first direction, - discharging the primary process fluid from the electrochemical cell unit ( 53) through a second opening (73) for the primary process fluid, - introducing a secondary process fluid through a first opening (74) for the secondary process fluid into the electrochemical cell unit (53), - conducting the secondary process fluid through channels (13) for the secondary process fluid in a first direction, - Off directing the secondary process fluid from the electrochemical cell unit (53) through a second secondary process fluid port (75), characterized in that the flow direction of the primary process fluid is reversed so that the introduction of the primary process fluid through the second port (73) for the primary process fluid is discharged into the electrochemical cell unit (53) and directing the primary process fluid through primary process fluid channels (12) in a second direction opposite to the first direction and discharging the primary process fluid from the electrochemical cell unit (53 ) through the first primary process fluid port (72).

procedure after claim 1 , characterized in that the direction of flow of the secondary process fluid is reversed, so that the introduction of a secondary process fluid through the second secondary process fluid opening (75) into the electrochemical cell unit (53) is carried out and the conduction of the secondary process fluid through channels (13 ) is performed for the secondary process fluid in a second direction opposite to the first direction and the discharge of the secondary process fluid from the electrochemical cell unit (53) is performed through the first secondary process fluid port (74).

procedure after claim 1 or 2 , characterized in that the following steps are carried out: - introducing a tertiary process fluid through a first opening (76) for the tertiary process fluid into the electrochemical cell unit (53), - conducting the tertiary process fluid through channels (14) for the tertiary process fluid in in a first direction, - discharging the tertiary process fluid from the electrochemical cell unit (53) through a second tertiary process fluid port (77).

procedure after claim 3 , characterized in that the direction of flow of the tertiary process fluid is reversed so that the introduction of the tertiary process fluid through the second opening (77) for the tertiary process fluid into the electrochemical cell unit (53) is carried out and the conduction of the tertiary process fluid through channels (14 ) is carried out for the tertiary process fluid in a second direction opposite to the first direction and discharging the tertiary process fluid from the electrochemical Cell unit (53) is carried out through the first port (76) for the tertiary process fluid.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the oppositely directed flow directions of the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid follow each other in time during two flow direction phases with a first flow direction phase with a first flow direction of the primary and/or secondary and/or or tertiary process fluids and with a second flow direction phase with a second flow direction of the primary and/or secondary and/or tertiary process fluid aligned opposite to the first flow direction and the first and second flow direction phases for each process fluid are executed sequentially.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in a fuel cell unit (1) the primary process fluid is fuel, the secondary process fluid is oxidant and the tertiary process fluid is coolant and preferably the fuel and the oxidant flow exclusively in countercurrent or exclusively in cocurrent through the Fuel cell unit (1) are directed during each flow direction phase, in particular during all flow direction phases.

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that in an electrolytic cell unit (49) the primary and secondary process fluid is an electrolyte.

Method according to one or more of the Claims 5 until 7 , characterized in that the duration of each flow direction phase is at least 5 h, 20 h or 100 h operating hours of the electrochemical cell unit (53).

Method according to one or more of the preceding claims, characterized in that the duration of each flow direction phase for each process fluid depends on operating parameters, in particular the number of cold starts and/or the average power and/or the operating hours and/or the moisture content of the fuel and/or oxidizing agent, of the electrochemical cell system (53) are controlled and/or regulated.

Electrochemical cell system (60) for converting electrochemical energy into electrical energy as an electrochemical fuel cell system (4) and/or for converting electrical energy into electrochemical energy as an electrochemical electrolytic cell system (48), comprising - an electrochemical cell unit (53) as a fuel cell unit (1) or electrolytic cell unit (49) with stacked electrochemical cells (52) and the electrochemical cells (52) each stacked layered components (5, 6, 7, 8, 9, 10) comprise, - channels (12, 13, 14) for the passage of Process fluids, - at least one means (80) for passing the process fluids through the channels (12, 13, 14), characterized in that a method according to one or more of the preceding claims can be carried out with the electrochemical cell system (60).

Electrochemical Cell System claim 10 , characterized in that the electrochemical cell system (53) comprises at least one valve (65, 66, 67), in particular at least one 3-way valve (65, 66, 67), as the at least one means (80) and in a first switching position of the at least one valve (65, 66, 67), in particular the at least one 3-way valve (65, 66, 67), the primary process fluid can be conducted in the first direction through the channels for the primary process fluid and in a second switching position of the at least one valve (65, 66, 67), in particular the at least one 3-way valve (65, 66, 67), the primary process fluid in the second direction opposite to the first direction through the channels (12) for the primary process fluid is conductive.

Electrochemical Cell System claim 10 or 11 , characterized in that the electrochemical cell system (53) comprises at least one pump (70) as the at least one means (80) and the at least one pump (70) can be operated in opposite first and second conveying directions and in a first conveying direction of the at least a pump (70) the primary and / or secondary and / or tertiary process fluid in the first direction through the channels (12, 13, 14) for the primary and / or secondary and / or tertiary process fluid can be guided and in a second conveying direction at least one pump (70) the primary and / or secondary and / or tertiary process fluid in the second direction opposite to the first direction through the channels (12, 13, 14) for the primary and / or secondary and / or tertiary process fluid is conductive .

Electrochemical cell system according to one or more of Claims 10 until 12 , characterized in that the electrochemical cell system (53) at least one valve (62, 63, 64), esp in particular at least one 3-way valve (62, 63, 64) as the at least one means (80) and in a first switching position of the at least one valve (62, 63, 64), in particular the at least one 3-way valve (62, 63, 64), the secondary process fluid can be conducted in the first direction through the channels (13) for the secondary process fluid and in a second switching position of the at least one valve (62, 63, 64), in particular of the at least one 3rd - way valve (62, 63, 64), the secondary process fluid in the second direction opposite to the first direction through the channels (13) for the secondary process fluid is conductive.

Electrochemical cell system according to one or more of Claims 10 until 13 , characterized in that the electrochemical cell system (53) comprises at least one valve, in particular at least one 3-way valve, as the at least one means (80) and in a first switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the tertiary process fluid can be conducted in the first direction through the channels (14) for the tertiary process fluid and in a second switching position of the at least one valve, in particular the at least one 3-way valve, the tertiary process fluid in the second direction is conductive to the first direction through the tertiary process fluid passages (14).

Electrochemical cell system according to one or more of Claims 10 until 14 , characterized in that the electrochemical cell system (53) is a fuel cell system (4), comprising a pressurized gas store (21) for fuel and a gas delivery device (22, 23, 24) and the primary process fluid is the fuel, the secondary process fluid is the oxidizing agent and air the tertiary process fluid is coolant.