DE102022205126A1 - Bipolare Platte und Herstellung - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine bipolare Platte (1) für die Elektrolyse, die ein unteres Blech (22) und ein oberes Blech (21) aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei die Materialien der Bleche deutlich voneinander verschieden sind.
Description
- Die Erfindung betrifft eine bipolare Platte und deren Herstellung.
- Die Lebensdauer von PEM-basierten Wasserelektrolyseuren wird maßgeblich durch die Freisetzung mehrwertiger ÜbergangsMetallionen und der damit einhergehenden Membranschädigung beeinflusst. Besonderes Augenmerk gilt der entsprechenden bipolaren Platte, da diese sowohl kathodischen als auch anodischen Potentialen bzw. Reaktanden Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) ausgesetzt ist.
- Aus der Literatur sind eine Vielzahl technischer Lösungen bekannt, die vornehmlich auf PVD-basierten Beschichtungen basieren: TiN, CrN, TiCN oder TiC.
- Leitfähige Dünnfilme aus Au, TiN, TiN/C oder TaN wurden vielfach zum Schutz von Edelstahl vor Korrosion eingesetzt.
- Alle diese Beschichtungen versagen jedoch und bieten nicht den notwendigen Korrosionsschutz, insbesondere bei hohen Potentialen.
- Die Applikation von Hartschichten, z.B. TiN hat den Nachteil, dass diese auf sehr dünnen Substraten aufgebracht werden und aufgrund mechanischer Spannungen bei einer Durchbiegung oder mechanischer Belastung zur Rissbildung neigen. Besonders einseitig beschichtete Substrate stehen unter mechanischer Spannung, wodurch eine Ablösung der Schutzschicht begünstigt wird. Ein weiterer Nachteil gegenüber metallischen Kontaktwerkstoffen ist die geringere elektrische Leitfähigkeit.
- Die technische Realisierung der PVD-Beschichtung ist meist auf Bauteildimensionen kleiner 1,2m Länge beschränkt, wodurch die Skalierbarkeit der Elektrolysezellen eingeschränkt wird. Ein weiterer Nachteil sind die erhöhten Bauteilkosten bei beschichteten Bauteilen.
- Bei der Verwendung von einlagigen Feinblechen (VA-Stahl oder Ti) als Bipolarplatte werden Korrosionserscheinungen festgestellt:
- Titan (Ti) neigt durch die Anwesenheit von Wasserstoff und kathodischem Potential zur Bildung von Titanhydrid TiHn (n = 0,5-2), welches unter zu Ti3O5 bzw. Ti3+ reagieren kann.
- Edelstähle und Nickelbasislegierungen weisen unter anodischem Potential (> 1.5V vs. RHE) Korrosionserscheinungen im Bereich der Korngrenzen auf.
- Im Fall von Chrom-Nickelstählen werden irreversible Beschädigungen im Bereich der Chromoxidpassivierungsschicht festgestellt.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung oben genanntes Problem zu lösen.
- Die Aufgabe wird gelöst durch eine bipolare Platte gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12.
- In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Maßnahmen aufgelistet, die beliebig miteinander kombiniert werden können, um weitere Vorteile zu erzielen.
- Es zeigen
-
1 eine bipolare Platte in Aufsicht, -
2 einen Querschnitt durch1 , -
3 ,4 Dichtungen im Bereich von Durchlässen, -
5 eine Clinch-Verbindung. - Spezifikation für Bipolarplatten für PEM-Wasserelektrolyse sind
- • Korrosionsbeständigkeit bei hohen Potentialen (> 1,5V gegenüber reversibler Wasserstoffelektrode; RHE)
- • Temperaturen (T) = 60°C - 80°C (333K - 353K)
- • saure Umgebungen (pH = 0 bis 6) gesättigt mit O2
- • Hohe elektrische Leitfähigkeit durch die Ebene
- • Geringer Kontaktwiderstand und niedrige Frittspannung
- • Kostengünstiges Material sowie einfache und skalierbare Abscheidungstechnik
- • Beständigkeit gegen Wasserstoff (H2) -Versprödung (Kathode)
- • Beständigkeit gegen Sauerstoff O2-Versprödung (Anode).
- Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine kostengünstige und skalierbare Fertigung von großformatigen Bipolarplatten.
-
1 zeigt eine Aufsicht auf eine bipolare Platte 1. Insbesondere nahe den vier Ecken der vorzugsweise rechteckigen Ausführung der bipolaren Platte 1 sind insbesondere vier Durchführungsbereiche 4 jeweils vorhanden. - An den Durchführungsbereichen 4 wird Elektrolyt ein- und ausgelassen.
-
2 zeigt einen Querschnitt gemäß1 , bei dem die zweilagige Struktur der bipolaren Platte 1 schematisch dargestellt ist. - Die bipolare Platte 1 weist ein oberes Blech 21 und unteres Blech 22 auf.
- Die Dicken der Bleche 21, 22 sind hier nur schematisch dargestellt, d. h. die Dicken der Bleche 21, 22 können gleich dick sein oder, je nach dem welches Material für ein Blech 21, 22 mechanisch stabiler ist, verschieden dick ausgebildet sein.
- Die Blechdicken liegen im Bereich von 0,1mm - 5mm, vorzugsweise 0,5mm.
- Für die Bleche werden deutlich unterschiedliche Materialien verwendet, d.h. die Matrix ist eine andere, also ein Blech ist auf Eisenbasis (Stahl) oder Nickelbasis und das andere Blech nicht, insbesondere auf Basis Titan (Ti), Niob (Nb), Tantal (Ta) oder Zirkon (Zr),
oder zumindest ein Legierungselement ist mehr oder weniger vorhanden,
oder der Anteil eines Legierungselement unterscheidet sich um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 20%. - Folgende Materialkombinationen für oberes Blech 21 und unteres Blech 22 sind möglich:
- Für die kathodische Seite wird ein
- - Edelstahl, insbesondere ein austenitischer Edelstahl verwendet:
- - Duplex: Duplex ist ein Stahl mit einem zweifarbigen Gefüge, das aus einer Ferrit Matrix mit Inseln aus Austenit besteht und über 20% Chrom (Cr) etwa 5% Nickel (Ni) und 3% Molybdän (Mo) aufweist,
- - Superduplex: Superduplex weist gegenüber Duplex einen höheren Chromgehalt (Cr), Nickelgehalt (Ni) und Molybdängehalt (Mo) auf,
- - Hyperduplex: Hyperduplex weist gegenüber Superduplex nochmals leicht erhöhte Chrom (Cr), Nickel (Ni) oder Molybdänwerte (Mo) auf,
- - Nitronic 50: ist ein Stahl mit Chrom (Cr), Nickel (Ni), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Silizium (Si), Niob (Nb), Vanadium (V) und ist durch Stickstoff (N) gehärtet.
- Ebenso können anstatt der Stähle Nickelbasislegierungen verwendet werden:
- - Alloy C276: ist eine Nickel-Chrom-Molybdän Legierung mit Wolfram (W);
- - Incoloy: eine Eisen (Fe), Chrom (Cr)-haltige Nickelbasislegierung, die Zusätze an Aluminium (Al), Titan (Ti), Kupfer (Cu), Mangan (Mn), Kobalt (Co), Silizium (Si), Molybdän (Mo) und/oder Niob (Nb)aufweisen kann;
- - Inconel: eine chromhaltige Nickelbasislegierung mit Eisen (Fe), Molybdän (Mo), Niob (Nb), Kobalt (Co), Mangan (Mn), Kupfer (Cu), Aluminium (Al), Titan (Ti), Silizium (Si), Schwefel (S), Phosphor (P) und Bor (B);
- - Nickel (Ni);
- - Nilo: Nilo ist ein Stahl mit Nickel (Ni) und geringen Anteilen an Aluminium (Al), Kohlenstoff (C), Kobalt(Co), Mangan (Mn), Molybdän (Mo), Silizium (Si);
- - Nimonic: ist eine Nickelbasislegierung mit Anteilen von Chrom (Cr), Kobalt (Co), Titan (Ti) sowie Aluminium (Al);
- - Nitronic: ist ein Chromnickel Stahl mit Anteilen unter anderem von Mangan (Mn) der durch Stickstoff (N) gehärtet ist;
- - Waspaloy: ist eine Nickelbasislegierung, die auf die Aushärtung einer austenitischen, kubisch flächenzentrierten Struktur beruht und unter anderem Chrom (Cr), Molybdän (Mo), Kobalt (Co), Aluminium (Al), Titan (Ti) sowie war, Kohlenstoff (C) und Zirkonium (Zr) aufweist und gegebenenfalls noch Eisen (Fe), Mangan (Mn), Silizium (Si), Phosphor (P), Schwefel (S) und Kupfer (Cu);
- - Invar: ist eine Eisen-Nickel-Legierung mit einem sehr geringen Ausdehnungskoeffizienten;
- - Stahl 1.4404: Stahl 1.4404 ist ein nichtrostender, austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt (C). Bedingt durch den Zusatz von 2% - 2,5% Molybdän (Mo) mit hoher Korrosionsbeständigkeit;
- - Stahl 1.4401 ist ein nichtrostender austenitischer Chrom-Nickel-Molybdän-Stahl. Bedingt durch den Zusatz von 2% - 2,5% Molybdän (Mo) weist er eine gute Korrosionsbeständigkeit auf.
- Für die anodische Seite wird
- - Titan (Ti) oder eine Titanlegierung,
- - Niob (Nb) oder eine Nioblegierung,
- - Zirkonium (Zr) oder eine Zirkoniumlegierung,
- - Tantal (Ta) oder eine Tantallegierung verwendet.
- Bei Titan wird vorzugsweise Titan Grade 1, Titan Grade 2 verwendet.
- Bei Titan Grade 1 und Titan Grade 2 handelt es sich nach der Norm ASTM 265B um unlegiertes Titan (Ti).
- Grade 1 und Grade 2 unterscheiden sich im Wesentlichen durch die zulässigen erlaubten Verunreinigungen an Sauerstoff (O) (Grade 1 max. 0,18 Gew.-%, Grade 2 max. 0,25 Gew.-%) und Eisen (Fe) (Grade 1 max. 0,20 Gew.-%, Grade 2 max. 0,30 Gew.-%) sowie den daraus resultierenden, recht unterschiedlichen mechanischen Eigenschaften.
- Weiterhin können Titan (Ti) Grade 1 und Titan Grade 2 Verunreinigungen an Kohlenstoff (C) (max. 0,08 Gew.-%), Stickstoff (N) (max. 0,03 Gew.-%), Wasserstoff (H) (max. 0,015 Gew.-%) sowie weiteren Elementen (max. 0,1 Gew.-%) aufweisen.
- Eine weitere Beschichtung der medienberührten Oberflächen der Bleche 21, 22 sind möglich.
- Dies sind vorzugsweise durch thermisches Spritzen (z.B. atmosphärisches Plasmaspritzen (APS), Vakuum Plasmaspritzen (VPS), Flammspritzen, Hochgeschwindigkeitsflammspritzen (HVOF)) oder durch chemische oder physikalische Dampfphasenabscheidung (CVD und PVD) aufgebrachte Beschichtungen.
- Dies erfolgt insbesondere mit Gold (Au), Platin (Pt), Iridium (Ir) zur Verbesserung des elektrischen Kontakts.
- Die Durchführungsbereiche 4 der Bipolarplatte 1 müssen zwischen den beiden Blechen 21, 22 abgedichtet werden.
- Dazu können vorzugsweise drei Methoden verwendet werden:
- Die erste Methode ist in
3 dargestellt. - Dort erfolgt im Bereich des Durchführungsbereichs 4 ein Kragenziehen 25 und Kragenbördeln 27, so dass das beispielsweise eine Blech 21 durch den Durchführungsbereich 4 herum und hindurch verläuft und auf der Oberfläche des anderen Blech 22 fest anliegt.
- Die zweite Methode ist in
4 dargestellt, bei der eine Dichtöse 29 mit Ring verwendet wird, die den Durchführungsbereich 4 umfasst und dann durch Verpressung 31 den Durchführungsbereich 4 im Bereich des oberen und des unteren Blechs abgedichtet. - Die dritte Methode ist durch die gestrichelten Linien 7, 11 in
1 dargestellt, bei der Dichtmasse aufgetragen wird, wobei als Dichtmasse insbesondere bekannte Dichtmassen wie Flüssig-FKM, Flüssig-PFA oder Loctite verwendet werden. - Die zweilagige Verbindung von oberem und unterem Blech 22, 21 wird insbesondere durch Durchsetzfügen (auch als Clinchen bekannt) und der dabei entstehenden Clinchverbindung 30 ermöglicht (
5 ). - Clinchverbindungen sind bekannt aus der Fügetechnik. Die Verbindung ermöglicht eine getrennte und medien-dichte Verbindung beider Bleche 21, 22.
- Die Clinchverbindungen können am Rand der Bipolarplatte ausgeführt werden.
- Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit der flächigen und regelmäßigen Anordnung über die gesamte Fläche der Bipolarplatte.
- Weitere Möglichkeiten zur Verbindung von zwei Blechen sind das Walz-Plattieren oder das Explosion-Plattieren.
- Die vorliegende Erfindung ermöglicht höhere Lebensdauern der PEM-Elektrolyse und ermöglicht eine kostengünstige Alternative zu VPS-beschichteten Edelstahl/Titan-Bipolarplatten. Die Methode greift auf massenfertigungstaugliche Clinchtechnik zurück.
- Sie weist eine hohe mechanische Robustheit in Bezug auf den Fertigungs- und Montageprozess sowie ein fehlertolerantes Verhalten gegenüber Oberflächenbeschädigungen auf.
- Durch ein hier vorgeschlagenes Multilagenkonzept mittels Clinchverbindung besteht die Möglichkeit, anodische und kathodische Korrosion durch eine geeignete Materialkombination zu verhindern.
Claims (12)
- Bipolare Platte (1) für die Elektrolyse, die ein unteres Blech (22) und ein oberes Blech (21) aufweist, die miteinander verbunden sind, wobei die Materialien der Bleche deutlich voneinander verschieden sind, wobei unterschiedlich insbesondere bedeutet: - die Matrix ist eine andere, insbesondere ist ein Blech auf Eisenbasis (Stahl) oder Nickelbasis und das andere Blech nicht, insbesondere ist das andere Blech auf Basis Titan (Ti), Niob (Nb), Tantal (Ta) oder Zirkon (Zr), oder - zumindest ein Legierungselement ist mehr oder weniger vorhanden, oder - der Anteil eines Legierungselement unterscheidet sich um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 20%.
- Bipolare Platte nach
Anspruch 1 , bei dem ein Material für ein Blech (21) Edelstahl, insbesondere Austenit, oder eine Nickelbasislegierung, aufweist. - Bipolare Platte nach einem oder beiden der
Ansprüche 1 ,2 , bei dem das andere Material für das andere Blech (22) Titan (Ti), insbesondere Grade 1 oder Grade 2, Niob (Nb), Zirkonium (Zr) oder Tantal (Ta) aufweist. - Bipolare Platte nach einem oder beiden der
Ansprüche 1 ,2 , bei dem das andere Material für das andere Blech (22) eine Titanlegierung, eine Tantallegierung, eine Zirkoniumlegierung oder eine Nioblegierung verwendet wird. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 oder4 , bei dem die Bleche (21, 22) gleich dick sind. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 oder4 , bei dem die Bleche (21, 22) verschieden dick ausgebildet sind und sich um mindestens 10%, insbesondere um mindestens 20%, unterscheiden. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 ,4 ,5 oder6 , bei dem die Bleche (21, 22) 0,1mm - 5,0mm, vorzugsweise 0,8mm bis 2mm, ganz vorzugsweise 0,5mm, dick sind. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 oder7 , bei dem die Bleche (21, 22) eine Beschichtung aufweisen, insbesondere APS, VPS, HVOF, CVD oder PVD-Beschichtungen, insbesondere mit Gold (Au), Platin (Pt), Iridium (Ir) zur Verbesserung des elektrischen Kontakts. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 oder8 , bei dem die bipolare Platte (1) Durchführungsbereiche (4) aufweist, die abgedichtet sind, insbesondere durch Kragenziehen (25) und Kragenbördeln (27) oder durch eine verpresste Dichtöse (29) oder durch Dichtmasse. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 oder9 , bei dem die zwei Bleche (21,22) durch eine Clinchverbindung miteinander verbunden sind. - Bipolare Platte nach einem oder mehreren der vorherigen
Ansprüche 1 ,2 ,3 ,4 ,5 ,6 ,7 ,8 ,9 oder10 , bei dem ein Material für ein Blech (21) Edelstahl, insbesondere ein austenitischer Edelstahl, Duplex, Superduplex, Hyperduplex, Nitronic 50, Alloy C276, Incoloy, Inconel, Nickel, Nilo, Nimonic, Nitronic, Waspaloy, Invar, Stahl 1.4404 oder Stahl 1.4401 aufweist. - Verfahren zur Herstellung einer bipolaren Platte (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche, bei dem die zwei Bleche (21, 22) fest miteinander verbunden werden, insbesondere durch eine Clinch-Verbindung, durch Plattieren oder Verschweißen.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD154831A5 (de) | 1979-11-29 | 1982-04-21 | Oronzio De Nora Impianti | Verfahren und vorrichtung zur elektrolyse |
| US5580672A (en) | 1995-06-07 | 1996-12-03 | United Technologies Corporation | Method for reducing the risk of perforation or gas leakage in electrochemical and gas generating devices |
| KR100785115B1 (ko) | 2006-11-22 | 2007-12-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 분리판 결합 구조 |
| DE102013207082A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Robert Bosch Gmbh | Ausführung eines Zellseparators als platiniertes Bimetallblech |
| DE102013207075A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Robert Bosch Gmbh | Bipolarplattenkonzept mit integrierten Stromverteilern für Elektrolyseure |
| DE102018130467A1 (de) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Schuler Pressen Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1045816A (en) * | 1964-11-05 | 1966-10-19 | David J Evans Res Ltd | Improvements in or relating to electrodes for electrolytic cells |
| US4059216A (en) * | 1975-12-15 | 1977-11-22 | Diamond Shamrock Corporation | Metal laminate strip construction of bipolar electrode backplates |
| DE10248531B4 (de) * | 2002-10-14 | 2005-10-20 | Reinz Dichtungs Gmbh & Co Kg | Brennstoffzellensystem sowie Verfahren zur Herstellung einer in dem Brennstoffzellensystem enthaltenen Bipolarplatte |
| DE102011007759A1 (de) * | 2011-04-20 | 2012-10-25 | Siemens Aktiengesellschaft | Elektrolysezelle mit einem Blechpaket übereinander gestapelter Bleche mit Ausnehmungen und Verfahren zu deren Herstellung und Betrieb |
| CN113981479B (zh) * | 2020-07-09 | 2022-12-02 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种水电解装置 |
-
2022
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-
2023
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DD154831A5 (de) | 1979-11-29 | 1982-04-21 | Oronzio De Nora Impianti | Verfahren und vorrichtung zur elektrolyse |
| US5580672A (en) | 1995-06-07 | 1996-12-03 | United Technologies Corporation | Method for reducing the risk of perforation or gas leakage in electrochemical and gas generating devices |
| KR100785115B1 (ko) | 2006-11-22 | 2007-12-11 | 현대자동차주식회사 | 연료전지 차량의 분리판 결합 구조 |
| DE102013207082A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Robert Bosch Gmbh | Ausführung eines Zellseparators als platiniertes Bimetallblech |
| DE102013207075A1 (de) | 2013-04-19 | 2014-10-23 | Robert Bosch Gmbh | Bipolarplattenkonzept mit integrierten Stromverteilern für Elektrolyseure |
| DE102018130467A1 (de) | 2018-11-30 | 2020-06-04 | Schuler Pressen Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Brennstoffzellenstapels |
Non-Patent Citations (1)
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