DE60215700T2 - Aufwärmung einer brennstoffzellenkraftanlage mit polymerelektrolyten - Google Patents

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Description

  • FELD DER ERFINDUNG
  • Diese Erfindung bezieht sich auf eine Aufwärmung einer Brennstoffzellenanlage unterhalb eines Gefrierpunkts.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • In einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle (PEFC) strömen Wasserstoffionen (H+) durch eine feste Polymerelektrolyt-Membran, sodass die Elektrolytmembran konstant in einem feuchten Zustand gehalten werden muss. Eine Brennstoffzellenanlage, die eine Brennstoffzelle dieses Typs einsetzt, arbeitet, indem der Elektrolytmembran Wasser zugeführt wird. Daher enthält die Brennstoffzelle einen beträchtlichen Anteil an Wasser und wenn die Anlage im stationären Zustand unterhalb eines Gefrierpunkts belassen wird, wird das Wasser in der Brennstoffzelle einschließlich des Wassers in der Elektrolytmembran gefrieren. Um die Brennstoffzellenanlage unterhalb des Gefrierpunkts anzufahren, muss infolgedessen das Eis in der Brennstoffzelle aufgetaut werden.
  • In diesem Zusammenhang offenbart Tokkai 2000-315514, das vom japanischen Patentamt im Jahr 2000 veröffentlicht wurde, eine Vorrichtung, wobei ein Hochtemperatur-Gas einem Gasdurchgang in der Brennstoffzelle von außen zugeführt wird, um das Eis in der Zelle aufzutauen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Das von der Auftauvorrichtung zugeführte Hochtemperatur-Gas wird von einem Rohr außerhalb der Brennstoffzelle in einen Durchgang gefördert, der in einem Separator der Brennstoffzelle ausgebildet ist, und erreicht eine Membran-Elektrodeneinheit (MEA), die eine Elektrolytmembran und Elektroden aufweist, die einen Katalysator beinhalten. Jedoch geht ein beträchtlicher Teil der Wärme im Rohr oder dem Durchgang im Separator verloren, bevor sie die MEA erreicht. Das bedeutet, dass die Wärmeeffizienz zum Erwärmen der MEA schwach ist. Besonders in einer sehr tiefen Temperaturumgebung von –20 Grad Celsius (°C) oder darunter, ist eine lange Zeitdauer erforderlich, bis das Eis in der MEA vollständig aufgetaut ist und bis die Anlage Energie erzeugen kann.
  • Es ist daher Aufgabe dieser Erfindung, die Zeitspanne zu verkürzen, die erforderlich ist, um das Eis in der MEA unterhalb des Gefrierpunkts aufzutauen.
  • Um die obige Aufgabe zu erreichen, stellt diese Erfindung ein Verfahren zum Auftauen von gefrorenem Wasser in einer Brennstoffzelle bereit, das beim Anfahren einer Brennstoffzellenanlage angewendet wird, die einen Brennstoffzellenstapel aufweist, der mehrere laminierte Brennstoffzellen aufweist, von denen jede eine Anode und eine Kathode auf jeder Seite einer Elektrolytmembran aufweist. Das Verfahren weist das Erfassen einer Temperatur einer Brennstoffzelle und das Auftauen des gefrorenem Wassers auf, wenn die Temperatur niedriger als ein Gefrierpunkt ist, indem Wärme durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode und der Kathode erzeugt wird, um zu bewirken, dass das gefrorene Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird.
  • Die Details sowie weitere Merkmale und Vorzüge dieser Erfindung werden im Rest der Beschreibung dargelegt und sind in der anliegenden Zeichnung dargestellt.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
  • 1 ist eine schematische Ansicht einer Brennstoffzellenanlage, die das Auftauverfahren dieser Erfindung einsetzt.
  • 2 ist eine Ansicht, die die Wärmeerzeugung aufgrund einer chemischen Reaktion in der Brennstoffzelle gemäß dem Auftauverfahren dieser Erfindung analysiert.
  • 3A und 3B sind Zeitschaubilder, die eine angelegte Spannung und eine Temperaturänderung der Brennstoffzelle gemäß dem Auftauverfahren dieser Erfindung zeigen.
  • 4 ist eine schematische Querschnittsansicht einer Dreiphasen-Grenzschicht der Brennstoffzelle im gefrorenen Zustand.
  • 5A und 5B sind Zeitschaubilder, die ein Spannungs-Anlegemuster bei einem Auftauverfahren gemäß einer zweiten Ausführungsform dieser Erfindung beschreiben.
  • 6A bis 6C sind Zeitschaubilder, die die Änderungen der Brennstoffzellentemperatur, der angelegten Spannung und der Energieverbrauchsmenge gemäß dem Auftauverfahren der zweiten Ausführungsform dieser Erfindung beschreiben.
  • 7 ist ein elektrisches und ein Signalschaltkreis-Schaubild einer Brennstoffzellenanlage, die ein Auftauverfahren gemäß einer dritten Ausführungsform dieser Erfindung einsetzt.
  • 8 ist ein Zeitschaubild, das ein Spannungs-Anlegemuster beim Auftauverfahren gemäß der dritten Ausführungsform dieser Erfindung beschreibt.
  • 9A bis 9C sind Zeitschaubilder, die die Änderungen der Brennstoffzellentemperatur, der angelegten Spannung und der Energieverbrauchsmenge gemäß dem Auftauverfahren der dritten Ausführungsform dieser Erfindung beschreiben.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Mit Bezug auf 1 der Zeichnung weist eine Brennstoffzellenanlage einen Brennstoffzellenstapel 2 auf, der einen Verbund einer Polymerelektrolyt-Brennstoffzelle 1 aufweist. Die Brennstoffzelle 1 weist eine Membran-Elektrodeneinheit (MEA) 8 und Separatoren 11A und 11B auf.
  • Die Membran-Elektrodeneinheit 8 weist eine feste Polymerelektrolyt-Membran 8A und eine Anode 9A und eine Kathode 9B in Druckkontakt auf jeder Seite der Membran 8A auf.
  • Die Elektrolytmembran 8A weist eine Perfluorsulfonsäure-Ionenaustauschmembran, wie z. B. Nafion 112, hergestellt von Dupond Inc., auf.
  • Mit Bezug auf 2 weisen die Anode 9A und die Kathode 9B eine auf Kohlepapier ausgebildete Gas-Diffusionsschicht (GDL) 21 und eine Dreiphasen-Grenzschicht 22 auf. Die Dreiphasen-Grenzschicht 22 weist ein Gemisch eines Platinkatalysators aus Ruß und des gleichen wie in der Elektrolytmembran 8A verwendeten Perfluorsulfonsäurematerials auf. Das Gemisch wird auf die GDL 21 aufgetragen. Die Dreiphasen-Grenze 22 weist eine Dreiphasen-Grenze zwischen einem Gas, das Wasserstoff oder Sauerstoff aufweist, einem Elektrolyten und dem Katalysator auf.
  • Mit erneutem Bezug auf 1 sind der Separator 11A und der Separator 11B aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet. Im Separator 11A ist neben der Anode 9A ein Durchgang 10A für wasserstoffreiches Gas ausgebildet. Im Separator 11B ist neben der Kathode 9B ein Durchgang 10B für Sauerstoff ausgebildet.
  • Wasserstoffreiches Gas wird von einem Wasserstoffzylinder 5 über ein Druckregelventil 6 dem Durchgang 10A zugeführt. Sauerstoff wird als Luft von einem Kompressor 3 über ein Druckregelventil 4 dem Durchgang 10B zugeführt.
  • Der Wasserstoff, der einer elektrochemischen Reaktion an der Anode 9A unterzogen wurde, wird zu Wasserstoffionen, strömt durch die Elektrolytmembran 8A und verbindet sich an der Kathode 9B mit Sauerstoff, um Wasserdampf auszubilden.
  • Der Wasserdampf wird von der Kathode 9B hauptsächlich als Abgas an die Atmosphäre abgegeben. Ein Teil des Wasserdampfs wird über die Elektrolytmembran 8A zur Anode 9A diffundiert und von der Anode 9A an die Atmosphäre abgegeben.
  • Da eine große Wasserstoffmenge der Anode 9A zugeführt wird, enthält das Abgas von der Anode 9A zusätzlich zum Wasserdampf eine beträchtliche Menge Wasserstoff. Daher führt ein Ejektor 7 dieses Abgas der Wasserstoffströmung vom Druckregelventil 6 zum Durchgang 10 als Anodenabwasser zur Wiederverwendung wieder zu und macht dadurch den Wasserstoffverbrauch effizient.
  • Die laminierten Brennstoffzellen 1 sind zwischen den Elektroden 18A, 18B des Stapels 2 elektrisch in Reihe geschaltet. Die Anode 9A ist über den Separator 11A an der Kathode 9B der benachbarten Brennstoffzelle 1 und den Separator 11B der benachbarten Brennstoffzelle 1 elektrisch angeschlossen. Die Elektrode 18A ist an einem Schalter 12 angeschlossen.
  • Der Schalter 12 ist über einen Inverter 17 an einem Motor 15 als Last bzw. über eine Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 an einer zusätzlichen Batterie 13 angeschlossen und verbindet den Motor 15 und die zusätzliche Batterie 13 entsprechend der Schalterposition selektiv mit der Elektrode 18A. Die Elektrode 18B ist an einem Erdungsleiter des Motors 15 und der negativen Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 angeschlossen.
  • Der Schalter 12, der Inverter 17 und die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 werden gemäß den von einer Steuerungs-/Regelungseinheit 16 ausgegebenen Signalen entsprechend gesteuert/geregelt. Die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 weist einen Mikrocomputer auf, der eine Zentraleinheit (CPU), einen Festwertspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM) und eine Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle (I/O Interface) aufweist. Die Steuerungs-/Regelungseinheit kann auch mehrere Mikrocomputer aufweisen.
  • Um die oben genannte Steuerung-/Regelung durchzuführen, wird ein Temperatursignal in die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 von einem Temperatursensor 19 eingegeben, der die Temperatur des Brennstoffzellenstapels 2 erfasst.
  • In 1 zeigen die durchgezogenen Linien die Gasströmung, die strichpunktierten Linien zeigen den Elektrizitätsstrom und die gestrichelten Linien zeigen den Signalfluss.
  • Falls die vom Temperatursensor 19 erfasste Temperatur unterhalb des Gefrierpunkt liegt, wenn die Anlage anfährt, steuert/regelt die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 den Schalter 12, um die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18A des Brennstoffzellenstapels 2 zu verbinden. Als Folge davon fließt in der Brennstoffzelle 1 ein Gleichstrom von der Anode 9A zur Kathode 9B.
  • Falls hierbei der Energieerzeugungs-Oberflächenbereich der Elektrolytmembran 8A der Brennstoffzelle 1 gleich 25 cm2 beträgt und zur Elektrolytmembran 8A ein Strom von 1 Ampere pro Quadratzentimeter (A/cm2) geleitet wird, muss zum Brennstoffzellenstapel 2 ein Strom von 25 A geleitet werden. Die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 erhöht oder erniedrigt die Spannung der zusätzlichen Batterie 13, sodass der erforderliche Strom fließt.
  • Wenn, mit erneutem Bezug auf 2, die MEA 8 gefroren ist und eine positive Spannung an die Anode 9A angelegt wird und eine negative Spannung an die Kathode 9B angelegt wird, wird an der Anode 9A Sauerstoff erzeugt und an der Kathode 9B wird aufgrund der Elektrolyse des gefrorenen Wassers in der MEA 8 Wasserstoff erzeugt.
  • Wenn eine Spannung oberhalb eines bestimmten Niveaus an die gefrorene Brennstoffzelle 1 angelegt wird, findet die Elektrolyse des Wassers entsprechend der folgenden Gleichung (1) statt: H2O → ½O2 + 2H+ + 2e– (1) 2H+ + 2e– → H2
  • In diesem Stadium wird der Anode 9A Wasserstoff vom Wasserstoffzylinder 5 zugeführt, der Kathode 9B wird Luft vom Kompressor 3 zugeführt und an der Anode 9A verbinden sich der erzeugte Sauerstoff und der zugeführte Wasserstoff, um Wasser zu bilden. Ebenso verbinden sich an der Kathode 9B der erzeugte Wasserstoff und der Sauerstoff in der zugeführten Luft, um Wasser zu bilden. Die Verbindung von Wasserstoff und Sauerstoff wird von der Freisetzung von Wärme begleitet. Daher kann das Eis im Brennstoffzellenstapel 2 unter Verwendung dieser Wärme aufgetaut werden.
  • Nun wird der Fall betrachtet, wenn sich die Anlage unter Temperaturbedingungen von –30°C befindet. Unter diesen Temperaturbedingungen beträgt die Ionenleitfähigkeit der Elektrolytmembran 8A ca. 4 Millisiemens pro cm (mS/cm), sodass der Spannungsabfall aufgrund der Elektrolytmembran bei einer Stromdichte von 1A/cm2 ca. 0,7 Volt (V) beträgt. Die Katalysator-Aktivierungsspannung beträgt ca. 0,3V und die Summe des Spannungsabfalls aufgrund des Kontaktwiderstands zwischen der GDL 21 und dem Separator 11A und des Spannungsabfalls aufgrund des Kontaktwiderstands zwischen der GDL 21 und dem Separator 11B beträgt ca. 0,2V.
  • Die für die Elektrolyse des Wassers benötigte Spannung beträgt ca. 1,2V, was unter Verwendung der Nernst-Gleichung bei einem Gleichgewichtspotenzial, das erforderlich ist, um eine Ionen-Konzentrationdifferenz über eine Membran auszugleichen, durch die nachfolgende Gleichung (2) dargestellt wird.
    Figure 00080001
    wobei
    • Er
    = Gleichgewichtspotential,
    EO2
    = Anodenpotential,
    EH2
    = Kathodenpotential,
    E0
    = Standardpotential = +1,2V bei Atmosphärendruck,
    R
    = Gaskonstante,
    T
    = Temperatur, und
    PO2, PH2, PH2O
    = Partialdrücke sind.
  • Wenn der Gesamtverlust von 1,2V aufgrund des Spannungsabfalls zu diesen 1,2V hinzuaddiert wird, muss eine Spannung von ca. 2,4V zwischen den Elektroden angelegt werden, um die Elektrolyse des Wassers in der Brennstoffzelle 1 bei –30°C auszuführen. Deswegen werden die 1,2V, die einer Überspannung mit Ausnahme des für die Elektrolyse verwendeten Teils entsprechen, in Wärme umgewandelt und können zum Auftauen des Eises verwendet werden. Wenn der Brennstoffzelle 1 ein Strom von 1A/cm2 zugeführt wird, entspricht dies einer Wärmeabgabe von 1,2 Watt pro Quadratzentimeter (W/cm2). Unter Verwendung dieser zum Auftauen des Eises abgegebenen Wärme kann das Eis im Brennstoffzellenstapel 2, selbst in einer sehr kalten Umgebung von –30°C, in kurzer Zeit aufgetaut werden.
  • Wie oben beschrieben, verbindet sich der durch die Elektrolyse des Wassers erzeugte Wasserstoff mit dem Sauerstoff in der vom Kompressor 3 zugeführten Luft und der durch die Elektrolyse des Wassers erzeugte Sauerstoff verbindet sich mit dem vom Wasserstoffzylinder 5 zugeführten Wasserstoff, der die Reaktionswärme entsprechend erzeugt. Diese erzeugte Wärme begünstigt das Auftauen des Eises im Brennstoffzellenstapel 2 weiter. Jedoch ist die GDL 21 unmittelbar nach Anlegen einer Spannung gefroren, sodass eine Verbindungsreaktion zwischen diesem Wasserstoff und Sauerstoff schwerlich erfolgt, und sich die Erzeugungsmenge der Reaktionswärme aufgrund der Verbindung zwischen Wasserstoff und Sauerstoff ebenfalls erhöht, wenn das Auftauen abläuft.
  • Als Nächstes wird die Wärme, die durch Anlegen einer Spannung zwischen den Elektroden der Brennstoffzelle 1 erzeugt wird, detaillierter beschrieben.
  • Die Joule-Wärme, die in der Elektrolyt-Membran 8A, der GDL 21 und den Separatoren 11A, 11B erzeugt wird, kann als i2·R ausgedrückt werden. Hierbei ist i die Stromdichte und R ist der elektrische Widerstand der Elektrolytmembran 8A, der GDL 21 und der Separatoren 11A, 11B.
  • An der Kontaktoberfläche zwischen der GDL 21 und den Separatoren 11A, 11B, dem Oberflächenbereich, wird Wärme entsprechend diesen Kontaktwiderständen erzeugt. In der Umgebung des Katalysators der GDL 21 wird der größte Teil der Energie, die der Überspannung entspricht, die erforderlich ist, um die chemische Reaktion von Gleichung (1) zu begünstigen, in Wärme umgewandelt. Diese gesamte Wärme ist beim Auftauen des Eises verwendbar.
  • Aufgrund der Kombination zwischen dem an der Anode 9A durch die Elektrolyse des Wassers erzeugten Sauerstoffs und des vom Wasserstoffzylinder 5 zugeführten Wasserstoffs und der Kombination zwischen dem an der Kathode 9B durch die Elektrolyse des Wassers erzeugten Wasserstoff und dem vom Kompressor 3 als Luft zugeführten Sauerstoff, wird ferner die Reaktionswärme, wie zuvor beschrieben, erzeugt.
  • Mit Bezug auf die 3A, 3B werden nun die Ergebnisse der bei der Brennstoffzelle 1 vom Erfinder durchgeführten Experimente beschrieben.
  • Wenn eine Spannung zwischen den Elektroden an der bei –30°C gefrorenen Brennstoffzelle 1 angelegt wird, erhöht sich die Temperatur der Brennstoffzelle 1 aufgrund der in der Brennstoffzelle 1 erzeugten Joule-Wärme aufgrund des Anlegens der Spannung. Dieser Temperaturanstieg hört bei –20°C vorübergehend auf. Die Unterbrechung des Temperaturanstiegs zeigt, dass das Wasser, das teilweise in der Elektrolytmembran 8A gebunden ist, auftaut.
  • Nachstehend wird das Wasser in der Elektrolytmembran 8A beschrieben. In der Elektrolytmembran 8A liegt Wasser, das an Sulfonsäuregruppen gebunden und nicht gefroren ist, freies Wasser, das nicht an Sulfonsäuregruppen gebunden und bei ungefähr 0°C gefroren ist, und teilweise gebundenes Wasser, das bei –20°C gefroren ist, vor. Die Gewichtskonzentration des gemischten Wassers, die die Summe von oben ist, beträgt zirka zehnmal die Gewichtskonzentration der Sulfonsäuregruppen.
  • 4 zeigt den Zustand im Innern der Dreiphasen-Grenzschicht 22 bei –30°C. In der Dreiphasen-Grenzschicht 22 findet eine elektrochemische Reaktion an der Dreiphasen-Grenze des aus Perfluorsulfonsäure hergestellten Elektrolyts, des Pt-Katalysators und des Sauerstoffgases oder Wasserstoffgases statt. Jedoch gefriert bei –30°C das Wasser im Innern der Dreiphasen-Grenzschicht 22 und blockiert das Eindringen des Gases von der GDL 21 in den Katalysator. In der Figur ist nur ein Teil der Dreiphasen-Grenzschicht 22 als blockiert dargestellt, aber in der Praxis wird tatsächlich die gesamte Oberfläche blockiert. In diesem Zustand kann die Brennstoffzelle 1 keine Energie erzeugen und der am Katalysator durch die Elektrolyse erzeugte Sauerstoff und Wasserstoff kann sich nicht mit dem von der GDL 21 zugeführten Wasserstoff und dem Sauerstoff vermischen.
  • Der Grund, darum die Temperaturerhöhung der Brennstoffzelle 1 bei –20°C vorübergehend aufhört, ist mit erneutem Bezug auf die 3A, 3B der, dass sich das in der Elektrolytmembran 8A teilweise gebundene Wasser die Wärme zum Auftauen verbraucht.
  • Das Auftauen des teilweise gebundenen Wassers ist ca. 50 Sekunden nach Beginn des Anlegens der Spannung beendet und die Temperatur der Brennstoffzelle 1 steigt wieder an. Wenn sie 0°C erreicht, hört der Temperaturanstieg aufgrund des Auftauens des gefrorenen freien Wassers vorübergehend erneut auf. Wenn das Auftauen des freien Wassers beendet ist, kann der durch die Elektrolyse erzeugte Sauerstoff sich mit dem vom Wasserstoffzylinder 5 dem Durchgang 10A zugeführten Wasserstoff verbinden und der durch die Elektrolyse erzeugte Wasserstoff kann sich mit dem vom Kompressor 3 dem Durchgang 10B zugeführten Sauerstoff verbinden. Die Wärme der Reaktion, die die Verbindung dieses Wasserstoffs und Sauerstoffs begleitet, beschleunigt den Temperaturanstieg der Brennstoffzelle 1. In 3A kommt der scharfe Anstieg der Temperaturerhöhung der Brennstoffzelle, nachdem das gesamte freie Wasser aufgetaut wurde, aufgrund dieser Wärmereaktion zustande.
  • Da sich die Temperatur der Brennstoffzelle 1 erhöht, verringert sich andererseits die zwischen der Anode 9A und der Kathode 9B angelegte Spannung. Nach dem oben beschriebenen Anlegen der Spannung, beträgt diese 2,4V, aber wenn die Temperatur +20°C beträgt, beträgt die elektrische Leitfähigkeit der Elektrolytmembran 8A 30mS/cm. Demzufolge beträgt der Spannungsabfall aufgrund der Elektrolytmembran 8A ca. 0,1V und die zwischen den Elektroden angelegte Spannung beträgt 1,8V, was ausreichend ist. Wenn in diesem Stadium ein Strom von 1A/cm2 durch die Brennstoffzelle 1 geleitet wird, entspricht die abgegebene Wärmemenge ca. 0,6W/cm2.
  • In diesem Experiment wurde herausgefunden, dass ca. 2 Minuten nach Beginn des Anlegens der Spannung das Auftauen des Eises in der Brennstoffzelle 1 abgeschlossen war und die Brennstoffzelle 1 Energie erzeugen konnte. Die Zeit, die erforderlich ist, um die Brennstoffzelle 1 aufzutauen, kann durch Erwärmen oder Befeuchten des dem Durchgang 10A zugeführten Wasserstoffs und der dem Durchgang 10B zugeführten Luft weiter verkürzt werden.
  • Die besagte Ausführungsform bezieht sich auf eine Brennstoffzellenanlage, wie einen einzigen Brennstoffzellenstapel aufweist. Bei einer Anlage, die mehrere Brennstoffzellenstapel aufweist, wird das Eis in einem der Brennstoffzellenstapel durch das oben genannte Verfahren aufgetaut und die anderen Brennstoffzellenstapel werden danach unter Verwendung des Ausgangsstroms des Brennstoffzellenstapels aufgetaut, der nun aufgrund des Auftauens Energie erzeugen kann. Wenn dies geschehen ist, kann die Last an der zusätzlichen Batterie 13 abgeschwächt werden.
  • Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
  • Diese Ausführungsform betrifft das Verfahren des Anlegens einer Spannung an die Elektroden 18A, 18B des Brennstoffzellenstapels 2. Der Aufbau der Hardware ist identisch dem der ersten Ausführungsform, aber die positive Elektrode und negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 wurden umgekehrt. Insbesondere ist die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 an der Elektrode 18A angeschlossen und die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 ist an der Elektrode 18B angeschlossen.
  • Selbst wenn der Brennstoffzelle 1 Wasserstoff oder Sauerstoff bei –30°C zugeführt wird, ist das Wasser in der MEA 8 gefroren, sodass der Wasserstoff oder der Sauerstoff von der GDL 21 den Katalysator in der Dreiphasen-Grenzschicht 22 nicht erreichen kann und die elektrochemischen Reaktionen in der Schicht nicht stattfinden.
  • Wenn eine Spannung an die Elektroden 18A, 18B im obigen Zustand, wie zuvor beschrieben, angelegt wird, wird Wasserstoff an der Anode 9A erzeugt und Sauerstoff an der Kathode 9B erzeugt. 60 Sekunden nach Beginn des Anlegens der Spannung ist das Auftauen des teilweise gebundenen Wassers in der Elektrolytmembran 8A, wie in 3A gezeigt, beendet. In diesem Stadium wird der Schalter 12 betätigt, um den Brennstoffzellenstapel 2 zur Last umzuschalten. Danach wird Wasserstoff vom Durchgang 10A der Anode 9A zugeführt und Sauerstoff wird vom Durchgang 10B der Kathode 9B zugeführt.
  • An diesem Punkt ist das Auftauen des teilweise gebundenen Wassers in der Elektrolytmembran 8A beendet, sodass ein Teil des Wasserstoffs oder Sauerstoffs den Katalysator in der Dreiphasen-Grenzschicht 22 erreicht und der durch die Elektrolyse erzeugte Wasserstoff oder Sauerstoff verbleibt an der Anode oder der Kathode. Demzufolge können die elektrochemischen Reaktionen an der Dreiphasen-Grenze stattfinden und die Energieerzeugung beginnt. Die Energieerzeugung erfolgt gemäß Gleichung (3), die die Umkehrung der Gleichung (1) ist. ½O2 + 2H+ + 2e– → H2O (3) H2 → 2H+ + 2e–
  • Bei diesem Energieerzeugungsprozess wird Wärme aufgrund des Spannungsabfalls, der durch den Membranwiderstand gegenüber der Bewegung der Wasserstoffionen in der Elektrolytmembran 8A verursacht wird, des Spannungsabfalls, der durch den Kontaktwiderstand zwischen der GDL 21 und den Separatoren 11A, 11B verursacht wird, bzw. des Spannungsabfalls aufgrund des Katalysator-Aktivierungswiderstands erzeugt. Der Motor 15 ist an den Brennstoffzellenstapel 2 angeschlossen und die Wasserstoff-Zuführungsmenge und ein Inverter 17 werden gesteuert/geregelt, um Energie zu erzeugen, sodass der Widerstand des Motors 15 25 Milliohm (mω) beträgt und die Stromdichte des Brennstoffzellenstapel 2 1A/cm2 beträgt. Wenn jedoch die Stromdichte 1A/cm2 beträgt und die Potenzialdifferenz zwischen den Elektroden der Brennstoffzelle 1 weniger als 0,4V beträgt, erfolgt eine Anpassung auf 0,4V, um eine Beschädigung der Brennstoffzelle 1 zu verhindern. Die aufgrund der Überspannung zu diesem Zeitpunkt freigesetzte Wärme liegt, abhängig von der Temperatur der Brennstoffzelle 1, im Bereich von 0,6–1,2W/cm2.
  • In dieser Ausführungsform werden der Spannungs-Anlegeprozess und der Energie-Erzeugungsprozess, wie in den 5A und 5B gezeigt, unterhalb von 0°C wiederholt durchgeführt. Demzufolge kann, wie bei der ersten Ausführungsform, die verbrauchte Energie, die aufgrund des Anlegens der Spannung verbraucht wurde, verglichen mit dem Fall, bei dem die Spannung einfach kontinuierlich angelegt ist, reduziert werden, und die Aufwärmeffizienz des Brennstoffzellenstapels kann erhöht werden.
  • In den 5A und 5B sind die Zeitspannen des Anlegens Spannung T1, T3, T5 und die Zeitspannen der Energieerzeugung T2, T4, T6 alle gleichgroß eingestellt. Diese Einstellung kann auch entsprechend den Auftaubedingungen variiert werden. Wenn z. B. die Zeitspanne des Anlegens der Spannung länger als die Zeitspanne der Energieerzeugung eingestellt wird, können der für die Energieerzeugung erforderliche Wasserstoff und der Sauerstoff hauptsächlich aus der Elektrolyse des Wassers erzielt werden.
  • Alternativ kann die Umschaltfrequenz zwischen dem Spannungs-Anlegeprozess und dem Energie-Erzeugungsprozess entsprechend der abgelaufenen Zeit erhöht werden. Es ist mit anderen Worten auch vorteilhaft, T1 > T3 > T5, T2> T4 > T6 einzustellen.
  • Mit Bezug auf die 6A–6C hat der Erfinder ein Experiment durchgeführt, wobei der Spannungs-Anlegeprozess und der Energie-Erzeugungsprozess mit T1 = 60 Sekunden, T2 = 50 Sekunden, T3 = 40 Sekunden, T4 = 50 Sekunden, T5 = 30 Sekunden abgewechselt wurden und das System dann auf die normale Energieerzeugung umgeschaltet wurde.
  • Wenn die Spannung zwischen der Anode und der Kathode der Brennstoffzelle 1 bei –30°C 60 Sekunden lang angelegt wird, wird Joule-Wärme in der Zelle erzeugt und die Temperatur der Zelle steigt an. Bei –20°C hört der Temperaturanstieg, wie oben beschrieben, aufgrund des Auftauens des teilweise gebundenen Wassers in der Elektrolytmembran 8A vorübergehend auf.
  • Das Auftauen des teilweise gebundenen Wassers hört ca. 50 Sekunden nach Beginn des Anlegens der Spannung beginnt auf und die Temperatur der Brennstoffzelle 1 steigt danach erneut an. Nachdem die Spannung 60 Sekunden lang angelegt wurde, schaltet das System auf den Energie-Erzeugungsprozess um. Beim Energie-Erzeugungsprozess wird Wasserstoff vom Wasserstoffzylinder 5 dem Durchgang 10A zugeführt und Luft vom Kompressor 3 dem Durchgang 10B zugeführt. Im Innern der Brennstoffzelle 1 wird Energie unter Verwendung dieses Wasserstoffs und des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs erzeugt und die Temperatur der Brennstoffzelle 1 steigt aufgrund der die Energieerzeugung begleitenden Wärme an. Außerdem verbindet sich der an der Anode 18A beim Spannungs-Anlegeprozess erzeugte Sauerstoff mit dem Wasserstoff im Durchgang 10A und der an der Kathode 18B erzeugte Wasserstoff verbindet sich mit dem Sauerstoff Im Durchgang 10B. Die Wärme aufgrund dieser Verbindungen begünstigt den Temperaturanstieg der Brennstoffzelle 1. Die beim Energie-Erzeugungsprozess erzeugte elektrische Energie wird vollständig als Wärme verbraucht.
  • Nachdem der Energie-Erzeugungsprozess 50 Sekunden lang angedauert hat, wird der Spannungs-Anlegeprozess erneut 40 Sekunden lang durchgeführt. Ungefähr 15 Sekunden nach dem Umschalten erreicht die Temperatur der Brennstoffzelle 1 0°C. Bei 0°C wird die dadurch erzeugte Wärme als latente Verflüssigungswärme verwendet, um das freie Wasser aufzutauen und die Temperaturerhöhung der Brennstoffzelle 1 hört vorübergehend auf. Nachdem der Spannungs-Anlegeprozess beendet ist, werden danach der 50 Sekunden andauernde Energie-Erzeugungsprozess und der 30 Sekunden andauernde Spannungs-Anlegeprozess abwechselnd durchgeführt.
  • Auf diese Weise wird das freie Wasser in der MEA 8 vollständig aufgetaut, nachdem 250 Sekunden nach Beginn des Auftauvorgangs verstrichen sind, nachdem der Auftauvorgang bei –30°C begonnen hat.
  • Die während dem Auftauvorgang verbrauchte Energie wird nur während dem Spannungs-Anlegeprozess und, wie in 6C gezeigt, nicht während dem Energie-Erzeugungsprozess erzeugt. Die angelegte Spannung beginnt ebenso bei 2,4V, verringert sich zusammen mit dem Temperaturanstieg der Brennstoffzelle 1, und fällt bei 0°C auf 1,8V ab.
  • Gemäß diesem Experiment wurde das Auftauen der Brennstoffzelle 1 in ca. 250 Sekunden nach Beginn des Anlegens der Spannung abgeschlossen. Die Energie-Verbrauchsmenge vom Beginn des Anlegens der Spannung bis zum Abschluss des Auftauens betrug 100 Joules/cm2.
  • Als Nächstes wird mit Bezug auf die 7, 8 und die 9A–9C eine dritte Ausführungsform dieser Erfindung beschrieben.
  • Eine Anlage gemäß dieser Ausführungsform weist, zuerst mit Bezug auf 7, einen weiteren Schalter 20 zwischen dem Schalter 12 der ersten Ausführungsform und der Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 auf. Der Schalter 12 verbindet die Elektrode 18A des Brennstoffzellenstapels 2 selektiv mit einem Kontakt 12A, der zur Konstantstrom-Zuführungsschaltung der 10 führt, und einem Kontakt 12B, der zum Inverter 17 führt. Der Schalter 20 verbindet eine positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 und die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit dem Kontakt 12A und die andere mit der Elektrode 18B des Brennstoffzellenstapels 2. Die Umschaltung der Schalter 12, 20 wird von der Steuerungs-/Regelungseinheit 16 gesteuert/geregelt. Die restlichen Merkmale der Hardware der Anlage sind identisch denen der ersten, in 1 gezeigten, Ausführungsform.
  • Wenn der Kontakt 12A des Schalters 12 gemäß dieser Ausführungsform mit der Elektrode 18A verbunden wird, betätigt die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 den Schalter 20, um zwischen einem Zustand, bei dem die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 mit der Elektrode 18A verbunden ist, und die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18B verbunden ist, und einem Zustand, bei dem die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18A verbunden ist, und die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 mit der Elektrode 18B verbunden ist.
  • Wenn die Anlage anfährt, solange die vom Temperatursensor 19 erfasste Temperatur unterhalb des Gefrierpunkts liegt, betätigt die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 den Schalter 12, um den Kontakt 12A mit der Elektrode 18A zu verbinden, und betätigt den Schalter 20, um die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18A zu verbinden, und verbindet die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 mit der Elektrode 18B. Demzufolge wird das gefrorene Wasser in der MEA 8 der Brennstoffzelle 1 elektrolysiert, Wasserstoff wird an der Anode 9A erzeugt und Sauerstoff wird an der Kathode 9B von jeder der Brennstoffzellen 1 erzeugt. In der nachfolgenden Beschreibung wird dieser Prozess Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozess bezeichnet. In diesem Prozess steuert/regelt die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14, sodass die Stromdichte in der Elektrolytmembran 8A, wie bei der ersten Ausführungsform, 1A/cm2 beträgt.
  • Wie oben beschrieben, beträgt die Ionen-Leitfähigkeit der Elektrolytmembran 8A bei –30°C 4mS/cm2 und bei –20°C 30mS/cm2. Der Spannungsabfall in der Elektrolytmembran 8A beträgt 0,7V, wenn die Spannung bei –30°C angelegt wird, und 0,1V bei –20°C. Da die Katalysator-Aktivierungsspannung ca. 0,3V beträgt, der Spannungsabfall in der GDL 21 und dem Separator 11A ca. 0,2V beträgt und die für die Elektrolyse des Wassers erforderliche Spannung 1,2V beträgt, ist es notwendig eine Spannung entsprechend der Temperatur in einem Bereich und 2,4V bis 1,8V anzulegen, um die Elektrolyse des Wassers in der Brennstoffzelle 1 durchzuführen. Von dieser Spannung wird eine Überspannung von 0,6–1,2V verwendet, um Wärme zu erzeugen. Da die Stromdichte 1A/cm2 beträgt, beträgt die Energie-Verbrauchsmenge 0,6–1,2W/cm2.
  • Als Nächstes schaltet die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 den Schalter 20 um, sodass die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 mit der Elektrode 18A verbunden ist und die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18B verbunden ist. Demzufolge wird, wie bei der ersten Ausführungsform, an der Anode 9A Sauerstoff produziert und an der Kathode 9B der Brennstoffzelle 1 Wasserstoff produziert. In der nachfolgenden Beschreibung wird dieser Prozess Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess bezeichnet. Auch in diesem Prozess steuert/regelt die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 die Konstantstrom-Zuführungsschaltung 14 auf die gleiche Weise wie den Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozess.
  • Der an der Anode 9A beim Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess erzeugte Sauerstoff verbindet sich mit dem beim Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess an der Anode 9A erzeugten Wasserstoff, um Wasser zu bilden. Der beim Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess an der Kathode 9B erzeugte Wasserstoff verbindet sich mit dem beim Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess an der Kathode 9B erzeugten Sauerstoff, um Wasser zu bilden. Die Reaktionswärme wird zusammen mit diesen Wasser bildenden Reaktionen erzeugt.
  • Die Steuerungs-/Regelungseinheit 16 schaltet den Schalter 20 um, um zwischen dem Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozess und dem Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess, wie in 8 gezeigt, zu wechseln und das Auftauen des Eises in der MEA 8 wird unter Verwendung der Reaktionswärme der Wasserbildung begünstigt. In 8 ist der Zustand der Spannungsanlegung, wobei die Anode 9A an einem höheren Potenzial als die Kathode 9B anliegt, als positive Spannung ausgedrückt, und der Zustand der Spannungsanlegung, wobei die Kathode 9B an einem höheren Potenzial als die Anode 9A anliegt, als negative Spannung ausgedrückt.
  • Die Zeit T1, die der Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozess andauert, und die Zeit T2, die der Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess andauert, sind effektiv identisch, aber in Anbetracht, dass der Wasserstoff der Anode 9A vom Wasserstoffzylinder 5 zugeführt wird und der Sauerstoff der Kathode 9B als Luft vom Kompressor 3 zugeführt wird, kann T1 niedriger als T2 eingestellt werden.
  • Wenn das Auftauen der MEA 8 fortschreitet der der Brennstoffzelle 1 von außen geführte Wasserstoff und Sauerstoff den Katalysator leichter. In diesem Zusammenhang ist es vorzuziehen, das Verhältnis von T1 und T2 gemäß dem Fortgang des Auftauens zu variieren. Insbesondere die Zeit T1 des Wasserstoff-/Sauerstoff-Prozesses verkürzt sich, wenn das Auftauen fortschreitet. Dies verringert die Wasserstoffproduktionsmenge an der Anode 9A und die Sauerstoffproduktionsmenge an der Kathode 9B und die Verringerungen werden durch den vom Wasserstoffzylinder 5 zugeführten Wasserstoff und den vom Kompressor 3 zugeführten Sauerstoff in der Luft kompensiert. Auf diese Weise wird die Auftauzeit verkürzt.
  • Mit Bezug auf die 9A–9C werden nun die Ergebnisse der bezüglich dieser Ausführungsform vom Erfinder durchgeführten Auftauexperimente beschrieben.
  • Wie bei den ersten und zweiten Ausführungsformen wurde der Wasserstoff-/Sauerstoffprozess, bei dem die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18A verbunden wurde, und die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung mit der Elektrode 18B verbunden wurde, bei –30°C 20 Sekunden lang durchgeführt. Als Nächstes wurde der Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozess, bei dem die positive Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 über die Konstantstrom-Zuführungsschaltung mit der Elektrode 18A verbunden wurde, und die negative Elektrode der zusätzlichen Batterie 13 mit der Elektrode 18B verbunden wurde, 40 Sekunden lang durchgeführt. Als Nächstes wurde der Wasserstoff-/Sauerstoffprozess 30 Sekunden lang durchgeführt und der Sauerstoff-/Wasserstofferzeugungsprozess 40 Sekunden lang durchgeführt. Während dem Experiment wurde der Anode 9A Wasserstoff von außen zugeführt und der Anode 9B wurde Luft von außen zugeführt.
  • Bei der ersten Ausführungsform wurden im Anfangsstadium des Auftauens der an der Anode 9A erzeugte Sauerstoff und der von außen zugeführte Wasserstoff, und der an der Kathode 9B erzeugte Wasserstoff und der als Luft von außen zugeführte Sauerstoff durch das Eis in der Dreiphasen-Grenzschicht 22 entsprechend blockiert, sodass sie sich nicht verbinden konnten. Andererseits verbindet sich bei dieser Ausführungsform der an der Anode 9A erzeugte Wasserstoff mit dem an der Anode 9A erzeugten Sauerstoff und der an der Kathode 9B erzeugte Sauerstoff verbindet sich selbst im Anfangsstadium des Auftauens mit dem an der Kathode 9B erzeugten Wasserstoff. Daher kann die Reaktionswärme auf Grund der Verbindung aus dem Anfangsstadium des Auftauens vollständig genutzt werden. Ebenso kann der Wasserstoff-/Sauerstoffprozess in der letzten Hälfte des Auftauens durch entsprechende Kompensation der Wasserstoff-Produktionsmenge der Anode 9A und der Sauerstoff-Produktionsmenge an der Kathode 9B mit von außen zugeführtem Wasserstoff und Sauerstoff verkürzt werden. Darüber hinaus sind bei dieser Ausführungsform die Verläufe der Temperaturänderung der Brennstoffzelle 1 identisch denen der ersten Ausführungsform. Während jedoch die Zeitspanne vom Beginn der Spannungsanlegung bis zur Beendigung des Auftauens bei der ersten Ausführungsform 250 Sekunden beträgt, wird sie bei dieser Ausführungsform beträchtlich auf 90 Sekunden verkürzt.
  • Die Inhalte von Tokugan 2001-396579 und Tokugan 2001-396587, die beide am 27. Dezember 2001 in Japan beantragt wurden, werden hiermit unter Bezugnahme miteinbezogen.
  • Obwohl die Erfindung zuvor mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben wurde, ist die Erfindung auf die oben beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränkt. Modifikationen und Variationen der oben beschriebenen Ausführungsformen werden dem Durchschnittsfachmann angesichts der obigen Lehre einleuchten.
  • INDUSTRIELLE ANWENDUNG
  • Wie oben gemäß dieser Erfindung beschrieben, wird das in der Brennstoffzelle gefrorene Wasser unter Verwendung der Elektrolyse des Wassers aufgetaut und die Brennstoffzelle kann mit hoher Effizienz und ohne dass eine besondere Auftauvorrichtung, wie z. B. eine Heizvorrichtung oder ein Gebläse, benötigt wird, in einen Energieerzeugungszustand versetzt werden. Daher wird ein besonders wünschenswerter Effekt erreicht, wenn diese Erfindung bei einer Brennstoffzellenanlage für den Fahrzeugeinbau verwendet wird.
  • Die Ausführungsformen dieser Erfindung, für die ein ausschließliches Eigentum oder Vorrecht beansprucht wird, sind die folgt definiert:

Claims (12)

  1. Verfahren zum Auftauen von gefrorenem Wasser in einer Brennstoffzelle (1), das beim Anlauf einer Brennstoffzellenanlage angewendet wird, die einen Brennstoffzellenstapel (2) aufweist, der mehrere laminierte Brennstoffzellen (1) aufweist, von denen jede eine Anode (9A) und eine Kathode (9B) auf jeder Seite einer Elektrolytmembran (8A) aufweist, wobei das Verfahren aufweist: Erfassen der Temperatur einer Brennstoffzelle (1); und Auftauen des gefrorenen Wassers, wenn die Temperatur niedriger als ein Gefrierpunkt ist, durch Wärme, die durch Anlegen einer Gleichspannung zwischen der Anode (9A) und der Kathode (9B) erzeugt wird, um zu bewirken, dass das gefrorene Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird.
  2. Auftauverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine zusätzliche Batterie (13) mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode aufweist, um die Gleichspannung zuzuführen, und das Verfahren ferner das Anschließen der Anode (9A) an die positive Elektrode und der Kathode (9B) an die negative Elektrode (9B) aufweist, um zu bewirken, dass das gefrorene Wasser der Elektrolyse unterzogen wird.
  3. Auftauverfahren gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Zuführung von Wasserstoff zur Anode (9A) aufweist, um Wasser durch Verbindung mit Sauerstoff auszubilden, der durch die Elektrolyse des gefrorenen Wassers an der Anode (9A) erzeugt wurde.
  4. Auftauverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Zuführung von Sauerstoff zur Kathode (9B) aufweist, um Wasser durch Verbindung mit Wasserstoff auszubilden, der durch die Elektrolyse des gefrorenen Wassers an der Kathode (9B) erzeugt wurde.
  5. Auftauverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zwischen der Anode (9A) und der Kathode (9B) angelegte Spannung auf eine Spannung festgelegt ist, die der Summe einer erforderlichen Spannung zur Elektrolyse von Wasser, und einem Spannungsabfall entspricht, der einem elektrischen Widerstand zwischen der Anode (9A) und der Kathode (9B) entspricht.
  6. Auftauverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage ferner einen zweiten Brennstoffzellenstapel (2) aufweist, und das Verfahren ferner das Auftauen von gefrorenem Wasser im Brennstoffzellenstapel (2) unter Verwendung einer Energie umfasst, die vom ersten Brennstoffzellenstapel (2) erzeugt wird, nachdem das Auftauen des gefrorenen Wassers im ersten Brennstoffzellenstapel (2) abgeschlossen wurde.
  7. Auftauverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennstoffzelle (1) Energie unter Verwendung des der Anode (9A) zugeführten Wasserstoffs und des der Kathode (9B) zugeführten Sauerstoffs erzeugt, und das Verfahren ferner einen sich abwechselnd wiederholenden Gleichspannungs-Anlegeprozess, der eine Gleichspannung zwischen der Anode (9A) und der Kathode (9B) anlegt, und einen Energie-Erzeugungsprozess umfasst, der der Anode (9A) Wasserstoff zuführt, während der Kathode (9B) Sauerstoff zugeführt wird.
  8. Auftauverfahren gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselfrequenz zwischen dem Gleichspannungs-Anlegeprozess und dem Energie-Erzeugungsprozess bei einer abgelaufenen Zeit gesteigert wird.
  9. Auftauverfahren gemäß Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine zusätzliche Batterie (13) mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode aufweist, um die Gleichspannung zuzuführen, und das Verfahren ferner den Anschluss der Anode (9A) an der negativen Elektrode und der Kathode (9B) an der positiven Elektrode aufweist, um zu bewirken, dass das gefrorene Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird.
  10. Auftauverfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlage eine zusätzliche Batterie (13) mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode aufweist, um die Gleichspannung zuzuführen, und das Verfahren ferner die Wiederholung eines Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozesses aufweist, wobei die Anode (9A) an die positive Elektrode angeschlossen ist und die Kathode (9B) an die negative Elektrode angeschlossen ist, um zu bewirken, dass das Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird, um an der Anode (9A) Sauerstoff zu erzeugen und an der Kathode (9B) Wasserstoff zu erzeugen, und einen Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozess aufweist, wobei die Anode (9A) an die negative Elektrode angeschlossen ist, und die Kathode an die positive Elektrode angeschlossen ist, um zu bewirken, dass das Wasser einer Elektrolyse unterzogen wird, um an der Anode (9A) Wasserstoff zu erzeugen und an der Kathode (9B) Sauerstoff zu erzeugen.
  11. Auftauverfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Zuführung von Wasserstoff zur Anode (9A) aufweist, während der Kathode (9B) Sauerstoff zugeführt wird, um zu bewirken, das eine Zeitdauer des Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozesses kürzer als eine Zeitdauer des Sauerstoff-/Wasserstoff-Erzeugungsprozesses ist.
  12. Auftauverfahren gemäß Anspruch 10 oder Anspruch 11, wobei das Verfahren ferner die Zuführung von Wasserstoff zur Anode (9A), während der Kathode (9B) Sauerstoff zugeführt wird, und die Veränderung einer Zeitdauer des Wasserstoff-/Sauerstoff-Erzeugungsprozesses entsprechend einer abgelaufenen Zeit aufweist.
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