DE69902822T2 - Mittel zur aufrechterhaltung von druck auf die aktive fläche in einer elektrochemischen zelle - Google Patents

Mittel zur aufrechterhaltung von druck auf die aktive fläche in einer elektrochemischen zelle

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Description

    TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Mittel zur Aufrechterhaltung von Druck auf die aktive Fläche in einer elektrochemischen Zelle, und insbesondere die Verwendung einer Druck-Pad-Anordnung zur Aufrechterhaltung von Druck auf die aktive Fläche auf der Hochdruckseite einer elektrochemischen Zelle.
    • STAND DER TECHNIK
  • Elektrochemische Zellen sind Energieumwandlungseinrichtungen, die üblicherweise entweder in Elektrolysezellen oder in Brennstoffzellen klassifizierte werden. Eine Elektrolysezelle mit einer Protonenaustauschmembran funktioniert wie ein Wasserstoffgenerator, um Wasserstoff- und Sauerstoffgas durch elektrolytische Spaltung von Wasser zu produzieren. Bezugnehmend auf Fig. 1 reagiert, in einer typischen einfachen Anoden-Speisewasser-Elektrolysezelle 101, Prozeßwasser 102 an einer Sauerstoffelektrode (Anode) 103, um Sauerstoffgas 104, Elektronen, und Wasserstoffionen (Protonen) 105 zu bilden. Die Reaktion wird gebildet durch elektrisches Verbinden des positiven Endes einer Energiequelle 106 mit der Anode 103 und durch Verbinden des negativen Endes einer Energiequelle 106 mit der Wasserstoffelektrode 107 (Kathode).
  • Das Sauerstoffgas 104 und ein Teil des Prozeßwassers 102' verlassen die Zelle 101, während Protonen 105 und Wasser 102" durch die Protonenaustauschmembran 108 zu der Kathode 107, wo Wasserstoffgas 109 gebildet wird, hindurch wandern.
  • Eine typische elektrochemische Zelle weist eine Anzahl an individuellen Zellen auf, angeordnet in einem Stapel mit Fluid, üblicherweise Wasser, welches durch hohe Drücke erzwungen, durch die Zellen hindurch geht. Die innerhalb des Stapels sequentiell angeordneten Zellen weisen eine Kathode, eine Protonenaustauschmembran und eine Anode auf: Der Kathode/Membran/Anode- Aufbau (im Folgenden "Membranaufbau" genannt) wird auf beiden Seiten durch Siebstapel oder Streckmetalle unterstützt, die kreisförmig von Zellrahmen und Trennplatten, zur Bildung von Reaktionskammern und zur Versiegelung von Fluids darin umgeben werden. Die Siebstapel bilden innerhalb der Reaktionskammern Strömungsfelder aus, um die Fluidbewegung und die Membranhydration zu ermöglichen, und um eine mechanische Unterstützung der Membran und eine Vorrichtung für den Transport der Elektronen von und zu den Elektroden bereitzustellen.
  • Um einen gleichmäßigen Druck in der aktiven Fläche der Zelle, zum Beispiel den Elektroden, aufrechtzuerhalten, und dabei einen engen Kontakt zwischen Strömungsfeldern und Zellelektroden über Langzeitperioden aufrecht zuerhalten, werden herkömmlicherweise Druck-Pads innerhalb der elektrochemischen Zellen verwendet. Druck-Pads werden herkömmlicherweise aus Materialien, wie Silikonkautschuk hergestellt, die inkompatibel mit Systemfluids und/oder der Zellmembran sind, wodurch erforderlich wird, daß diese Druck-Pads innerhalb einer Schutzummantelung bereitgestellt werden müssen.
  • Druck-Pads sind typischerweise bis auf eine Druckhöhe vorgeladen, welche dem Ergebnis der Druckbeaufschlagungshöhe der Arbeitsmedien der elektrochemischen Zelle plus annähernd 50 p.s.i. (74.4 Pa), entgegenwirkt, um den Kontakt zwischen den Zellbereichen zu gewährleisten. Zum Beispiel ist das Druck-Pad in einer Elektrolyseapparatur, die bei circa 400 p.s.i. (595 Pa) arbeitet, so geschaffen, um bei 650 p.s.i. (967 Pa), was den Prüfdruck der Einheit (1.5-fache des Arbeitsdruckes) plus 50 p.s.i. (74.4 Pa) ausmacht, einsetzbar zu sein.
  • Typischerweise werden diese Pads während des Betriebs in einem Druckspannungsbereich von 50 bis circa 500 p.s.i. (74.4-744 Pa) gehalten. Unglücklicherweise unterliegen die herkömmlicherweise für das Druck-Pad verwendeten elastomeren Materialien einer Druckverformung und chemischen Versagen, wenn diese in höheren Druckbereichen komprimiert werden.
  • Was im Stand der Technik benötigt wird, ist ein verbessertes Druck-Pad, das einen gleichmäßigen Druck aufrechterhält, bei Drücken oberhalb 2,000 p.s.i. (2976 Pa) verwendet werden kann und mit der Ausstattung der elektrochemischen Zelle kompatibel ist.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine einzigartige elektrochemische Zelle umfassend: eine Anode, eine Kathode, eine zwischen Anode und Kathode angeordnete Membran, einen neben und in engem Kontakt mit der Anode angeordneten Anodensiebstapel, einen neben und in engem Kontakt mit der Kathode angeordneten Kathodensiebstapel und ein neben und in engem Kontakt mit einer Seite des Kathodensiebstapels sowie gegenüber der Kathode angeordnetes elektrisch leitendes Druck-Pad.
  • Die oben diskutierten sowie andere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung erklären und verstehen sich für den Fachmann durch die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen.
    • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Bezugnehmend auf die Zeichnungen, die exemplarisch, nicht jedoch begrenzend gemeint sind, und worin gleiche Elemente gleich in den einzelnen Figuren numeriert sind, zeigt:
  • Fig. 1 ein schematisches Diagramm einer elektrochemischen Reaktion in einer elektrochemischen Zelle aus dem Stand der Technik;
  • Fig. 2 ein schematisches Diagramm eines konventionellen Druck-Pads und seiner Anordnung in einer elektrochemischen Zelle aus dem Stand der Technik; und
  • Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines Druck-Pads gemäß der vorliegenden Erfindung und seiner Anordnung in einer elektrochemischen Zelle.
    • BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein einzigartiges Druck-Pad sowie seine Verwendung in einer elektrochemischen Zelle. Dieses Druck-Pad kann, im Gegensatz zu Druck-Pads aus dem Stand der Technik, auf der Hochdruckseite in der elektrochemischen Zelle in engem Kontakt mit oder anstatt des Siebpacks verwendet werden.
  • Das Druck-Pad der vorliegenden Erfindung umfasst ein Stützmaterial und ein elektrisch leitfähiges Material, welches mit der Ausstattung der elektrochemischen Zelle kompatibel ist. Vorzugsweise hat dieses Druck-Pad im wesentlichen die gleiche Größe (insbesondere im Durchmesser) und Geometrie wie der Siebstapel. Mögliche elastomere Materialien können enthalten sein, sind jedoch nicht auf Silikone, wie Fluorsilikone; Fluorelastomere, wie Kalrez® (handelsüblich zu beziehen von der Dupont de Nemours, Wilmington, DE), Viton® (handelsüblich zu beziehen von der Dupont de Nemours) und Fluorel® (handelsüblich zu beziehen von der 3M, Michigan), und Kombinationen und Mischungen daraus, beschränkt, wobei neben anderen Elastomeren Fluorelastomere bevorzugt sind. Mögliche elektrisch leitfähige Materialien, welche in dieser Erfindung genutzt werden können, neben anderen, Stähle, wie rostfreien Stahl, Nickel, Kobalt, Kohlenstoff, Edelmetalle, feuerfeste Metalle sowie Mischungen und Legierungen daraus, umfassen, wobei diese jedoch nicht darauf zu beschränken sind. Die Art, Größe und Geometrie des elektrisch leitfähigen Materials basiert auf dem Bedürfnis, den Strom von der einen Seite des Druck-Pads auf die andere Seite zu leiten.
  • Infolgedessen, kann jede Materialgeometrie, welche imstande ist, elektrischen Strom zu leiten, verwendet werden. Partikel, Stoffe (Gewebe und Vliese), Fasern (ungeordnet oder vorgeformt) oder andere längliche Stücke oder Streifen können verwendet werden, wobei, entsprechend einer Ausführungsform, aufgrund der Anforderungen bezüglich eines relativ hohen Drucks, Fasern oder andere längliche Stücke bevorzugt werden, um ein elektrisches Pad zu entwickeln, indem aus Partikeln bestehende Stoffe angewendet werden.
  • Zum Beispiel können Stahlstreifen oder Kohlenstofffasern in ein elastomeres Material eingewoben werden, um ein Druck-Pad zu formen. Die Stahlstreifen oder Kohlenstofffasern können mit elastomeren Streifen oder Fasern verwoben, oder direkt in ein elastomeres Substrat eingenäht werden. In einem anderen Beispiel können Kohlenstofffasern und Viton-Fäden miteinander zum Druck- Rad verwoben werden; wobei Viton-Fäden direkt in ein Kohlenstoffgewebesubstrat eingewoben, oder Viton-Fäden und Kohlenstofffasern miteinander verwoben werden können.
  • Das Druck-Pad ist in einem engen Kontakt zum Hochdruckströmungsfeld, welches ein Siebstapel sein kann, angeordnet. Der Kathodensiebstapel sowie der Anodensiebstapel können jegliche konventionellen Siebe enthalten, die geeignet sind, die Membran zu unterstützen, indem sie den Durchgang von Wasserstoffgas und Wasser, beziehungsweise Sauerstoffgas und Wasser, sowie den Durchgang von elektrischem Strom ermöglichen. Üblicherweise sind die Siebe aus Lagen von perforierten Blättern oder aus einem gewebten Netz, geformt aus Metall oder Litzen, zusammengesetzt. Diese Siebe bestehen unter anderem, üblicherweise aus Materialien wie Niob, Zirkon, Tantal, Titan, Stahl, wie beispielsweise rostfreier Stahl, Nickel, und Kobalt, und Legierungen daraus. Die Geometrie der Öffnungen in den Sieben kann variieren von oval, kreisförmig und hexagonal, bis rhombisch und anderen länglichen Formen Ein besonders bevorzugter Siebaufbau zur Verwendung in elektrochemischen Zellen ist im erteilten U.S. Patent 091102,305 von Trent M. Molter, Anwaltsregister Nr. 97-1801, veröffentlicht.
  • Der Siebaufbau unterstützt den Membranaufbau bestehend aus einer Kathode/Membran/Anode-Anordnung, wobei die Kathode und Anode in engem Kontakt mit der Membran und die Siebaufbauten in engem Kontakt mit der Kathode und entsprechend der Anode angeordnet sind. Die Membran kann jede herkömmliche Membran umfassen, ist nicht auf Protonenaustauschmembranen, enthaltend homogene Perfluoroionomere, wie beispielsweise Nation® (handelsüblich zu beziehen von der E.I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, DE), ionomeres Teflon® - Zusammensetzungen, wie beispielsweise Gore Select® (handelsüblich zu beziehen von W. L. Gore Associates, Inc., Elkton, MD), Styrole, wie beispielsweise sulfonierte Styrole, Benzole, wie beispielsweise Divinylbezol, sowie Mischungen daraus, beschränkt. Ebenso können die Kathoden- und Anodenelektroden herkömmliche Elektroden sein, hergestellt aus Materialien wie beispielsweise Platin, Palladium, Rhodium, Kohlenstoff, Gold, Tantal, Wolfram, Ruthenium, Iridium, Osmium, Legierungen daraus sowie anderen Katalysatoren, die geeignet sind Wasser elektrolytisch zu zersetzen und Wasserstoff zu produzieren.
  • Bezugnehmend auf Fig. 2 und 3, zeigt Fig. 2 eine herkömmliche elektrochemische Zelle mit einer Anode 103, einer Kathode 107, einer Membran 108, einem Niederdruckströmungsfeld 110, einem Hochdruckströmungsfeld 112, einer Hochdruckseparatorplatte 114, einem Druck-Pad 116. Währenddessen stellt Fig. 3 eine Ausführungsform der elektrochemischen Zelle der vorliegenden Erfindung, mit einer Anode 103, einer Kathode 107, einer Membran 108, einem Niederdruckströmungsfeld 110, einem Hochdruckströmungsfeld 112 und einem elektrisch leitfähigen Druck-Pad 118 dar.
  • In einer Wasserelektrolysezelle mit einer aktiven Fläche von 0.1 Quadratfuß (ft²) (92.90 cm²), die zum Beispiel gemäß Fig. 3 konstruiert ist, wurde Wasser bei einem Druck von 10 p.s.i. (14.9 Pa) über eine Anodenelektrode durch eine Niederdruckströmungsfeldkammer geleitet. Eine elektrische Spannung von annähernd 2 Volt war an der Zelle angelegt, während 100 Ampere Gleichstrom (DC) durch die Zelle geleitet wurde. Der Viton® - Druck-Pad - Aufbau wurde mechanisch auf 50 p.s.i. (74.4 Pa) aufgeladen, und Wasserstoffgas wurde bei einem Druck von 150 p.s.i. (223 Pa) produziert.
  • In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Hochdruckfluid, wie Wasser (unter einem Druck bis zu oder höher als circa 100 p.s.i. (149 Pa), 500 p.s.i. (744 Pa), 1,000 p.s.i. (1488 Pa), oder sogar 2,500 p.s.i. (3720 Pa)) in die Hochdruckseite der elektrochemischen Zelle, welche ein Hochdruckströmungsfeld in engem Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Druck-Pad der vorliegenden Erfindung aufweist, eingeleitet werden. Das Wasser strömt durch das Hochdruckströmungsfeld, wandert von der Hochdruckelektrode durch die Membran zu der Niederdruckelektrode, wo Ionen gebildet werden. Die Ionen wandern zurück durch die Membran zur Hochdruckelektrode, wo ein zweites Hochdruckfluid, wie beispielsweise Wasserstoff, gebildet wird. Das Hochdruckfluid wird dann durch das Hochdruckströmungsfeld geleitet.
  • In noch einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Hochdruckfluid (ebenfalls unter einem Druck bis zu oder höher als circa 100 p.s.i. (149 Pa), 500 p.s.i. (744 Pa), 1, 000 p.s.i. (1488 Pa), oder sogar 2,500 p.s.i. (3720 Pa)) in die Hochdruckseite der elektrochemischen Zelle, welche ein Hochdruckströmungsfeld in engem Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Druck-Pad der vorliegenden Erfindung aufweist, eingeleitet werden. Das Hochdruckfluid reagiert an einer Elektrode angrenzend und in Fluidverbindung mit dem Hochdruckströmungsfeld, um Ionen zu bilden, die durch eine Membran zu einer Niederdruckelektrode wandern. An der Niederdruckelektrode wird ein Niederdruckfluid gebildet. Dieses Niederdruckfluid wird dann durch ein Niederdruckströmungsfeld geleitet.
  • Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst die Einleitung eines Niederdruckfluids in ein Niederdruckströmungsfeld, wo das Niederdruckfluid an einer Elektrode angrenzend und in Fluidverbindung mit dem Niederdruckströmungsfeld reagiert, um Ionen zu bilden, die durch eine Membran zu einer Hochdruckelektrode wandern. An der Hochdruckelektrode wird ein Hochdruckfluid gebildet. Das Hochdruckfluid wird dann durch ein Hochdruckströmungsfeld, welches im engen Kontakt mit dem elektrisch leitfähigen Druck-Pad der vorliegenden Erfindung angeordnet ist, geleitet. Der Druck des gebildeten Hochdruckfluids kann abhängig von den Systemmöglichkeiten, Drücke von bis 400 p.s.i. (595 Pa), 1,000 p.s.i. (1488 Pa) oder 2,500 p.s.i. (3720 Pa) oder höher, aufweisen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Druck- Bad mit einem Porösitätsgradienten. Dieser Gradient verbessert nicht nur den Fluidverlauf durch die Membran, sondern er verringert ebenso die für die elektrochemische Reaktion notwendige elektrische Spannung und stellt die strukturelle Integrität zur Membran und dem Elektrodenaufbau bereit, was die Notwendigkeit eines Siebstapels ausschließt. Das miteinander verwobene Elastomer und leitfähige Material kann derart geschichtet werden, daß ein Porösitätsgradient gebildet wird, damit der Siebstapel besser unterstützt oder ersetzt werden kann. Zum Beispiel können Schichten eines stufenweise fester gewebten Druck-Pad - Materials zur Bildung eines derartigen Gradienten geschichtet werden. In diesem Beispiel ist das geschichtete Druck-Pad mit der Außenschicht des Gradienten entweder zur Membran hin orientiert oder von ihr weg, und auf beiden Seiten der Membran positioniert. In dieser Konfiguration dienen die Druck-Pads nicht nur als eine Vorrichtung zur Wahrung des positiven Kontaktes der Zellenzusammensetzung, sondern ebenso als primäre Vorrichtungen zur Unterstützung der Membran.
  • Die elektrochemische Zelle der vorliegenden Erfindung verwendet Druck-Pads, welche mit der Ausstattung der elektrochemischen Zelle kompatibel sind und in einer einzigartigen Art und Weise an der Kathodenseite der Zelle angebracht sind, wobei die Pads zum Zusammendrücken nur annähernd 50 p.s.i. (74.4 Pa) benötigen, während sie imstande wären, mit dem durch die Systemmöglichkeiten kontrollierten, höheren Drucklimit, Drücke höher als 2,000 p.s.i. (2976 Pa), und sogar höher als 5,000 p.s.i. (7440 Pa), auszuhalten.
  • Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind ein niedriger elektrischer Widerstand, was zu höheren Stromdichten führt, die Einfachheit des Aufbaus und der Bereitstellung, und eine niedrige Zellspannung aufgrund der Beseitigung der Siebschichten und des Druck-Pad-Raums, indem zum Schutz, der Siebschichten, Druck-Pads aus dem Stand der Technik verwendet wurden. Abschließend ist die elektrochemische Zelle der vorliegenden Erfindung aufgrund der wenigen Teile, preiswerter und weist eine hohe Zuverlässigkeit auf.

Claims (28)

1. Verbesserte elektrochemische Zelle mit einer zwischen und in engem Kontakt mit einer Anode und einer Kathode angeordneten Membran, und einem Druck-Pad in engem Kontakt mit der Anode oder der Kathode, wobei die Verbesserung beinhaltet, daß das Druck-Pad eine oder mehrere mit einem Elastomer verwobenen Lagen eines leitfähigen Materials aufweist, und jede dieser Lagen eine Porosität aufweist.
2. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1, ferner beinhaltend ein erstes Strömungsfeld-Paket in engem Kontakt mit der Anode, und ein zweites Strömungsfeld-Paket in engem Kontakt mit der Kathode, wobei das Druck-Pad im wesentlichen einen gleichbleibenden Druck auf eines der Strömungsfelder aufrechterhält.
3. Elektrochemische Zelle gemäß Anspruch 1, wobei das Druck-Pad mit der elektrochemischen Zelle kompatibel ist und in Druckbereichen von über 2,000 p.s.i (2976 Pa) funktionieren kann.
4. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Druck-Pad mit der elektrochemischen Zelle kompatibel ist und in Druckbereichen von über 5,000 p.s.i (7440 Pa) funktionieren kann.
5. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das elektrisch leitfähige Material Stahl, Nickel, Cobalt, Kohlenstoff, feuerfestes Metall, Edelmetall, Kohlenstoff oder eine Mischung oder eine Legierung daraus ist.
6. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das Druck- Pad ein Floursillikon, Flourelastomer, oder Kombinationen daraus enthält.
7. Elektrochemische Zelle nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Druck- Pad einen Porösitätsgradienten hat.
8. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle mit einer zwischen und in engem Kontakt mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordneten Membran, und einem Druck-Pad in engem Kontakt mit der zweiten Elektrode, wobei das Druck-Pad eine oder mehrere mit einem Elastomer verwobenen Lagen eines leitfähigen Materials aufweist, und jede dieser Lagen eine Porosität aufweist; wobei die Methode umfaßt:
a) Einleiten eines ersten Fluids unter niedrigem Druck zur ersten Elektrode;
b) Reagieren des ersten Fluids an der ersten Elektrode, um Ionen zu bilden, welche durch eine Membran zur zweiten Elektrode wandern;
c) Bilden eines zweiten Fluids an der zweiten Elektrode mit einem Druck über 1,000 p.s.i (1488 Pa), welcher größer ist als der Druck des ersten Fluids; und
d) Durchleiten des Hochdruckfluids durch das elektrisch leitfähige Druck- Pad.
9. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle gemäß Anspruch 8, wobei die Zelle ferner ein zwischen der zweiten Elektrode und dem Druck-Pad angeordnetes Strömungsfeld-Paket enthält, so daß das Druck-Pad im wesentlichen einen gleichbleibenden Druck auf das Strömungsfeld aufrechterhält.
10. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 8 oder 9, ferner einen Betrieb bei Drücken über 2,000 p.s.i. (2976 Pa) aufweisend.
11. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 8-10, ferner einen Betrieb bei Drücken über 5,000 p.s.i. (7440 Pa) aufweisend.
12. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 8-11, wobei das Druck-Pad ein Floursillikon, Flourelastomer, oder Kombinationen daraus enthält.
13. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 8-12, wobei das Druck-Pad Stahl, Nickel, Cobalt, Kohlenstoff, feuerfestes Metall, Edelmetall, oder eine Mischung oder eine Legierung daraus aufweist.
14. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 8-13, wobei das Druck-Pad einen Porösitätsgradienten hat.
15. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle mit einer zwischen und in engem Kontakt mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordneten Membran, und einem Druck-Pad in engem Kontakt mit der ersten Elektrode, wobei das Druck-Pad eine oder mehrere mit einem Elastomer verwobenen Lagen eines leitfähigen Materials aufweist, und jede dieser Lagen eine Porosität aufweist; wobei die Methode umfaßt:
a) Einleiten eines ersten Fluids mit einem Druck über 100 p.s.i. (149 Pa) durch das elektrisch leitfähige Druck-Pad zur ersten Elektrode;
b) Reagieren des ersten Fluids an der ersten Elektrode, um Ionen zu bilden, welche durch eine Membran zur zweiten Elektrode wandern; und
c) Bilden eines zweiten Fluids an der zweiten Elektrode, wobei das Fluid unter niedrigem Druck ist.
16. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle gemäß Anspruch 15, wobei der Druck 500 p.s.i (744 Pa) übersteigt.
17. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 15 oder 16, wobei der Druck 1,000 p.s.i (1488 Pa) übersteigt.
18. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle gemäß Anspruch 15, wobei die Zelle ferner ein zwischen der ersten Elektrode und dem Druck-Pad angeordnetes Strömungsfeld-Paket enthält, so daß das Druck-Pad im wesentlichen einen gleichbleibenden Druck auf das Strömungsfeld aufrechterhält.
19. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 15-18, wobei das Druck-Pad Stahl, Nickel, Cobalt, Kohlenstoff, feuerfestes Metall, Edelmetall, oder eine Mischung oder eine Legierung daraus aufweist.
20. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 15-19, wobei das Druck-Pad ein Floursillikon, Flourelastomer, oder Kombinationen daraus enthält.
21. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 15-20, wobei das Druck-Pad einen Porösitätsgradienten hat.
22. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 15-21, wobei das Hochdruckfeld oberhalb 2,000 p.s.i (2976 Pa) arbeitet.
23. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle mit einer zwischen und in engem Kontakt mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode angeordneten Membran, und einem Druck-Pad in engem Kontakt mit der ersten Elektrode, wobei das Druck-Pad eine oder mehrere mit einem Elastomer verwobenen Lagen eines leitfähigen Materials aufweist, und jede dieser Lagen eine Porosität aufweist; wobei die Methode umfaßt:
a) Einleiten eines ersten Fluids mit einem Druck über 100 p.s.i. (149 Pa) durch das elektrisch leitfähige Druck-Pad zur ersten Elektrode;
b) Durchwandern zumindest eines Teils des ersten Fluids von der ersten Elektrode, durch die Membran zur zweiten Elektrode, wobei an der zweiten Elektrode viel Druck aufrechterhalten wird;
c) Reagieren des ersten Fluids an der zweiten Elektrode, um Ionen zu bilden, welche durch eine Membran zur ersten Elektrode wandern;
d) Bilden eines zweiten Fluids unter Hochdruck an der ersten Elektrode; und
e) Durchleiten des zweiten Fluids durch das Druck-Pad.
24. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle gemäß Anspruch 23, wobei die Zelle ferner ein zwischen der ersten Elektrode und dem Druck-Pad angeordnetes Strömungsfeld-Paket enthält, so daß das Druck-Pad im wesentlichen einen gleichbleibenden Druck auf das Strömungsfeld aufrechterhält.
25. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 23 oder 24, wobei das Druck-Pad einen Porösitätsgradienten hat.
26. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 23-25, wobei das Hochdruckfeld oberhalb 2,000 p.s.i (2976 Pa) arbeitet.
27. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 23-26, wobei das Druck-Pad Stahl, Nickel, Cobalt, Kohlenstoff, feuerfestes Metall, Edelmetall, oder eine Mischung oder eine Legierung daraus aufweist.
28. Methode zum Betreiben einer elektrochemischen Hochdruckzelle nach einem der Ansprüche 23-27, wobei das Druck-Pad ein Floursillikon, Flourelastomer, oder Kombinationen daraus enthält.
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