EP4166691A1 - Frame for pem electrolytic cells and pem electrolytic cell stack for producing high pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis - Google Patents
Frame for pem electrolytic cells and pem electrolytic cell stack for producing high pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis Download PDFInfo
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- EP4166691A1 EP4166691A1 EP21202604.1A EP21202604A EP4166691A1 EP 4166691 A1 EP4166691 A1 EP 4166691A1 EP 21202604 A EP21202604 A EP 21202604A EP 4166691 A1 EP4166691 A1 EP 4166691A1
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Classifications
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- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
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-
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- C25B9/73—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
- C25B9/77—Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms
Definitions
- the invention relates to a new frame for a PEM electrolytic cell and for a PEM electrolytic cell stack.
- the subject matter of the invention is the frame, a PEM electrolytic cell and a PEM electrolytic cell stack, which comprise the frame according to the invention, preassembled assemblies, methods for producing the preassembled assemblies and methods for producing the PEM electrolytic cell stack.
- the frame according to the invention, the PEM electrolytic cell according to the invention and the PEM electrolytic cell stack according to the invention are suitable for generating high-pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis in combination with the use of thin proton exchange membranes.
- the invention is based on a new frame and sealing concept.
- PEM Proton exchange membrane
- PEM electrolysis is an attractive technology for producing hydrogen using electricity derived from renewable energy sources.
- the energy can be stored in the energy carrier hydrogen for times when there is not enough electricity from renewable sources available, thereby contributing to decarbonization.
- An important advantage of PEM electrolysis is the possibility of generating hydrogen under pressure. Hydrogen must be available in compressed form for all potential areas of application, which means that PEM systems (e.g. PEM electrolysis cells and PEM electrolysis cell stacks) serve the needs of industry to a particular extent. For reasons of energy saving, it is advantageous to operate the PEM electrolysis directly under pressure, since less additional energy is required than with subsequent mechanical compression.
- differential pressure electrolysis Since usually only the hydrogen is used, the oxygen can be generated more cheaply without pressure, which is referred to as differential pressure electrolysis.
- a differential pressure of at least 30 bar is state of the art today, although this is currently only possible using PEM membranes with a thickness of at least approx. 120 ⁇ m.
- the efficiency in the PEM electrolysis cell is of outstanding importance.
- a significant proportion of the energy losses are caused by the ohmic resistances, especially at the PEM membrane.
- a PEM membrane is used catalyst coated membrane (CCM) used.
- CCM catalyst coated membrane
- a classic PEM electrolytic cell consists of a catalyst-coated membrane (CCM) on which the reaction takes place.
- CCM catalyst-coated membrane
- PTL porous transport layers
- PTL porous transport layers
- BPP bipolar plate
- PEM electrolytic cells and PEM electrolytic cell stacks comprising frames are known in the prior art.
- US 6,669,826 B1 discloses achieving sealing in a PEM electrolytic cell stack by uniform contact pressure on the electrolytic cells by compressing sub-stacks, each comprising a plurality of PEM electrolytic cells arranged in series in a bipolar array, by means of end plates, intermediate supports, tie rods and biasing means become.
- US 6,852,441 B1 discloses stabilizing the frames of the PEM electrolytic cells in an electrolytic cell stack by a reinforcing element that surrounds the electrolytic cell stack peripherally.
- EP 1 356 134 B1 discloses frames for PEM electrolytic cells in which the electrolytic cells are compactly stacked in a bipolar arrangement and the stacked frames are separated by partitions.
- the frames have two opposed planar surfaces and an opening in which the membrane is held in the frame by thermal compression bonding to polyphenylene oxide strips, holes for inlet of electrolyte and outlet for the generated gas.
- Gas and gas sealing is provided by O-rings and sealing of the stack by an array of O-rings in grooves in each frame.
- the PEM electrolytic cell stack is sandwiched between two stainless steel plates held together by threaded tie rods and pressed together.
- U.S. 8,282,811 B2 discloses electrolytic cells for generating hydrogen at high pressures, with frames which are arranged between membrane electrode assembly and separators which serve as hydrogen separators and oxygen separators, respectively, and which have openings for the passage of water, oxygen and hydrogen. Gaskets seal the frame on the separators while the membrane seals the frame on the opposite side. Pressure pads between adjacent separators and plastic manifold gaskets surrounding the pressure pads seal the openings between individual electrolytic cells in a stack.
- U.S. 7,507,493 B2 discloses PEM electrolytic cells containing sealed bipolar plates.
- the gasket is positioned between the frame and an edge of the porous gas diffusion layer.
- the electrolytic cells have a protective element between the seal and the membrane electrode arrangement to protect the proton exchange membrane. This should allow the cell to work at sustained high pressures, low specific resistances and improved creep protection.
- US 8,349,151 B2 discloses a frame for use as an anode frame and as a cathode frame in a water electrolyzer, the anode frame and cathode frame being of identical construction and comprising a universal cell frame having a central opening and a plurality of transverse openings, with mating sets of transverse openings being spaced about 90 or 180 degrees apart and each being fluidly connected or not connected to the central opening by at least one inner radial passage, and wherein the anode frame and cathode frame are rotated 90 degrees relative to one another such that a row of electrolysers are fluidly connected through the openings.
- EP 3 462 528 A1 discloses an electrochemical cell for generating high pressure hydrogen with a membrane electrode assembly and flow structures having planar surfaces on both sides of the membrane electrode assembly, wherein the one planar Surface is larger than the other surface, in addition to the flow structure with the smaller surface, a bipolar plate, a reinforcing layer and a seal with a sealing ring between the bipolar plate and the electrolyte membrane are arranged.
- DE 10 2014 010 813 A1 discloses a frame for a stack-type electrolyzer for high-pressure hydrogen production, the frame comprising an integral reinforcement disposed between the fluid guide and the outer periphery and embedded in the frame structure, and a receiving recess disposed radially between the reinforcement and the fluid guide a seal.
- the subject matter of the invention is a frame 1 for a PEM electrolytic cell 2 with a metal core 21 , the metal core 21 being coated with a sealing material, preferably rubber, for example EPDM ( Figure 3a and 3b ).
- a sealing material preferably rubber, for example EPDM
- the metal offers good mechanical stability, whereas the coating of sealing material, preferably rubber, for example EPDM, produces the sealing effect.
- all or at least 90%, preferably at least 95% or more of the surface of the metal core 21 of the anode frame 8 or the entire or at least 90%, preferably at least 95% or more of the surface of the metal core 21 of the cathode frame 11 is coated with sealing material, preferably rubber, for example EPDM, the sealing surface is very large.
- Another advantage is that the components such as the PTL anode 7 and PTL cathode 10 can be pressed into the frame 1, in particular into the anode frame 8 and the cathode frame 11 (press fit) and thus into the PEM electrolytic cell 2 or the PEM electrolytic cell stack 23 in the case of electrolysis under high pressure or differential pressure, for example electrolysis which is carried out at a differential pressure of up to 40 bar, there is no deformation of the frame and no larger gap 17 is formed between individual components inside the frame 1 and between individual ones component and frame 1, e.g. between PTL cathode 10 and frame 1 and/or between PTL anode 7 and frame 1 ( figure 8 ). is formed.
- the metal for the core of the anode frame 8 and/or cathode frame 11 can be, for example, high-grade steel, for example high-grade steel with a thickness of 0.5 cm.
- the coated anode frame 8 and/or coated cathode frame 11 can have a thickness of 7.5 cm, for example.
- the first opening 6 is at least 0.5 mm or 1 mm, for example 2 mm or more, 0.5 cm, preferably 1 cm, particularly preferably 1.5 cm or more larger than the second opening 9, with the shoulder 12 , which is formed inside the cathode frame 11 by the larger first opening 6 and the smaller second opening 9 , has the same width throughout ( Figure 7b ).
- paragraph 12 can be of different widths at different points.
- the width of the heel 12 and with it the planar third surface for receiving the CCM 13 may have the same or different widths at different locations.
- the anode frame 8 can, for example, have external dimensions of 35 cm by 35 cm and the first opening can have dimensions of 20 cm by 20 cm.
- the cathode frame 11 can, for example, have external dimensions of 35 cm by 35 cm and the first opening can have dimensions of 21 cm by 21 cm ( Figure 9a and b ).
- the person skilled in the art is familiar with different frame shapes in which the frame 1, the anode frame 8 and the cathode frame 11 can be designed, for example square, rectangular, round.
- the openings framing anode frame 8 and cathode frame 11 are of different sizes ( Figure 7b , 8th , 9a and 9b ).
- the cathode frame 11 is smaller and the anode frame 8 is larger. This means that the gas pressure that occurs in the cathode during PEM electrolysis does not or cannot press on the 'gap 17 between anode frame 8 and PTL anode 7 on the anode side, even with a high differential pressure, for example a differential pressure of 40 bar.
- the CCM 13 is therefore only pressed against the PTL anode 7 on the anode side and is well mechanically supported on the PTL anode 7 . A creeping 24 of the CCM 13 into the gap 17 between the anode frame 8 and the PTL anode 7 on the anode side can be prevented in this way.
- the frame 1 comprises a channel or type I 14 for the supply and removal of water and gas and one or more channels type II 15, the channel type I 14 not having the first opening 6 in the anode frame 8 or the second Opening 9 in the cathode frame 11 are connected.
- the anode frame 8 comprises on the surface of the first side 4 one or more type II channels 15 which are connected to the type I channel 14 and which connect the type I channel 14 to the first opening 6 and which, when the frame 1 is installed in a PEM electrolytic cell 2 or a stack type PEM electrolytic device 23 , are arranged towards the BPP 16 and the side of the anode frame 4" opposite the first side 4 does not have type II channels 15.
- the cathode frame 11 comprises on the surface of the second side 5 a type II duct 15 which is connected to one or more type I ducts 14 and connects the type I duct 14 to the second opening 9 and which, when the frame 1 in a PEM electrolytic cell 2 or a stack type PEM electrolytic device 23 , are arranged towards the BPP 16 and the side of the cathode frame 5" opposite the second side 5 does not have type II 15 channels.
- the frame 1 comprises at least two type I ducts 14 for transporting water and gas in and out and at least two type II ducts 15 , the type I ducts 14 not having the first opening 6 in the anode frame 8 or the second opening 9 are connected in the cathode frame 11 .
- the anode frame 8 comprises on the surface of the first side 4 at least two type II channels 15 which are connected to the at least two type I channels 14 and which connect the type I channels 14 to the first opening 6 and the , when the frame 1 is installed in a PEM electrolytic cell 2 or a stack type PEM electrolytic device 23 , are arranged towards the BPP 16 and the side of the anode frame 4" opposite the first side 4 does not have type II channels 15.
- Preferably connecting several Type II channels 15 arranged on the first side 4 of the anode frame 7 a type I channel 14 with the first opening 6.
- the cathode frame 11 on the surface of the second side 5 comprises at least two type II channels 15 which are connected to at least two type I ducts 14 and which connect the type I ducts 14 to the second opening 9 and which, when the frame 1 is installed in a PEM electrolytic cell 2 or a stacked type PEM electrolytic device 23 , towards the BPP 16 are arranged and wherein the side of the cathode frame 5 " opposite the second side 5" has no type II channels 15 .
- a plurality of Type II channels 15 arranged on the second side 5 of the cathode frame 11 connect a Type I channel 14 to the second opening 9.
- the channels type II 15 , the channels type I 14 with the first opening 6 and the second opening 9, ie in a PEM electrolytic cell the PTL anode 7 and the PTL cathode 10 with the channels type I 14 for transporting water in and out and gas connect are arranged in the anode frame 8 and/or in the cathode frame 11 so that they point towards the BPP 16 , and not towards the CCM 13.
- the CCM 13 When gas and water flow through the type I channels 14 during electrolysis, will the CCM 13 is not affected by this, because the side of the anode frame 7 and the side of the cathode frame 11 on which the CCM 13 rests does not include any type II channels 15, ie no channels in the immediate vicinity of the first opening 6 or the second opening 9 in the area where the CCM 13 is arranged and subjected to a differential pressure of up to 40 bar during electrolysis.
- the CCM 13 rests on a smooth, level surface without channels and is therefore well supported even at a differential pressure of up to 40 bar.
- the anode compartment (the anode compartment is formed by anode frame 7, CCM 13 and BPP 16)
- the cathode compartment is formed by cathode frame 11, CCM 13 and BPP 16
- the entire PEM electrolytic cell 2 also at a differential pressure of up to 40 bar fully sealed so no gas or water can escape.
- the anode frame 8 and the cathode frame 11 are connected to one another via connecting elements.
- Corresponding connecting elements are known to the person skilled in the art.
- the anode frame 8 comprises one or more connecting elements, for example pins 19 and the cathode frame 11 one or more connecting elements, for example holes 18, the pin or pins 19 and the hole or holes 18 being arranged such that the hole( s) 18 in the cathode frame 11 is plugged onto the pin(s) 19 in the anode frame 8 and the anode frame 8 and cathode frame 11 can thereby be connected to one another.
- the invention relates to a PEM electrolytic cell 2 for operation under a differential pressure of up to 40 bar to generate high-pressure hydrogen, comprising a PEM membrane electrode arrangement with a CCM 13, a PTL anode 7, a PTL cathode 10,
- the PEM electrolytic cell 2 having a frame 1 comprises, wherein the first opening 6 in the anode frame 8 comprises the PTL anode 7 and the second opening 9 in the cathode frame 11 comprises the PTL cathode 10 and the CCM 13 between the side of the anode frame 4 " opposite the first side 4" and that of the second side 5 opposite side of the cathode frame 5" , with one side of the CCM 13 resting on the PTL anode 7 and the other side of the CCM 13 resting on the step 12 and the PTL cathode 10 ( Figure 7b and 7c ).
- the PEM electrolytic cell 2 according to the invention comprises a CCM 13 with a thickness of less than 80 ⁇ m, for example a CCM 13 with a thickness of 50 ⁇ m or less.
- the coatings made of sealing material for example the rubber coating 22, preferably the EPDM coating of the anode frame 8, the coatings made of sealing material, for example the rubber coating 22, preferably the EPDM coating of the cathode frame 11 and the Paragraph 12 together with the CCM 13 ( Figure 7c ) and seal the PEM electrolytic cell 2 and the anode compartment and the cathode compartment completely, without the CCM 13 creeping 24 into the gap 17 between the anode frame 8 and the PTL anode 7 .
- the special arrangement of the type II channels 15 ensures that water and gas is transported in and out completely, as well as the stability of the CCM 13 and complete sealing of the PEM electrolytic cell 2.
- PEM electrolytic cells 2 can be produced with a thinner CCM 13 than is usual in the prior art.
- these PEM electrolytic cells 2 can be operated in such a way that the hydrogen is accumulated to generate a differential pressure on the cathode side of up to 40 bar without the CCM 13 being damaged or the PEM electrolytic cell 2 becoming leaky.
- the invention relates to a stack-type PEM electrolysis device 23 for operation under differential pressure to produce high-pressure hydrogen, comprising x preassembled assemblies 20, x+1 CCMs 13, a single anode, a single cathode and two end plates, the x preassembled assemblies 20 and the x+1 CCMs 13 are stacked alternately on top of each other to form a stack of preassembled assemblies 3 , with a preassembled assembly 20 and a CCM 13 being stacked alternately on top of each other in the stack of preassembled assemblies 3 and with the top and bottom of the stack of preassembled assemblies 3 one CCM 13 is arranged in each case and one CCM 13 is arranged between two adjacent preassembled assemblies 20 , and a single anode is arranged parallel to an outer CCM 13 on one side of the stack of preassembled assemblies 3 and on the other side of the stack of preassembled assemblies 3 a single cathode is placed parallel to an outer CCM 13 , with one end plate each placed parallel to the single anode and
- insulating plate can be installed between the CCM 13 and the end plate. Insulating plates at these points, for example, prevent the end plates from being short-circuited, for example when using screws.
- Appropriate Components are known to those skilled in the art. Those skilled in the art can adjust the manufacturing process accordingly.
- the invention also relates to a stack-type PEM electrolysis device 23 for operation under differential pressure to generate high-pressure hydrogen, comprising x preassembled assemblies 20, x+1 CCMs 13, a single anode, a single cathode and two end plates, the x preassembled assemblies 20 and the x+1 CCMs 13 are stacked alternately on top of one another to form a stack of preassembled assemblies 3 , with a preassembled assembly 20 and a CCM 13 being stacked alternately on top of one another in the stack of preassembled assemblies 3 and on the top and bottom of the stack of preassembled assemblies 3 each has a CCM 13 and between two adjacent preassembled assemblies 20 each a CCM 13 is arranged, and wherein on one side of the stack of preassembled assemblies 3 a single anode is arranged parallel to an outer CCM 13 and on the other side of the stack of preassembled assemblies 3 a single cathode is placed in parallel with an outer CCM 13 , with one end plate each placed parallel to the single ano
- the PEM electrolysis device of the stack type 23 comprises at least 2 or 3 or 5 or more, for example 10, 50, 100, 500, 1000 or more preassembled components 20.
- the PEM electrolysis device of the stack type 23 according to the invention comprises a number of x preassembled ones Assemblies 20, where x is an integer and ⁇ 2, a cathode frame 11, a CCM 13, an anode frame 8 and two end plates.
- x is an integer and ⁇ 2
- a cathode frame 11 a CCM 13, an anode frame 8 and two end plates.
- the first and last PEM electrolytic cells 2 are different from those in between.
- a CCM 13 is placed on a cathode frame 11 , on the CCM 13 x preassembled assemblies 20 and x CCMs 13 are stacked alternately, and then a Anode frame 8.
- the stack is pressed between end plates into a stack type PEM electrolyzer 23 where x is an integer and ⁇ 2.
- the type II channels 15 are not milled out of each anode frame 8 and each cathode frame 11 , but are transferred once into a tool.
- One tool is the negative of the anode frame 8
- another tool is the negative of the cathode frame 11.
- the type II channels 15 are transferred to the tool and inserted like a stamp into the sealing material, preferably the rubber, for example EPDM.
- the metal core 21 is coated with the sealing material, preferably rubber, for example EPDM, by vulcanization, with the channels type II 15 being simultaneously produced in the regions of the anode frame 8 and/or the cathode frame 11 desired according to the invention.
- the molded parts or molded rubber parts produced by vulcanization of anode frame 8 and/or cathode frame 11 can be used directly and can be produced in large numbers at low cost.
- the stack-type PEM electrolyzer 23 is preferably designed so that all components have a smooth and homogeneous surface, so that no voltage peaks occur on the CCM 13 .
- PTL anodes 7 and/or PTL cathodes 10 with a pore diameter ⁇ 0.1 mm are used, for example.
- PTLs with a so-called “microporous layer”, ie a particularly homogeneous surface can be used.
- the anode frame 8 and the cathode frame 11 can easily be joined together to form a preassembled assembly 20 , since the seal and the anode frame 8 or the seal and the cathode frame 11 each consist of one component.
- a BPP 16, which is connected to a PTL anode 7 is preferably used to produce a preassembled assembly 20 .
- BPP 16 and PTL anode 7 are welded so that BPP 16 and PTL anode 7 are present as one component.
- the anode frame 8 is first pressed onto the BPP 16 and the PTL anode 7 .
- the anode frame 8 can additionally have a second pin that can be inserted into the BPP 16 .
- anode frame 8 is turned over with the pressed-in PTL anode 7 and the BPP 16 and the cathode frame 11 can also be inserted on the other side of the anode frame 8 .
- the PTL cathode 10 is inserted into the cathode frame 11 ( figure 6 ).
- a preassembled module 20 is obtained.
- Preassembled assemblies 20 can then be stacked alternately with CCMs 13 via centering pins, for example, in order to produce stacks of preassembled assemblies 3 or PEM electrolysis devices of the stack type 23 .
- Reference sign Frame 1 PEM electrolysis cell 2 Stack of pre-assembled assemblies 3 First side of frame 4 The side of the anode frame 8 opposite the first side 4 4" Second page 5 The side of the cathode frame 11 opposite the second side 5 5" First opening 6 Porous transport layer (PTL) anode 7 anode frame 8th Second opening 9 Porous transport layer (PTL) cathode 10 cathode frame 11 Unit volume 12 Catalyst Coated Membrane (CCM) 13 Type I channel 14 Type II canal 15 Bipolar Plate (BPP) 16 gap 17 Hole 18 Pen 19 Pre-assembled assembly 20 metal core 21 Rubber coating 22 Stack type PEM electrolyzer 23 Crawl 24
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen neuen Rahmen für eine PEM Elektrolysezelle und für einen PEM Elektrolysezellen Stapel. Gegenstand der Erfindung ist der Rahmen, eine PEM Elektrolysezelle und ein PEM Elektrolysezellen Stapel, die den erfindungsgemäßen Rahmen umfassen, vorassemblierte Bauteile und Verfahren zur Herstellung der vorassemblierten Bauteile und PEM Elektrolysezellen Stapel. Der erfindungsgemäße Rahmen, PEM Elektrolysezelle und PEM Elektrolysezellen Stapel sind für die Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff in Kombination mit dem Einsatz von dünnen Protonenaustauschmembranen geeignet. Die Erfindung basiert auf einem neuen Rahmen- und Dichtungskonzept.The invention relates to a new frame for a PEM electrolytic cell and for a PEM electrolytic cell stack. The subject matter of the invention is the frame, a PEM electrolysis cell and a PEM electrolysis cell stack, which comprise the frame according to the invention, preassembled components and methods for producing the preassembled components and PEM electrolysis cell stack. The frame, PEM electrolysis cell and PEM electrolysis cell stack according to the invention are suitable for the production of high-pressure hydrogen in combination with the use of thin proton exchange membranes. The invention is based on a new frame and sealing concept.
Description
Die Erfindung betrifft einen neuen Rahmen für eine PEM Elektrolysezelle und für einen PEM Elektrolysezellen Stapel. Gegenstand der Erfindung ist der Rahmen, eine PEM Elektrolysezelle und ein PEM Elektrolysezellen Stapel, die den erfindungsgemäßen Rahmen umfassen, vorassemblierte Baugruppen, Verfahren zur Herstellung der vorassemblierten Baugruppen und Verfahren zur Herstellung der PEM Elektrolysezellen Stapel. Der erfindungsgemäße Rahmen, die erfindungsgemäße PEM Elektrolysezelle und der erfindungsgemäße PEM Elektrolysezellen Stapel sind für die Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff mittels Differenzdruckelektrolyse in Kombination mit dem Einsatz von dünnen Protonenaustauschmembranen geeignet. Die Erfindung basiert auf einem neuen Rahmen- und Dichtungskonzept.The invention relates to a new frame for a PEM electrolytic cell and for a PEM electrolytic cell stack. The subject matter of the invention is the frame, a PEM electrolytic cell and a PEM electrolytic cell stack, which comprise the frame according to the invention, preassembled assemblies, methods for producing the preassembled assemblies and methods for producing the PEM electrolytic cell stack. The frame according to the invention, the PEM electrolytic cell according to the invention and the PEM electrolytic cell stack according to the invention are suitable for generating high-pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis in combination with the use of thin proton exchange membranes. The invention is based on a new frame and sealing concept.
Die Protonenaustauschmembran (PEM)-Wasserelektrolyse ist eine attraktive Technologie zur Erzeugung von Wasserstoff mit Strom, der aus erneuerbaren Energiequellen stammt. Dadurch kann die Energie in dem Energieträger Wasserstoff für Zeiten, zu denen nicht genügend Strom aus erneuerbaren Quellen zur Verfügung steht, gespeichert werden und dadurch einen Beitrag zur Dekarbonisierung leisten. Ein wichtiger Vorteil der PEM Elektrolyse ist die Möglichkeit zur Erzeugung von Wasserstoff unter Druck. Für alle potenziellen Anwendungsgebiete muss Wasserstoff komprimiert vorliegen, wodurch PEM Systeme (z.B. PEM Elektrolysezellen und PEM Elektrolysezellenstapel) in besonderem Maße die Bedürfnisse der Industrie bedienen. Aus Gründen der Energieeinsparung ist es dabei vorteilhaft, die PEM Elektrolyse direkt unter Druck zu betreiben, da so weniger zusätzliche Energie aufgewandt werden muss als bei einer nachträglichen mechanischen Komprimierung. Da in der Regel nur der Wasserstoff genutzt wird, kann der Sauerstoff günstiger drucklos erzeugt werden, man spricht dann von Differenzdruckelektrolyse. Ein Differenzdruck von mindestens 30 bar ist heute Stand der Technik, wobei dies derzeit nur unter Verwendung von PEM Membranen mit einer Dicke von mindestens ca. 120 µm möglich ist.Proton exchange membrane (PEM) water electrolysis is an attractive technology for producing hydrogen using electricity derived from renewable energy sources. As a result, the energy can be stored in the energy carrier hydrogen for times when there is not enough electricity from renewable sources available, thereby contributing to decarbonization. An important advantage of PEM electrolysis is the possibility of generating hydrogen under pressure. Hydrogen must be available in compressed form for all potential areas of application, which means that PEM systems (e.g. PEM electrolysis cells and PEM electrolysis cell stacks) serve the needs of industry to a particular extent. For reasons of energy saving, it is advantageous to operate the PEM electrolysis directly under pressure, since less additional energy is required than with subsequent mechanical compression. Since usually only the hydrogen is used, the oxygen can be generated more cheaply without pressure, which is referred to as differential pressure electrolysis. A differential pressure of at least 30 bar is state of the art today, although this is currently only possible using PEM membranes with a thickness of at least approx. 120 µm.
Um mit dem zur Verfügung stehenden Strom möglichst viel Wasserstoff erzeugen zu können, ist der Wirkungsgrad in der PEM Elektrolysezelle von herausragender Bedeutung. Ein erheblicher Anteil der Energieverluste entsteht durch die ohmschen Widerstände, insbesondere an der PEM Membran. Als PEM Membran wird eine katalysatorbeschichtete Membran (CCM) verwendet. Der Membranwiderstand kann durch Verwendung einer dünnen PEM Membran erheblich verringert werden.In order to be able to generate as much hydrogen as possible with the available electricity, the efficiency in the PEM electrolysis cell is of outstanding importance. A significant proportion of the energy losses are caused by the ohmic resistances, especially at the PEM membrane. A PEM membrane is used catalyst coated membrane (CCM) used. The membrane resistance can be significantly reduced by using a thin PEM membrane.
Der klassische Aufbau einer PEM Elektrolysezelle ist in
Eine klassische PEM Elektrolysezelle besteht aus einer katalysatorbeschichteten Membran (CCM), an der die Reaktion stattfindet. Auf der Anoden- und Kathodenseite transportieren poröse Transportschichten (PTL) das Wasser zur CCM hin bzw. transportieren poröse Transportschichten (PTL) das erzeugte Gas von der CCM weg. Die Bipolarplatte (BPP) trennt die Anoden- und Kathodenseite räumlich voneinander. Die Ein- bzw. Ausströmung von Gas und Wasser wird durch einen Rahmen aus klassischerweise Metall oder hochfesten Kunststoff (PEEK) gewährleistet. In diesen Rahmen werden die Komponenten CCM und PTL eingelegt. Der Rahmen wird durch O-Ringe oder andere Dichtungen wie Flachdichtungen oder eingespritzte eingesetzte Dichtungen seitlich abgedichtet, um zu verhindern, dass das Gas aus der PEM Elektrolysezelle ausströmt.A classic PEM electrolytic cell consists of a catalyst-coated membrane (CCM) on which the reaction takes place. On the anode and cathode sides, porous transport layers (PTL) transport the water towards the CCM and porous transport layers (PTL) transport the generated gas away from the CCM. The bipolar plate (BPP) spatially separates the anode and cathode sides. The inflow and outflow of gas and water is ensured by a frame made of classic metal or high-strength plastic (PEEK). The CCM and PTL components are inserted into this frame. The frame is laterally sealed by O-rings or other seals such as flat gaskets or injected inserted gaskets to prevent the gas from escaping the PEM electrolytic cell.
Im Stand der Technik sind PEM Elektrolysezellen und PEM Elektrolysezellen Stapel, die Rahmen umfassen, bekannt.PEM electrolytic cells and PEM electrolytic cell stacks comprising frames are known in the prior art.
Schwierigkeiten, die bei klassischen PEM Elektrolysezellen typischerweise auftreten sind:
- 1. Probleme bei der Dichtigkeit, da in einem PEM Elektrolysezellen Stapel Rahmen vieler PEM Elektrolysezellen aufeinandergestapelt werden und jedes in den Rahmen und den anderen Komponenten verwendete Material Fertigungstoleranzen aufweist. Dies kann dazu führen, dass für die O-Ringe oder andere verwendete Dichtungen an einigen Stellen nicht genug Anpresskraft herrscht. Vor allem wenn der Wasserstoff unter Druck bzw. Differenzdruck erzeugt wird, ist die Dichtigkeit mit den bekannten Dichtungen schwer oder gar schwer zu realisieren.
- 2. Die mechanische Stabilität des Rahmens: Bei der Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff werden die Kunststoffrahmen verformt (
Figur 2 ). - 3. Zwischen PTL und
Rahmen 1 verbleibt einkleiner Spalt 17. In diesenSpalt 17 wird die CCM 13 im Druckbetrieb eingedrückt. Es kommt zu Kriechen 24 (sog. viskoelastisches Verhalten)) der CCM 13 in denSpalt 17. Dieser Effekt wird verstärkt, wenn derRahmen 1 aufgrund von geringer mechanischer Stabilität verformt wird (vergl. Pkt. 2), so dass derSpalt 17 größer wird (Figur 2 ). - 4. Der Rahmen umfasst Kanäle zum An- und Abtransport von Wasser und Gas. Die Kanäle werden aus dem Rahmen, d.h. aus dem Metall- oder Kunststoffteil ausgefräst, was hohe Kosten verursacht.
- 1. Problems with tightness, since frames of many PEM electrolytic cells are stacked on top of each other in a PEM electrolytic cell stack and each material used in the frame and the other components has manufacturing tolerances. This can mean that there is not enough contact pressure in some places for the O-rings or other seals used. Especially when the hydrogen is generated under pressure or differential pressure, it is difficult or even difficult to achieve tightness with the known seals.
- 2. The mechanical stability of the frame: When generating high-pressure hydrogen, the plastic frames are deformed (
figure 2 ). - 3. A
small gap 17 remains between the PTL andframe 1. TheCCM 13 is pressed into thisgap 17 during printing operation. TheCCM 13 creeps 24 (so-called viscoelastic behavior) into thegap 17. This effect is intensified when theframe 1 is deformed due to low mechanical stability (see point 2), so that thegap 17 becomes larger becomes (figure 2 ). - 4. The frame includes ducts for supplying and removing water and gas. The channels are milled out of the frame, ie out of the metal or plastic part, which causes high costs.
Um Wasserstoff unter Hochdruck für industrielle Zwecke mittels PEM Elektrolyse erzeugen zu können, wird eine verbesserte PEM Elektrolysezelle benötigt, die unter Hochdruck und Differenzdruck betrieben werden kann und die die vorstehend genannten Nachteile nicht aufweist.In order to be able to produce hydrogen under high pressure for industrial purposes by means of PEM electrolysis, an improved PEM electrolysis cell is required which can be operated under high pressure and differential pressure and which does not have the disadvantages mentioned above.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß den Ansprüchen 1 bis 10 gelöst.The object is solved by the invention according to
Gegenstand der Erfindung ist ein Rahmen 1 für eine PEM Elektrolysezelle 2 für eine PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23, wobei der Rahmen 1 eine erste Seite 4 mit planarer erster Oberfläche und eine der ersten Seite 4 gegenüber liegende zweite Seite 5 mit planarer zweiter Oberfläche und einen Anodenrahmen 8 und einen Kathodenrahmen 11 umfasst, und
- wobei der Anodenrahmen
die erste Seite 4, eine der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite desAnodenrahmens 4" und eine erste Öffnung 6 zur Aufnahme der porösen Transportschicht (PTL)Anode 7 umfasst, wobei die ersteÖffnung 6 sich von der ersten Seite 4 bis zur gegenüberliegenden Seite desAnodenrahmens 4" erstreckt, - wobei der Kathodenrahmen 11 die zweite
Seite 5, eine der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite desKathodenrahmens 5" und eine zweite Öffnung 9 zur Aufnahme derPTL Kathode 10 umfasst, wobei diezweite Öffnung 9 sich von der zweiten Seite 5 bis zur gegenüberliegenden Seite desKathodenrahmens 5" erstreckt, - wobei die der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite des
Anodenrahmens 4" und die der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite desKathodenrahmens 5" nebeneinander angeordnet sind, wobei Anodenrahmen 8 und Kathodenrahmen 11 miteinander verbunden sind,- wobei die erste
Öffnung 6 und diezweite Öffnung 9 miteinander verbunden sind, - wobei die erste
Öffnung 6 größer ist als diezweite Öffnung 9 und wobei der Anodenrahmen 8 und der Kathodenrahmen 11 so angeordnet sind, dass die der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite desAnodenrahmens 4" und die der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite desKathodenrahmens 5", beimÜbergang vom Anodenrahmen 8zum Kathodenrahmen 11einen Absatz 12 bilden, wobei derAbsatz 12 der Teil des Kathodenrahmens 11 ist, der andie zweite Öffnung 9 angrenzt und diezweite Öffnung 9 umrahmt und wobei der Absatz 12 eine planare dritte Oberfläche als Auflagefläche für die Katalysator-beschichtete Membran (CCM) 13 bildet, und wobei der Anodenrahmen 8 einen Kern ausMetall 21 und eine Beschichtung aus einem Dichtwerkstoff, beispielsweise eine Beschichtung ausGummi 22 umfasst und wobei der Kathodenrahmen 11 einen Kern ausMetall 21 und eine Beschichtung aus einem Dichtwerkstoff, beispielsweise eine Beschichtung ausGummi 22 umfasst. Als Beschichtung für den Kern ausMetall 21 ist jeder Dichtwerkstoff geeignet, beispielsweise Gummi, insbesondere Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM).
- the anode frame comprising the
first side 4, a side of theanode frame 4" opposite thefirst side 4 " and afirst opening 6 for receiving the porous transport layer (PTL)anode 7 , thefirst opening 6 extending from thefirst side 4 to the opposite side of anode frame extends 4" - the
cathode frame 11 comprising thesecond side 5, a side of thecathode frame 5" opposite thesecond side 5 , and asecond opening 9 for receiving thePTL cathode 10 , thesecond opening 9 extending from thesecond side 5 to the opposite side of thecathode frame 5" extends, - the side of the
anode frame 4" opposite thefirst side 4 and the side of thecathode frame 5 " opposite thesecond side 5 being arranged next to one another, - wherein
anode frame 8 andcathode frame 11 are connected to each other, - the
first opening 6 and thesecond opening 9 being connected to each other, - wherein the
first opening 6 is larger than thesecond opening 9 and wherein theanode frame 8 and thecathode frame 11 are arranged such that the side of theanode frame 4 " opposite thefirst side 4" and the side of thecathode frame 5" , opposite thesecond side 5" form ashoulder 12 at the transition from theanode frame 8 to thecathode frame 11 , theshoulder 12 being that part of thecathode frame 11 which adjoins thesecond opening 9 and frames thesecond opening 9 and theshoulder 12 has a planar third surface as a support surface for the Catalyst Coated Membrane (CCM) 13 , and wherein theanode frame 8 comprises ametal core 21 and a coating of a sealing material, e.g. arubber coating 22 , and thecathode frame 11 comprises ametal core 21 and a coating of a sealing material , For example, a coating ofrubber 22 includes. As Coating for themetal core 21 is any suitable sealing material, for example rubber, in particular ethylene-propylene-diene rubber (EPDM).
Gegenstand der Erfindung ist ein Rahmen 1 für eine PEM Elektrolysezelle 2 mit einem Kern aus Metall 21 wobei der Kern aus Metall 21 mit einem Dichtwerkstoff, vorzugsweise Gummi, beispielsweise EPDM beschichtet ist (
Als Metall für den Kern von Anodenrahmen 8 und / oder Kathodenrahmen 11 kann beispielsweise Edelstahl verwendet werden, beispielsweise Edelstahl mit einer Dicke von 0,5 cm. Der beschichte Anodenrahmen 8 und / oder beschichtete Kathodenrahmen 11 können beispielsweise eine Dicke von 7,5 cm aufweisen.The metal for the core of the
Beispielsweise ist die erste Öffnung 6 mindestens 0,5 mm oder 1 mm, beispielsweise 2 mm oder mehr, 0,5 cm, vorzugsweise 1 cm, besonders bevorzugt 1,5 cm oder mehr größer als die zweite Öffnung 9, wobei vorzugsweise der Absatz 12, der im Inneren des Kathodenrahmens 11 durch die größere erste Öffnung 6 und die kleinere zweite Öffnung 9 ausgebildet ist, überall die gleiche Breite hat (
Der Anodenrahmen 8 kann beispielsweise die Außenmaße 35 cm mal 35 cm und die erste Öffnung die Maße 20 cm mal 20 cm haben. Der Kathodenrahmen 11 kann beispielsweise die Außenmaße 35 cm mal 35 cm und die erste Öffnung die Maße 21 cm mal 21 cm haben (
Zusätzlich sind die Öffnungen, die Anodenrahmen 8 und Kathodenrahmen 11 umrahmen, unterschiedlich große (
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäße Rahmen 1 einen oder Kanal Typ I 14 zum An- und Abtransport von Wasser und Gas und einen oder mehrere Kanäle Typ II 15, wobei der Kanal Typ I 14 nicht mit der ersten Öffnung 6 im Anodenrahmen 8 oder der zweiten Öffnung 9 im Kathodenrahmen 11 verbunden sind. In bevorzugten Ausführungsformen des Rahmens 1 umfasst der Anodenrahmen 8 auf der Oberfläche der ersten Seite 4 einen oder mehrere Kanäle Typ II 15, die mit dem Kanal Typ I 14 verbunden sind und die den Kanal Typ I 14 mit der ersten Öffnung 6 verbinden und die, wenn der Rahmen 1 in einer PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zur BPP 16 angeordnet sind und wobei die der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite des Anodenrahmens 4" keine Kanäle Typ II 15 aufweist. In bevorzugten Ausführungsformen des Rahmens 1 umfasst der Kathodenrahmen 11 auf der Oberfläche der zweiten Seite 5 einen Kanal Typ II 15, der mit einem oder mehreren Kanälen Typ I 14 verbunden ist und den Kanal Typ I 14 mit der zweiten Öffnung 9 verbinden und die, wenn der Rahmen 1 in einer PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zur BPP 16 angeordnet sind und wobei die der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite des Kathodenrahmens 5" keine Kanäle Typ II 15 aufweist.In preferred embodiments, the
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst der erfindungsgemäße Rahmen 1 mindestens zwei Kanäle Typ I 14 zum An- und Abtransport von Wasser und Gas und mindestens zwei Kanäle Typ II 15, wobei die Kanäle Typ I 14 nicht mit der ersten Öffnung 6 im Anodenrahmen 8 oder der zweiten Öffnung 9 im Kathodenrahmen 11 verbunden sind. In bevorzugten Ausführungsformen des Rahmens 1 umfasst der Anodenrahmen 8 auf der Oberfläche der ersten Seite 4 mindestens zwei Kanäle Typ II 15, die mit den mindestens zwei Kanälen Typ I 14 verbunden sind und die die Kanäle Typ I 14 mit der ersten Öffnung 6 verbinden und die, wenn der Rahmen 1 in einer PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zur BPP 16 angeordnet sind und wobei die der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite des Anodenrahmens 4" keine Kanäle Typ II 15 aufweist. Vorzugsweise verbinden mehrere Kanäle Typ II 15, die auf der ersten Seite 4 des Anodenrahmens 7 angeordnet sind, einen Kanal Typ I 14 mit der ersten Öffnung 6. In bevorzugten Ausführungsformen des Rahmens 1 umfasst der Kathodenrahmen 11 auf der Oberfläche der zweiten Seite 5 mindestens zwei Kanäle Typ II 15, die mit mindestens zwei Kanälen Typ I 14 verbunden sind und die Kanäle Typ I 14 mit der zweiten Öffnung 9 verbinden und die, wenn der Rahmen 1 in einer PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zur BPP 16 angeordnet sind und wobei die der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite des Kathodenrahmens 5" keine Kanäle Typ II 15 aufweist. Vorzugsweise verbinden mehrere Kanäle Typ II 15, die auf der zweiten Seite 5 des Kathodenrahmens 11 angeordnet sind, einen Kanal Typ I 14 mit der zweiten Öffnung 9. In preferred embodiments, the
Die Kanäle Typ II 15, die die Kanäle Typ I 14 mit der ersten Öffnung 6 und der zweiten Öffnung 9, d.h. in einer PEM Elektrolysezelle die PTL Anode 7 und die PTL Kathode 10 mit den Kanälen Typ I 14 zum An- und Abtransport von Wasser und Gas verbinden, sind im Anodenrahmen 8 und / oder im Kathodenrahmen 11 so angeordnet, dass sie in Richtung zur BPP 16 zeigen, und nicht in Richtung zur CCM 13. Wenn während der Elektrolyse Gas und Wasser durch die Kanäle Typ I 14 strömen, wird die CCM 13 dadurch nicht beeinträchtigt, denn die Seite des Anodenrahmens 7 und die Seite des Kathodenrahmens 11, auf der die CCM 13 aufliegt, umfasst keine Kanäle Typ II 15, d.h. keine Kanäle in der unmittelbaren Umgebung der ersten Öffnung 6 oder der zweiten Öffnung 9 in dem Bereich, in dem die CCM 13 angeordnet und bei der Elektrolyse einem Differenzdruck von bis zu 40 bar ausgesetzt ist. Die CCM 13 liegt auf einer glatten ebenen Fläche ohne Kanäle auf und ist dadurch auch bei einem Differenzdruck von bis zu 40 bar gut abgestützt. Gleichzeitig ist der Anodenraum (der Anodenraum wird gebildet von Anodenrahmen 7, CCM 13 und BPP 16), der Kathodenraum (der Kathodenraum wird gebildet von Kathodenrahmen 11, CCM 13 und BPP 16) und die ganze PEM Elektrolysezelle 2 auch bei einem Differenzdruck von bis zu 40 bar vollständig abgedichtet, so dass kein Gas oder Wasser entweichen kann.The channels type II 15 , the channels type I 14 with the
In dem erfindungsgemäßen Rahmen 1 sind Anodenrahmen 8 und Kathodenrahmen 11 miteinander über Verbindungselemente verbunden. Entsprechende Verbindungselemente sind dem Fachmann bekannt. In bevorzugten Ausführungsformen des Rahmens 1 umfasst der Anodenrahmen 8 ein oder mehrere Verbindungselemente, beispielsweise Stifte 19 und der Kathodenrahmen 11 ein oder mehrere Verbindungselemente, beispielsweise Löcher 18, wobei der bzw. die Stifte 19 und das bzw. die Löcher 18 so angeordnet sind, dass das bzw. die Löcher 18 im Kathodenrahmen 11 auf den bzw. die Stifte 19 im Anodenrahmen 8 gesteckt werden und Anodenrahmen 8 und Kathodenrahmen 11 dadurch miteinander verbunden werden können.In the
Gegenstand der Erfindung ist eine PEM Elektrolysezelle 2 zum Betrieb unter Differenzdruck von bis zu 40 bar zur Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff umfassend eine PEM Membranelektrodenanordnung mit CCM 13, eine PTL Anode 7, eine PTL Kathode 10, wobei die PEM Elektrolysezelle 2 einen erfindungsgemäßen Rahmen 1 umfasst, wobei die erste Öffnung 6 im Anodenrahmen 8 die PTL Anode 7 umfasst und die zweite Öffnung 9 im Kathodenrahmen 11 die PTL Kathode 10 umfasst und wobei die CCM 13 zwischen der der ersten Seite 4 gegenüberliegenden Seite des Anodenrahmens 4" und der der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite des Kathodenrahmens 5" angeordnet ist, wobei die eine Seite der CCM 13 auf der PTL Anode 7 aufliegt und die andere Seite der CCM 13 auf dem Absatz 12 und der PTL Kathode 10 aufliegt (
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die erfindungsgemäße PEM Elektrolysezelle 2 eine CCM 13 mit einer Dicke von weniger als 80 µm, beispielsweise eine CCM 13 mit einer Dicke von 50 µm oder weniger.In preferred embodiments, the PEM
In der erfindungsgemäßen PEM Elektrolysezelle 2 wirken die Beschichtungen aus Dichtwerkstoff, beispielsweise die Beschichtung aus Gummi 22, vorzugsweise die Beschichtung aus EPDM des Anodenrahmens 8, die Beschichtungen aus Dichtwerkstoff, beispielsweise die Beschichtung aus Gummi 22, vorzugsweise die Beschichtung aus EPDM des Kathodenrahmens 11 und der Absatz 12 mit der CCM 13 zusammen (
Gegenstand der Erfindung ist eine vorassemblierte Baugruppe 20 zur Herstellung einer Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 umfassend einen Anodenrahmen 8, einen Kathodenrahmen 11, eine BPP 16, eine PTL Anode 7 und eine PTL Kathode 10,
- wobei der Anodenrahmen 8 eine erste Seite 4 mit planarer erster Oberfläche, eine der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite des
Anodenrahmes 4" und eine erste Öffnung 6 zur Aufnahme derPTL Anode 7 umfasst, wobei die ersteÖffnung 6 sich von der ersten Seite 4 bis zur der ersten Seite 4 gegenüberliegenden Seite desAnodenrahmens 4" erstreckt, und wobei die ersteÖffnung 6von dem Anodenrahmen 8 umgeben ist, und wobei der Anodenrahmen 8 mindestens ein Verbindungselement zur Verbindungmit dem Kathodenrahmen 11, beispielsweise einen Stift 19, umfasst, - wobei der Kathodenrahmen 11 eine zweite Seite 5 mit planarer zweiter Oberfläche, eine der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite des
Kathodenrahmens 5" und eine zweite Öffnung 9 zur Aufnahme derPTL Kathode 10 umfasst, wobei diezweite Öffnung 9 sich von der zweiten Seite 5 bis zur der zweiten Seite 5 gegenüberliegenden Seite desKathodenrahmens 5" erstreckt undvon dem Kathodenrahmen 10 umgeben ist, und wobei der Kathodenrahmen 11 mindestens ein Verbindungselement zur Verbindungmit dem Anodenrahmen 8, beispielsweiseein Loch 18 zur Aufnahme des Stiftes 19 desAnodenrahmens 8, umfasst, - wobei zwischen der ersten Seite 4 des
Anodenrahmes 8 und der zweiten Seite 5 des Kathodenrahmens 11 dieBPP 16 angeordnet ist, - wobei der Anodenrahmen 8 einen Kern aus
Metall 21 und eine Beschichtung aus Dichtwerkstoff, beispielsweise eine Beschichtung ausGummi 22, vorzugsweise eine Beschichtung aus EPDM umfasst, und wobei dieBPP 16 mitder PTL Anode 7 verbunden ist und die mitder PTL Anode 7verbundene BPP 16 in die ersteÖffnung 6 eingepresst undvon dem Anodenrahmen 8 eingerahmt ist, der Kathodenrahmen 10 einen Kern ausMetall 21 und eine Beschichtung aus Dichtwerkstoff, beispielsweise eine Beschichtung ausGummi 22, vorzugsweise eine Beschichtung aus EPDM umfasst und wobei diePTL Kathode 10 indie zweite Öffnung 9 eingepresst undvon dem Kathodenrahmen 11 eingerahmt ist,wobei Anodenrahmens 8 und Kathodenrahmen 11 über die Verbindungselemente des Anodenrahmens 8 und des Kathodenrahmens 11 verbunden werden, beispielsweise der Stift 19 desAnodenrahmens 8 indem Loch 18 desKathodenrahmens 11 steckt und der Anodenrahmen 8 und Kathodenrahmen 11 dadurch miteinander verbunden sind,- wobei die erste
Öffnung 6 größer ist als diezweite Öffnung 9 und wobei der Anodenrahmen 8 und der Kathodenrahmen 11 so angeordnet sind, dass dieerste Seite 4 und diezweite Seite 5 beimÜbergang vom Anodenrahmen 8zum Kathodenrahmen 11einen Absatz 12 bilden, wobei derAbsatz 12 der Teil des Kathodenrahmens 11 ist, der andie zweite Öffnung 9 angrenzt und diezweite Öffnung 9 einrahmt und wobei der Absatz 12 eine planare dritte Oberfläche als Auflagefläche für dieCCM 13 bildet, wobei dieBPP 16 auf der einen Seite auf derPTL Anode 7und dem Anodenrahmen 8 aufliegt und auf der anderen Seite auf derPTL Kathode 10,dem Kathodenrahmen 11und dem Absatz 12 aufliegt.
- wherein the
anode frame 8 comprises afirst side 4 with a planar first surface, a side of theanode frame 4" opposite thefirst side 4 , and afirst opening 6 for receiving thePTL anode 7 , thefirst opening 6 extending from thefirst side 4 to the the side of theanode frame 4 " opposite thefirst side 4, and wherein thefirst opening 6 is surrounded by theanode frame 8 , and wherein theanode frame 8 comprises at least one connecting element for connection to thecathode frame 11, for example apin 19 , - wherein the
cathode frame 11 comprises asecond side 5 with a planar second surface, a side of thecathode frame 5" opposite thesecond side 5 , and asecond opening 9 for receiving thePTL cathode 10 , thesecond opening 9 extending from thesecond side 5 to the thesecond page 5 opposite side ofcathode frame 5" and is surrounded by thecathode frame 10 , and wherein thecathode frame 11 comprises at least one connecting element for connection to theanode frame 8, for example ahole 18 for receiving thepin 19 of theanode frame 8, - the
BPP 16 being arranged between thefirst side 4 of theanode frame 8 and thesecond side 5 of thecathode frame 11 , - wherein the
anode frame 8 comprises a core ofmetal 21 and a coating of sealing material, e.g. a coating ofrubber 22, preferably a coating of EPDM, and wherein theBPP 16 is connected to thePTL anode 7 and the BPP is connected to thePTL anode 7 16 is pressed into thefirst opening 6 and framed by theanode frame 8 , - the
cathode frame 10 comprises ametal core 21 and a coating of sealing material, for example arubber coating 22, preferably an EPDM coating, and thePTL cathode 10 is pressed into thesecond opening 9 and framed by thecathode frame 11 , - wherein the
anode frame 8 andcathode frame 11 are connected via the connecting elements of theanode frame 8 and thecathode frame 11 , for example thepin 19 of theanode frame 8 is inserted in thehole 18 of thecathode frame 11 and theanode frame 8 andcathode frame 11 are thereby connected to one another, - wherein the
first opening 6 is larger than thesecond opening 9 and wherein theanode frame 8 and thecathode frame 11 are arranged such that thefirst side 4 and thesecond side 5 form ashoulder 12 at the transition from theanode frame 8 to thecathode frame 11 , theShoulder 12 is that part of thecathode frame 11 which abuts and frames thesecond opening 9 and theshoulder 12 forms a planar third surface as a support surface for theCCM 13 , with theBPP 16 on one side on thePTL Anode 7 and theanode frame 8 rests and on the other side on thePTL cathode 10, thecathode frame 11 andparagraph 12 rests.
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer vorassemblierten Baugruppe 20, umfassend die Verfahrensschritte
- a)
für den Anodenrahmen 8 ein Kern ausMetall 21 hergestellt wird, wobei der Kern ausMetall 21eine erste Seite 4 mit planarer erster Oberfläche und eine der ersten Seite 4 gegenüberliegende Seite desAnodenrahmens 4" umfasst, wobei dieerste Seite 4 und die gegenüberliegende Seite desAnodenrahmens 4" eine ersteÖffnung 6 umfassen, die sich von der ersten Seite 4 bis zur gegenüberliegenden Seite desAnodenrahmens 4" erstreckt und dievon dem Anodenrahmen 8 eingerahmt ist, einen, zwei oder mehrere Kanäle Typ I 14 zum An- und Abtransport von Wasser und Gas umfassen, wobei der bzw. die Kanäle Typ I 14 nicht mit der ersten Öffnung 6im Anodenrahmen 8 verbunden ist bzw. sind, und wobei der Anodenrahmen 8 mindestens ein Verbindungselement zur Verbindungmit dem Kathodenrahmen 11, z.B.einen Stift 19, umfasst, - b) mindestens 90 % der Oberfläche des gemäß a) hergestellten Kerns aus
Metall 21für den Anodenrahmen 8 mit Natur- oder Synthesekautschuk beschichtet und anschließend vulkanisiert werden und dadurch auf dem Kern ausMetall 21 eineBeschichtung aus Gummi 22, vorzugsweise eine Beschichtung aus EPDM erzeugt wird, wobei in der Beschichtung ausGummi 22 ein, zwei oder mehrereKanäle Typ II 15 auf der Oberfläche der ersten Seite 4 erzeugt werden, die mit einem, zwei oder mehreren Kanälen Typ I 14 verbunden sind und die den bzw. die Kanäle Typ I 14 mit der ersten Öffnung 6 verbinden und die,wenn der Anodenrahmen 8 ineiner PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zurBPP 16 angeordnet sind und wobei in der der ersten Seite 4 gegenüberliegenden Seite desAnodenrahmens 4" keineKanäle Typ II 15 erzeugt werden, - c) in den gemäß a) und b) hergestellten Anodenrahmen 8 die
PTL Anode 7 und dieBPP 16 gelegt oder eingepresst werden, - d) für
den Kathodenrahmen 11 ein Kern ausMetall 21 hergestellt wird, wobei der Kern ausMetall 21 eine zweite Seite 5 mit planarer zweiter Oberfläche und eine der zweiten Seite 5 gegenüberliegende Seite desKathodenrahmens 5" umfasst, wobei die zweite Seite 5 und die gegenüberliegende Seite desKathodenrahmens 5" einezweite Öffnung 9 umfassen, die sich von der zweiten Seite 5 bis zur gegenüberliegenden Seite desKathodenrahmens 5" erstreckt und dievon dem Kathodenrahmen 11 eingerahmt ist, einen, zwei oder mehrere Kanäle Typ I 14 zum An- und Abtransport von Wasser und Gas umfasst, wobei der bzw. die Kanäle Typ I 14 nicht mit der zweiten Öffnung 9im Kathodenrahmen 11 verbunden sind, und wobei der Kathodenrahmen 11 mindestens ein Verbindungselement zur Verbindungmit dem Anodenrahmen 8, z.B.ein Loch 18, umfasst, - e) mindestens 90 % der Oberfläche des gemäß d) hergestellten Kerns aus
Metall 21für den Kathodenrahmen 11 mit Natur- oder Synthesekautschuk beschichtet und anschließend vulkanisiert werden und dadurch auf dem Kern ausMetall 21 eineBeschichtung aus Gummi 22, vorzugsweise eine Beschichtung aus EPDM erzeugt wird, wobei in der Beschichtung ausGummi 22 ein, zwei oder mehrereKanäle Typ II 15 auf der Oberfläche der zweiten Seite 5 erzeugt werden, die mit einem, zwei oder mehreren Kanälen Typ I 14 verbunden sind und der bzw. die den bzw. die Kanäle Typ I 14 mit der zweiten Öffnung 9 verbinden und die, wenn der Kathodenrahmen 11 ineiner PEM Elektrolysezelle 2 oder einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eingebaut ist, in Richtung zurBPP 16 angeordnet sind und wobei in der der zweiten Seite 5 gegenüberliegenden Seite desKathodenrahmens 5" keineKanäle Typ II 15 erzeugt werden, - f) der gemäß d) und e) hergestellte Kathodenrahmen 11
mit dem Anodenrahmen 8 verbunden wird, beispielsweise dadurch, dass der Kathodenrahmen 11 aufden Anodenrahmen 8 aufgesteckt wird und wobei dieBPP 16 zwischen der ersteSeite 4 und der zweiten Seite 5 angeordnet ist und dann diePTL Kathode 10 inden Kathodenrahmen 11 eingelegt oder eingepresst wird.
- a) a
metal core 21 is produced for theanode frame 8 , themetal core 21 comprising afirst side 4 with a planar first surface and a side of theanode frame 4 " opposite thefirst side 4, thefirst side 4 and the opposite Side of theanode frame 4 " comprise afirst opening 6 , which extends from thefirst side 4 to the opposite side of theanode frame 4" and which is framed by theanode frame 8 , one, two or more channels type I 14 for transport of water and gas, the type I channel(s ) 14 not being connected to thefirst opening 6 in theanode frame 8 , and theanode frame 8 having at least one connecting element for connection to thecathode frame 11, e.g. apin 19, includes, - b) at least 90% of the surface of the
metal core 21 produced according to a) for theanode frame 8 is coated with natural or synthetic rubber and then vulcanized, thereby producing arubber coating 22 on themetal core 21 , preferably an EPDM coating is created in the coating ofrubber 22 one, two or more channels type II 15 on the surface of thefirst side 4 , which are connected to one, two or more channels type I 14 and which the channel or channels type I 14 to thefirst opening 6 and which, when theanode frame 8 is installed in a PEMelectrolytic cell 2 or a stacked type PEM electrolytic device 23 , are arranged towards theBPP 16 and wherein in the opposite side of thefirst side 4 of theanode frame 4" no type II 15 channels are generated, - c) the
PTL anode 7 and theBPP 16 are placed or pressed into theanode frame 8 produced according to a) and b), - d) a
metal core 21 is produced for thecathode frame 11 , themetal core 21 comprising asecond side 5 with a planar second surface and a side of thecathode frame 5 " opposite thesecond side 5, thesecond side 5 and the opposite Side of thecathode frame 5 " comprise asecond opening 9 , which extends from thesecond side 5 to the opposite side of thecathode frame 5" and which is framed by thecathode frame 11 , one, two or more channels type I 14 for supply and removal of water and gas, the channel or channels type I 14 are not connected to thesecond opening 9 in thecathode frame 11 , and wherein thecathode frame 11 comprises at least one connecting element for connection to theanode frame 8, e.g. ahole 18 , - e) at least 90% of the surface of the
metal core 21 for thecathode frame 11 produced according to d) is coated with natural or synthetic rubber and then vulcanized, thereby producing arubber coating 22 on themetal core 21 , preferably an EPDM coating is created in the coating ofrubber 22 one, two or more channels type II 15 on the surface of thesecond side 5 , which are connected to one, two or more channels type I 14 and the or the or theType I ducts 14 connecting to thesecond opening 9 and which, when thecathode frame 11 is installed in a PEMelectrolytic cell 2 or a stacked type PEM electrolytic device 23 , are arranged towards theBPP 16 and being in the opposite side of thesecond side 5 of thecathode frame 5" no channels type II 15 are generated, - f) the
cathode frame 11 produced according to d) and e) is connected to theanode frame 8 , for example by thecathode frame 11 being pushed onto theanode frame 8 and theBPP 16 being arranged between thefirst side 4 and thesecond side 5 and then thePTL cathode 10 is inserted or pressed into thecathode frame 11 .
Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zum Betrieb unter Differenzdruck zur Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff umfassend die Verfahrensschritte,
- a) mindestens x
vorassemblierte Baugruppen 20 und mindestens x+1CCMs 13 werden abwechselnd übereinander gestapelt, wobei einStapel vorassemblierter Baugruppen 3 erzeugt wird, wobei in demStapel vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eine vorassemblierte Baugruppe 20 und eineCCM 13 abwechselnd übereinander gestapelt sind und wobei auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eineCCM 13 und zwischen zwei benachbarten vorassemblierten Baugruppen 20 jeweils eineCCM 13 angeordnet ist, und wobei - b) dann auf der einen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Anode parallel zu einer äußeren
CCM 13 angeordnet wird und auf der anderen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Kathode parallel zu einer äußerenCCM 13 angeordnet wird, - c) parallel zu der einzelnen Anode und parallel zu der einzelnen Kathode jeweils eine Endplatte angeordnet und der erzeugte Stapel dann zwischen den zwei Endplatten zu einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zusammengepresst wird,
- a) at least x
preassembled assemblies 20 and at least x+1CCMs 13 are stacked alternately on top of one another, a stack ofpreassembled assemblies 3 being produced, with apreassembled assembly 20 and aCCM 13 being stacked alternately on top of one another in the stack ofpreassembled assemblies 3 and wherein on the upper side and the lower side of the stack ofpreassembled assemblies 3 each have aCCM 13 and between two adjacentpreassembled assemblies 20 each have aCCM 13 , and wherein - b) then on one side of the stack preassembled assemblies 3 a single anode is placed parallel to an
outer CCM 13 and on the on the other side of the stack ofpreassembled assemblies 3 , a single cathode is placed parallel to anouter CCM 13 , - c) an end plate is arranged parallel to the individual anode and parallel to the individual cathode and the stack produced is then compressed between the two end plates to form a stack-type PEM electrolysis device 23 ,
Gegenstand der Erfindung ist eine PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zum Betrieb unter Differenzdruck zur Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff umfassend x vorassemblierte Baugruppen 20, x+1 CCMs 13, eine einzelne Anode, eine einzelne Kathode und zwei Endplatten, wobei die x vorassemblierten Baugruppen 20 und die x+1 CCMs 13 abwechselnd übereinander zu einem Stapel vorassemblierter Baugruppen 3 gestapelt sind, wobei in dem Stapel vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eine vorassemblierte Baugruppe 20 und eine CCM 13 abwechselnd übereinander gestapelt sind und wobei auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eine CCM 13 und zwischen zwei benachbarten vorassemblierten Baugruppen 20 jeweils eine CCM 13 angeordnet ist, und wobei auf der einen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Anode parallel zu einer äußeren CCM 13 angeordnet ist und auf der anderen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Kathode parallel zu einer äußeren CCM 13 angeordnet ist, wobei parallel zu der einzelnen Anode und parallel zu der einzelnen Kathode jeweils eine Endplatte angeordnet ist und der erzeugte Stapel zwischen den zwei Endplatten zu einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zusammengepresst wird, wobei jede der x+1 CCMs 13 in der PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 eine Dicke von weniger als 80 µm, vorzugsweise eine Dicke von weniger als 50 µm oder weniger aufweist und wobei x eine ganze Zahl und ≥ 2 ist.The invention relates to a stack-type PEM electrolysis device 23 for operation under differential pressure to produce high-pressure hydrogen, comprising x preassembled assemblies 20, x+1 CCMs 13, a single anode, a single cathode and two end plates, the x preassembled assemblies 20 and the x+1 CCMs 13 are stacked alternately on top of each other to form a stack of preassembled assemblies 3 , with a preassembled assembly 20 and a CCM 13 being stacked alternately on top of each other in the stack of preassembled assemblies 3 and with the top and bottom of the stack of preassembled assemblies 3 one CCM 13 is arranged in each case and one CCM 13 is arranged between two adjacent preassembled assemblies 20 , and a single anode is arranged parallel to an outer CCM 13 on one side of the stack of preassembled assemblies 3 and on the other side of the stack of preassembled assemblies 3 a single cathode is placed parallel to an outer CCM 13 , with one end plate each placed parallel to the single anode and parallel to the single cathode, and the stack produced is compressed between the two end plates into a stack-type PEM electrolyzer 23 , each of the x+1 CCMs 13 in the stack-type PEM electrolyzer 23 have a thickness of less than 80 µm, preferably a thickness of less than 50 µm or less, and where x is an integer and ≥2.
In die PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 können je nach Bedarf weitere Komponenten an den entsprechenden Stellen eingebaut werden, beispielsweise kann zwischen CCM 13 und Endplatte jeweils eine Isolierplatte eingebaut werden. Isolierplatten an diesen Stellen verhindern beispielsweise, dass die Endplatten z.B. bei der Verwendung von Schrauben nicht kurzgeschlossen werden. Entsprechende Komponenten sind dem Fachmann bekannt. Der Fachmann kann das Herstellungsverfahren entsprechend anpassen.In the PEM electrolysis device of the stack type 23 , other components can be installed at the appropriate points as required, for example an insulating plate can be installed between the
Gegenstand der Erfindung ist auch eine PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zum Betrieb unter Differenzdruck zur Erzeugung von Hochdruck-Wasserstoff umfassend x vorassemblierte Baugruppen 20, x+1 CCMs 13, eine einzelne Anode, eine einzelne Kathode und zwei Endplatten, wobei die x vorassemblierten Baugruppen 20 und die x+1 CCMs 13 abwechselnd übereinander zu einem Stapel vorassemblierter Baugruppen 3 gestapelt sind, wobei in dem Stapel vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eine vorassemblierte Baugruppe 20 und eine CCM 13 abwechselnd übereinander gestapelt sind und wobei auf der Oberseite und der Unterseite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 jeweils eine CCM 13 und zwischen zwei benachbarten vorassemblierten Baugruppen 20 jeweils eine CCM 13 angeordnet ist, und wobei auf der einen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Anode parallel zu einer äußeren CCM 13 angeordnet ist und auf der anderen Seite des Stapels vorassemblierter Baugruppen 3 eine einzelne Kathode parallel zu einer äußeren CCM 13 angeordnet ist, wobei parallel zu der einzelnen Anode und parallel zu der einzelnen Kathode jeweils eine Endplatte angeordnet ist und der erzeugte Stapel zwischen den zwei Endplatten zu einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 zusammengepresst wird, wobei jede der x+1 CCMs 13 in der PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23) eine Dicke von weniger als 80 µm hat und wobei x eine ganze Zahl und ≥ 2 ist.The invention also relates to a stack-type PEM electrolysis device 23 for operation under differential pressure to generate high-pressure hydrogen, comprising x preassembled assemblies 20, x+1 CCMs 13, a single anode, a single cathode and two end plates, the x preassembled assemblies 20 and the x+1 CCMs 13 are stacked alternately on top of one another to form a stack of preassembled assemblies 3 , with a preassembled assembly 20 and a CCM 13 being stacked alternately on top of one another in the stack of preassembled assemblies 3 and on the top and bottom of the stack of preassembled assemblies 3 each has a CCM 13 and between two adjacent preassembled assemblies 20 each a CCM 13 is arranged, and wherein on one side of the stack of preassembled assemblies 3 a single anode is arranged parallel to an outer CCM 13 and on the other side of the stack of preassembled assemblies 3 a single cathode is placed in parallel with an outer CCM 13 , with one end plate each placed parallel to the single anode and parallel to the single cathode, and the stack produced is compressed between the two end plates into a stack-type PEM electrolyzer 23 , each of the x+1 CCMs 13 in the stack-type PEM electrolyzer 23) has a thickness of less than 80 µm and where x is an integer and ≥2.
In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 mindestens 2 oder 3 oder 5 oder mehr, beispielsweise 10, 50, 100, 500, 1000 oder mehr vorassemblierte Baugruppen 20. Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 neben einer Anzahl von x vorassemblierten Baugruppen 20, wobei x eine ganze Zahl und ≥ 2 ist, einen Kathodenrahmen 11, eine CCM 13, einen Anodenrahmen 8 und zwei Endplatten. In der erfindungsgemäßen PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 sind vorzugsweise die erste und die letzte PEM Elektrolysezelle 2 anders als die dazwischen liegenden. Beispielsweise wird zur Herstellung einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 auf einem Kathodenrahmen 11 eine CCM 13 angeordnet, auf der CCM 13 werden x vorassemblierte Baugruppen 20 und x CCMs 13 abwechselnd gestapelt, und darauf ein Anodenrahmen 8. Der Stapel wird zwischen Endpatten zu einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 verpresst, wobei x eine ganze Zahl und ≥ 2 ist.In preferred embodiments, the PEM electrolysis device of the stack type 23 comprises at least 2 or 3 or 5 or more, for example 10, 50, 100, 500, 1000 or more
Ein weiterer Vorteil der Erfindung sind die Kosten. Die Kanäle Typ II 15 werden nicht aus jedem Anodenrahmen 8 und jedem Kathodenrahmen 11 ausgefräst, sondern einmalig in ein Werkzeug überführt. Ein Werkzeug ist das Negativ zum Anodenrahmen 8, ein weiteres Werkzeug ist das Negativ zum Kathodenrahmen 11. Die Kanäle Typ II 15 werden in das Werkzeug überführt und wie ein Stempel quasi in den Dichtwerkstoff, vorzugsweise das Gummi, beispielsweise EPDM eingebracht. Mit Hilfe des Werkzeugs wird durch Vulkanisation der Kern aus Metall 21 mit dem Dichtwerkstoff, vorzugsweise Gummi, beispielsweise EPDM, beschichtet, wobei gleichzeitig die Kanäle Typ II 15 in den erfindungsgemäß gewünschten Bereichen des Anodenrahmens 8 und / oder des Kathodenrahmens 11 erzeugt werden. Die durch Vulkanisation von Anodenrahmen 8 und / oder Kathodenrahmen 11 erzeugten Formteile bzw. Gummiformteile lassen sich direkt verwenden und können in großer Stückzahl kostengünstig hergestellt werden.Another advantage of the invention is cost. The type II
Die PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23 wird vorzugsweise so ausgeführt werden, dass alle Komponenten eine glatte und homogene Oberfläche aufweisen, sodass keine Spannungsspitzen auf der CCM 13 auftreten. Um bei Gasdruck ein Kriechen 24 der CCM 13 in die Poren der PTL Anode 7 und / oder der PTL Kathode 10 zu verhindern, werden beispielsweise PTL Anoden 7 und / oder PTL Kathoden 10 mit einem Porendurchmesser < 0,1 mm verwendet. Beispielsweise können als PTL Anode 7 und / oder PTL Kathode 10 PTLs mit einer sogenannten ,Mikroporous Layer', also einer besonders homogenen Oberfläche, verwendet werden.The stack-type PEM electrolyzer 23 is preferably designed so that all components have a smooth and homogeneous surface, so that no voltage peaks occur on the
Der Anodenrahmen 8 und der Kathodenrahmen 11 können einfach zu einer vorassemblierten Baugruppe 20 zusammengefügt werden, da Dichtung und Anodenrahmen 8 bzw. Dichtung und Kathodenrahmen 11 jeweils aus einem Bauteil bestehen. Vorzugsweise wird zur Herstellung einer vorassemblierten Baugruppe 20 eine BPP 16, die mit einer PTL Anode 7 verbunden ist verwendet. Beispielsweise sind BPP 16 und PTL Anode 7 verschweißt, so dass BPP 16 und PTL Anode 7 als ein Bauteil vorliegen. Der Anodenrahmen 8 wird zunächst auf die BPP 16 und die PTL Anode 7 eingepresst. Beispielsweise kann der Anodenrahmen 8 zusätzlich einen zweiten Stift aufweisen, der in die BPP 16 eingesteckt werden kann. Anschließend wird der Anodenrahmen 8 mit der eingepressten PTL Anode 7 und der BPP 16 umgedreht und der Kathodenrahmen 11 kann auf der anderen Seite des Anodenrahmens 8 ebenfalls eingesteckt werden. Anschließend wird die PTL Kathode 10 in den Kathodenrahmen 11 eingelegt (
Figuren:
-
Figur 1 : Klassischer Aufbau einer PEM Elektrolysezelle aus dem Stand derTechnik mit Rahmen 1, katalysatorbeschichteter Membran (CCM) 13, Bipolarplatte (BPP) 16,PTL Anode 7,PTL Kathode 10mit Spalt 17zwischen Rahmen 1 undPTL Anode 7und Rahmen 1und PTL Kathode 10. -
Figur 2 :Rahmen 1gemäß Figur 1 mit Verformung des Rahmens 1 und Bildung eines größeren Spalts 17 zwischen Rahmen 1 undPTL Anode 7und Rahmen 1und PTL Kathode 10 und Kriechen 24 derCCM 13 inden vergrößerten Spalt 17zwischen Rahmen 1 undPTL Anode 7und Rahmen 1und PTL Kathode 10. -
Figur 3a :Erfindungsgemäßer Rahmen 1 umfassend einen Kern ausMetall 21, eineBeschichtung aus Gummi 22 und in der Beschichtung ausGummi 22einen Kanal Typ 2 15. -
Figur 3b :Erfindungsgemäßer Rahmen 1 umfassend einen Kern ausMetall 21, eineBeschichtung aus Gummi 22 und Teil eines KanalsTyp II 15 in derBeschichtung aus Gummi 22. -
Figur 4 :Erfindungsgemäßer Kathodenrahmen 11mit zweiter Öffnung 9,zwei Löchern 18 als Verbindungselement zur Verbindungmit dem Anodenrahmen 8, zwanzig Kanälen Typ I 14 und mehreren Kanälen TypII 15 auf der zweitenSeite 5, diedie zweite Öffnung 9 mit zehn Kanälen Typ I 14 verbinden. -
Figur 5 :Erfindungsgemäßer Anodenrahmen 8mit erster Öffnung 6,zwei Stiften 19 als Verbindungselement zur Verbindungmit dem Kathodenrahmen 11, zwanzig Kanälen Typ I 14 und mehreren Kanälen TypII 15 auf der erstenSeite 4, die die ersteÖffnung 6 mit zehn Kanälen Typ I 14 verbinden. -
Figur 6 : Verfahren zur Herstellung einer vorassemblierten Baugruppe 20 mit den Verfahrensschritten a) Ausgangslage:PTL Anode 7und BPP 16 sind verbunden (7 + 16), b) 1. Schritt:Stift 19 desAnodenrahmens 8 werden indie Löcher 19der BPP 16 eingesteckt, c)2. Schritt: Umdrehen der Anordnung aus b), d)3. Schritt:Kathodenrahmen 11 in die Anordnung einstecken, e) 4. Schritt:PTL Kathode 10 indie zweite Öffnung 9 einlegen. -
Figur 7a :Vorassemblierte Baugruppe 20. Zu sehen sind alle 4 Teile, die zu der vorassemblierten Baugruppe 20 gehören: dieKathodenrahmen 11,Anodenrahmen 8 und die BPP/PTL Anode (7+16), und diePTL Kathode 10. Einmal als Explosionsdarstellung und einmal als zusammengesetztes Teil. -
Figur 7b :Vorassemblierte Baugruppe 20 in der Seitenansicht. -
Figur 7c : Vergrößerter Ausschnitt der vorassemblierten Baugruppe 20mit dem Absatz 12. -
Figur 8 : Gezeigt ist ein Ausschnitt eines schematischen Aufbaus einer erfindungsgemäßen Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp 23, der die Anordnung eines Stapels mit dreiPEM Elektrolysezellen 2 zeigt. Der Ausschnitt umfasst einen Kathodenrahmen 11mit PTL Kathode 10, einen Stapel von zwei vorassemblierten Baugruppen 20 und einen Anodenrahmen 8 mit PTL Anode 7.Die Pfeile zeigen die Richtung des Gasdrucks bei einer Hochdruck-Wasserstoffelektrolyse, dieunter Differenzdruck von 40 bar durchgeführt wird. -
Figur 9 : Beispielhafte Abmessungen für einen Kathodenrahmen 11 und einen dazu passenden Anodenrahmen 8.
-
figure 1 : Classic prior art PEM electrolytic cell design withframe 1, catalyst coated membrane (CCM) 13, bipolar plate (BPP) 16,PTL Anode 7,PTL cathode 10 withgap 17 betweenframe 1 andPTL anode 7 andframe 1 andPTL cathode 10. -
figure 2 :frame 1 according tofigure 1 with deformation offrame 1 and formation of alarger gap 17 betweenframe 1 andPTL anode 7 andframe 1 andPTL cathode 10 and creeping 24 of theCCM 13 into theenlarged gap 17 betweenframe 1 andPTL anode 7 andframe 1 andPTL cathode 10 . -
Figure 3a :Frame 1 according to the invention comprising ametal core 21, arubber coating 22 and in the rubber coating 22 achannel type 2 15. -
Figure 3b :Frame 1 according to the invention comprising ametal core 21, arubber coating 22 and part of atype II channel 15 in therubber coating 22. -
figure 4 :Cathode frame 11 according to the invention withsecond opening 9, twoholes 18 as a connecting element for connection to theanode frame 8, twenty channels type I 14 and several channels type II 15 on thesecond side 5 connecting thesecond opening 9 with ten channels type I 14 . -
figure 5 :Anode frame 8 according to the invention withfirst opening 6, twopins 19 as a connecting element for connection to thecathode frame 11, twenty channels type I 14 and several channels type II 15 on thefirst side 4 connecting thefirst opening 6 with ten channels type I 14 . -
figure 6 : Process for the production of apreassembled module 20 with the process steps a) Initial situation:PTL anode 7 andBPP 16 are connected (7 + 16), b) 1st step:Pin 19 of theanode frame 8 is inserted into theholes 19 of theBPP 16 , c)2. Step: turning over the arrangement from b), d)3. Step: Insert thecathode frame 11 into the arrangement, e) 4th step: Insert thePTL cathode 10 into thesecond opening 9 . -
Figure 7a :Pre-assembled assembly 20. You can see all 4 parts that belong to the pre-assembled assembly 20 : thecathode frame 11,anode frame 8 and the BPP/PTL anode (7+16), and thePTL cathode 10. Once as an exploded view and once as a composite part. -
Figure 7b :Preassembled assembly 20 in side view. -
Figure 7c : Enlarged section of thepre-assembled assembly 20 withparagraph 12. -
figure 8 1: A section of a schematic structure of an electrolysis device of the stack type 23 according to the invention is shown, which shows the arrangement of a stack with threePEM electrolysis cells 2 . The section includes acathode frame 11 withPTL cathode 10, a stack of twopreassembled assemblies 20 and ananode frame 8 withPTL anode 7. The arrows show the direction of the gas pressure in a high-pressure hydrogen electrolysis, which is carried out under a differential pressure of 40 bar. -
figure 9 : Exemplary dimensions for acathode frame 11 and a matchinganode frame 8.
Claims (10)
wobei die erste Öffnung (6) im Anodenrahmen (8) die PTL Anode (7) umfasst und die zweite Öffnung (9) im Kathodenrahmen (11) die PTL Kathode (10) umfasst und wobei die CCM (13) zwischen der der ersten Seite (4) gegenüberliegenden Seite des Anodenrahmens (4") und der der zweiten Seite (5) gegenüberliegende Seite des Kathodenrahmens (5") angeordnet ist, wobei die eine Seite der CCM (13) auf der PTL Anode (7) aufliegt und die andere Seite der CCM (13) auf dem Absatz (12) und der PTL Kathode (10) aufliegt.PEM electrolytic cell (2) for operation under differential pressure of up to 40 bar to generate high-pressure hydrogen, comprising a CCM (13), a PTL anode (7), a PTL cathode (10), characterized in that the PEM electrolytic cell (2 ) comprises a frame (1) according to any one of claims 1 to 4,
wherein the first opening (6) in the anode frame (8) comprises the PTL anode (7) and the second opening (9) in the cathode frame (11) comprises the PTL cathode (10) and the CCM (13) between the first side (4) opposite side of the anode frame (4") and the second side (5) opposite side of the cathode frame (5") , with one side of the CCM (13) resting on the PTL anode (7) and the other side of the CCM (13) rests on the shoulder (12) and the PTL cathode (10) .
wobei parallel zu der einzelnen Anode und parallel zu der einzelnen Kathode jeweils eine Endplatte angeordnet ist und der erzeugte Stapel zwischen den zwei Endplatten zu einer PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp (23) zusammengepresst wird, wobei jede der x+1 CCMs (13) in der PEM Elektrolysevorrichtung vom Stapeltyp (23) eine Dicke von weniger als 80 µm hat und wobei x eine ganze Zahl und ≥ 2 istStack-type PEM electrolyzer (23) operating under differential pressure to produce high pressure hydrogen comprising x preassembled assemblies (20), x+1 CCMs (13), a single anode, a single cathode and two end plates, the x preassembled assemblies ( 20) and the x+1 CCMs (13) are stacked alternately on top of one another to form a stack of preassembled assemblies (3 ) , a preassembled assembly (20) and a CCM (13) being stacked alternately on top of one another in the stack of preassembled assemblies (3). and wherein one CCM (13) each is arranged on the upper side and the underside of the stack of preassembled assemblies (3) and one CCM (13) is arranged between two adjacent preassembled assemblies (20) , and wherein on one side of the stack of preassembled assemblies ( 3) a single anode is arranged parallel to an outer CCM (13) and on the other side of the stack of preassembled assemblies (3) a single cathode is arranged parallel to an outer CCM (13) ,
wherein an end plate is arranged parallel to the single anode and parallel to the single cathode respectively, and the stack produced is compressed between the two end plates into a stack-type PEM electrolyzer (23) , each of the x+1 CCMs (13) in the PEM Stack-type electrolyzer (23) has a thickness of less than 80 µm and x is an integer and ≥ 2
Priority Applications (11)
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---|---|---|---|
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CA3233829A CA3233829A1 (en) | 2021-10-14 | 2022-10-12 | Frame for pem electrolytic cells and pem electrolytic cell stacks for the production of high-pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis |
PCT/EP2022/078404 WO2023062081A2 (en) | 2021-10-14 | 2022-10-12 | Frame for pem electrolysis cells and pem electrolysis cell stack for generating high-pressure hydrogen by means of differential pressure electrolysis |
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN116288457A (en) * | 2023-05-23 | 2023-06-23 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Porous transport layer and PEM electrolyzer |
WO2024141230A1 (en) * | 2022-12-29 | 2024-07-04 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolytic cell, membrane structure, method for producing a membrane-electrode assembly and method for producing a membrane structure |
WO2024175360A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolysis cell and method for operating an electrolysis cell having a membrane-electrode assembly |
WO2024175359A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolysis cell, membrane structure, method for producing a membrane-electrode assembly, method for producing a membrane structure and method for operating an electrolysis cell with a membrane-electrode assembly |
WO2024175350A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Electrochemical cell having a coated membrane |
Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2533728A1 (en) * | 1974-07-29 | 1976-02-12 | Rhone Poulenc Ind | ELECTROLYSIS CELL WITH BIPOLAR ELECTRODES IN PARTICULAR FOR THE ELECTROLYSIS OF A SOLUTION OF ALKALINE SALT |
US6669826B1 (en) | 2001-04-11 | 2003-12-30 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Compact proton exchange membrane (PEM) electrochemical cell stack |
US6852441B2 (en) | 2001-12-17 | 2005-02-08 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Reinforcement of multiple electrochemical cell frames for high-pressure operation |
EP1356134B1 (en) | 2001-02-01 | 2005-09-28 | Donald W. Kirk | Electrochemical cell stacks |
US7507493B2 (en) | 2005-05-31 | 2009-03-24 | Froton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell having protection against creep |
US8282811B2 (en) | 2001-08-29 | 2012-10-09 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Method and system for producing high-pressure hydrogen |
US8349151B2 (en) | 2008-12-23 | 2013-01-08 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Universal cell frame for high-pressure water electrolyzer and electrolyzer including the same |
DE102014010813A1 (en) | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Etogas Gmbh | Frame for an electrolyzer, electrolysis cell module and electrolyzer |
EP3462528A1 (en) | 2012-07-24 | 2019-04-03 | Nuvera Fuel Cells, LLC | Arrangement of flow structures for use in high differential pressure electrochemical cells |
WO2020039218A1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-27 | Thalesnano Energy Zrt. | Modular electrolyzer cell to generate gaseous hydrogen at high pressure and with high purity |
US20200099061A1 (en) * | 2016-12-22 | 2020-03-26 | Johnson Matthey Fuel Cells Limited | Catalyst-coated membrane having a laminate structure |
EP3699323A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-26 | Hymeth ApS | Electrode system |
EP3770303A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-27 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Electrode packing unit for a stack structure of an electrochemical reactor |
US20210147986A1 (en) * | 2017-07-03 | 2021-05-20 | Sintef Tto As | A method for producing hydrogen in a pem water electrolyser system, pem water electrolyser cell, stack and system |
-
2021
- 2021-10-14 EP EP21202604.1A patent/EP4166691A1/en active Pending
Patent Citations (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2533728A1 (en) * | 1974-07-29 | 1976-02-12 | Rhone Poulenc Ind | ELECTROLYSIS CELL WITH BIPOLAR ELECTRODES IN PARTICULAR FOR THE ELECTROLYSIS OF A SOLUTION OF ALKALINE SALT |
EP1356134B1 (en) | 2001-02-01 | 2005-09-28 | Donald W. Kirk | Electrochemical cell stacks |
US6669826B1 (en) | 2001-04-11 | 2003-12-30 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Compact proton exchange membrane (PEM) electrochemical cell stack |
US8282811B2 (en) | 2001-08-29 | 2012-10-09 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Method and system for producing high-pressure hydrogen |
US6852441B2 (en) | 2001-12-17 | 2005-02-08 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Reinforcement of multiple electrochemical cell frames for high-pressure operation |
US7507493B2 (en) | 2005-05-31 | 2009-03-24 | Froton Energy Systems, Inc. | Electrochemical cell having protection against creep |
US8349151B2 (en) | 2008-12-23 | 2013-01-08 | Giner Electrochemical Systems, Llc | Universal cell frame for high-pressure water electrolyzer and electrolyzer including the same |
EP3462528A1 (en) | 2012-07-24 | 2019-04-03 | Nuvera Fuel Cells, LLC | Arrangement of flow structures for use in high differential pressure electrochemical cells |
DE102014010813A1 (en) | 2014-07-23 | 2016-01-28 | Etogas Gmbh | Frame for an electrolyzer, electrolysis cell module and electrolyzer |
US20200099061A1 (en) * | 2016-12-22 | 2020-03-26 | Johnson Matthey Fuel Cells Limited | Catalyst-coated membrane having a laminate structure |
US20210147986A1 (en) * | 2017-07-03 | 2021-05-20 | Sintef Tto As | A method for producing hydrogen in a pem water electrolyser system, pem water electrolyser cell, stack and system |
WO2020039218A1 (en) * | 2018-08-20 | 2020-02-27 | Thalesnano Energy Zrt. | Modular electrolyzer cell to generate gaseous hydrogen at high pressure and with high purity |
EP3699323A1 (en) * | 2019-02-20 | 2020-08-26 | Hymeth ApS | Electrode system |
EP3770303A1 (en) * | 2019-07-26 | 2021-01-27 | Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg | Electrode packing unit for a stack structure of an electrochemical reactor |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024141230A1 (en) * | 2022-12-29 | 2024-07-04 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolytic cell, membrane structure, method for producing a membrane-electrode assembly and method for producing a membrane structure |
WO2024175360A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolysis cell and method for operating an electrolysis cell having a membrane-electrode assembly |
WO2024175359A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Membrane-electrode assembly for an electrolysis cell, membrane structure, method for producing a membrane-electrode assembly, method for producing a membrane structure and method for operating an electrolysis cell with a membrane-electrode assembly |
WO2024175350A1 (en) * | 2023-02-21 | 2024-08-29 | Robert Bosch Gmbh | Electrochemical cell having a coated membrane |
CN116288457A (en) * | 2023-05-23 | 2023-06-23 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Porous transport layer and PEM electrolyzer |
CN116288457B (en) * | 2023-05-23 | 2023-08-18 | 上海治臻新能源股份有限公司 | Porous transport layer and PEM electrolyzer |
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