EP4355930A1

EP4355930A1 - Elektrodenplatte für eine elektrolyse-anlage

Info

Publication number: EP4355930A1
Application number: EP22726588.1A
Authority: EP
Inventors: Marcel EHMANN; Benedikt WEHNER; Ramon Jurjanz; Torsten Keller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2021-06-16
Filing date: 2022-05-20
Publication date: 2024-04-24
Anticipated expiration: 2042-05-20
Also published as: JP7615355B2; EP4355930C0; JP2024517357A; EP4355930B1; WO2022262894A1; US20240279827A1

Abstract

Eine Elektrodenplatte (1) für ein Elektrolysesystem (10) aus Metallblech, insbesondere zur Wasserstoffherstellung, weist ein Aktivfeld (3) sowie einen dieses umgebenden Rahmenbereich (2), jeweils mit rechteckiger Grundform auf. Der Rahmenbereich (2) ist in einer Basisebene (E) des unverformten Metallblechs ausgebildet. Das Aktivfeld (3) weist eine Prägestruktur (6) in Form einzelner, ausgehend von der Basisebene (E) erhabener und vertiefter Prägeelemente (14, 15, 16, 17) einschließlich einer Vielzahl an linearen Prägeleisten (14, 15) auf, die in einer Zeilen- und Spaltenanordnung derart positioniert sind, dass sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung jeweils alternierend erhabene lineare Prägeleisten (14) und vertiefte lineare Prägeleisten (15) ausgebildet sind, wobei sämtliche lineare Prägeleisten (14, 15) einer Zeile in gleicher Weise gegenüber den Längsseiten des Aktivfeldes (3) und einer dazu parallelen Durchflussrichtung (DR) schräg gestellt sind und die linearen Prägeleisten (14, 15) der nächsten Zeile die gegensinnige, betragsmäßig gleiche Schrägstellung aufweisen.

Description

ELEKTRODENPLATTE FÜR EINE ELEKTROLYSE-ANLAGE

Die Erfindung betrifft eine zur Verwendung in einem Elektrolysesystem vorgesehene Elektrodenplatte. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte für ein Elektrolysesystem, insbesondere zur Produktion von Wasser stoff.

Eine Vorrichtung zum Erzeugen von Wasserstoff mittels Elektrolyse ist beispielsweise in der EP 2 507 410 B1 beschrieben. Die beschriebene Elektrolyseanlage soll dazu geeignet sein, mit Wasser betrieben zu werden, welches aus einer Salz-, Brack- oder Süßwasserquelle entnommen wird. Das Wasser wird hierbei einem Trägergasstrom zugeführt, so dass wenigstens ein Teil des Wassers in verdunsteter Form im Träger gasstrom aufgenommen wird. Der auf diese Weise beladene Trägergasstrom wird schließlich einem Elektrolysator zugeführt.

Aus der EP 1 587 760 B1 ist eine Elektrolysezelle bekannt, welche mehrere Elektroly seplatten umfasst. Die Elektrolyseplatten sind hierbei innerhalb eines Gehäuses an Nuteneinrichtungen befestigt. Das Gehäuse der bekannten Elektrolysezelle weist ei nen Einlass und ein Auslass auf, um den Durchfluss eines Fluids zu ermöglichen. In dem Gehäuse ist eine Vielzahl an Platten in gestapelter Form angeordnet.

Eine in der DE 199 56 787 A1 beschriebene Elektrolyseplatte besteht aus einem äu ßeren, nicht-leitenden Rahmen und einer darin gelagerten, elektrisch leitfähigen, bipo laren Graphitplatte. Zur Zwangsführung von Elektrolytlösungen im Bereich einer Elekt rolytzuführung sind Kunststoffschürzen vorgesehen.

Eine aus der DE 102013225 159 B4 bekannte Anordnung elektrochemischer Zellen, welche beispielsweise zur Durchleitung von Wasser oder wässrigen Elektrolyten vor- gesehen ist, umfasst Grundelemente in Form flächiger Gebilde, die eine Netzstruktur aufweisen oder aus einem porösen Werkstoff gebildet sind. Mehrere Grundelemente sind übereinander angeordnet, wobei Randbereiche der Grundelemente mit Hilfe ei ner Füllmasse fluiddicht verbunden sind.

Verschiedene in den Dokumenten WO 2019/121947 A1 und WO 2020/030644 A1 be schriebene elektrochemische Systeme weisen jeweils Anordnungen aus mehreren Separatorplatten auf, durch die Fluidräume begrenzt sind. Bei den beschriebenen elektrochemischen Systemen kann es sich um Brennstoffzellen oder Elektrolysezelle handeln.

Die EP 3 725 916 A1 offenbart eine zur Verwendung in einer Vorrichtung zur Generie rung von Wasserstoff vorgesehene Elektrolyseplatte, welche eine Öffnung zur Durch leitung von Gas aufweist, wobei Ränder der Öffnung mit einem elektrisch nicht leitfä higen Material abgedeckt sind.

Aus der EP 3 575442 A1 ist ein bipolares elektrisches Gefäß bekannt, welches zur Herstellung von Wasserstoff vorgesehen ist. Die Anode und/oder Kathode des Gefä ßes ist als poröse Elektrode ausgebildet. Bei einer Membran des bipolaren Gefäßes handelt es sich um eine poröse Membran mit anorganischen Bestandteilen. Die Vor richtung nach der EP 3 575 442 A1 soll zur alkalischen Elektrolyse geeignet sein.

Methoden zur Einbindung von Wasserstoffelektrolysesystemen in umfassendere Sys teme, in denen ein Energie- und/oder Medienfluss stattfindet, sind zum Beispiel in den Dokumenten WO 2014/144556 A1 und DE 20 2011 102 525 U1 beschrieben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Herstellung von Elektrolyseplatten in Form von Elektrodenplatten gegenüber dem Stand der Technik weiterzuentwickeln, wobei fertigungstechnischen ebenso wie elektrotechnischen und strömungstechni schen Aspekten Rechnungen getragen werden soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrodenplatte mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte gemäß Anspruch 10. Im Folgenden im Zusammen hang mit dem Herstellungsverfahren erläuterte Ausgestaltungen und Vorteile gelten sinngemäß auch für die Vorrichtung, das heißt für die in einem Elektrolyseur zu ver wendende Elektrodenplatte, und umgekehrt.

Die Elektrodenplatte weist einen Rahmenbereich auf, der ein Aktivfeld umgibt, an wel chem in der fertiggestellten Anlage, das heißt im Elektrolyseur, elektrochemische Re aktionen ablaufen. Das Aktivfeld ist dreidimensional strukturiert. Auf den Rahmenbe reich trifft dies in typischen Ausgestaltungen nicht zu. Dieser ist eben ausgestaltet und wird durch unverformtes, ebenes Metallblech gebildet, das eine Basisebene ausbildet. Das Aktivfeld hat ebenso wie der Rahmenbereich und damit die gesamte Elektroden platte eine rechteckige, typischerweise nicht quadratische Grundform. Mehrere Elekt rodenplatten sind dazu vorgesehen, zu einem Stapel an Elektrolysezellen zusammen gebaut zu werden.

Im Aktivfeld ist eine Prägestruktur in Form von einzelnen, ausgehend von der Basis ebene erhabenen und vertieften Prägeelementen einschließlich einer Vielzahl an line aren, also geradlinig verlaufenden Prägeleisten gegeben. Die linearen Prägeleisten sind hierbei in einer Zeilen- und Spaltenanordnung derart positioniert, dass sowohl in Zeilen- als auch in Spaltenrichtung jeweils alternierend erhabene und vertiefte lineare Prägeleisten ausgebildet sind, wobei sämtliche linearen Prägeleisten einer Zeile in gleicher Weise gegenüber den Längsseiten des Aktivfeldes und einer dazu parallelen Durchflussrichtung für Fluide schräg gestellt sind und die linearen Prägeleisten der nächsten Zeile die gegensinnige, betragsmäßig gleiche Schrägstellung aufweisen. Die Prägeleisten tragen sowohl zur mechanischen Stabilität der Elektrodenplatte als auch zur Strömungsleitung bei. Ferner ermöglichen sie die Leitung elektrischer Ströme über das eingesetzte Metallblech. Die Anordnung der linearen Prägeleisten, die in einem Fischgrätmuster erfolgt, ermöglicht eine besonders gleichmäßige Strömungs- und Flu idverteilung hinsichtlich der vorbeiströmenden Fluide im Bereich der Oberfläche der Elektrodenplatte. Weiterhin bringt die Umformung des Metallblechs aus der Basisebe ne heraus in beide Richtungen senkrecht zur Basisebene einen enormen Zugewinn an mechanischer Stabilität der Elektrodenplatte mit sich, die den Einsatz besonders dünner Metallbleche, insbesondere im Bereich von 150 pm bis 500 pm, erlaubt.

An die linearen Prägeleisten der Elektrodenplatte können weitere Bestandteile der Elektrolysezellen, beispielsweise Gasdiffusionslagen, angrenzen. Die Grenzbereiche zwischen den langgestreckten linearen Prägeleisten und den weiteren Bestandteilen sind hierbei flächig ausgebildet, was sowohl hinsichtlich mechanischer Belastungen als auch hinsichtlich des Flusses elektrischer Ladungen von Vorteil ist. Dies ist insbe sondere bei großtechnischen Elektrolyse-Anlagen zur Herstellung von Wasserstoff re levant.

Gemäß einer fertigungstechnisch vorteilhaften Ausgestaltung ist durch jeweils zwei Zeilen an linearen Prägeleisten ein Sub-Cluster der Prägestruktur gebildet, wobei ins gesamt beispielsweise mindestens vier derartige Sub-Cluster hintereinandergeschal tet sind. Die Hintereinanderschaltung bezieht sich auf die Strömungsrichtung des Flu ids oder Elektrolyten, welche in typischer Ausgestaltung der Längsrichtung der Elekt rodenplatte entspricht. Ebenso sind Varianten realisierbar, in welchen ein Sub-Cluster aus mehr als zwei Reihen an linearen Prägeleisten aufgebaut ist. In jedem Fall kann der Abstand zwischen zwei Sub-Clustern zum Beispiel mindestens 5% und höchstens 10% der in Längsrichtung der Elektrodenplatte zu messenden projizierten Länge der in einer Zeile angeordneten linearen Prägeleisten entsprechen.

Die Prägeelemente, welche neben linearen Prägeleisten insbesondere auch Präge punkte darstellen können, haben im Vergleich zur Länge und Breite des Aktivfeldes in zahlreichen möglichen Gestaltungen der aus Metallblech, zum Beispiel aus nichtros tendem Stahl oder Titan, geformten Elektrodenplatte vergleichsweise geringe Abmes- sungen. Beispielsweise sind in jeder Zeile mindestens drei erhabene und mindestens drei vertiefte Prägeelemente, insbesondere lineare Prägeleisten, angeordnet.

Im Ein- und/oder Auslaufbereich des Fluids oder Elektrolyten, das heißt in der ersten und letzten Zeile der Prägestruktur, können die erhabenen linearen Prägeleisten die volle, auch bei den linearen Prägeleisten der übrigen Zeilen gegebene Länge aufwei sen, wogegen die vertieften linearen Prägeleisten als stark verkürzte, insbesondere höchstens halb so lange lineare Prägeleisten ausgebildet sind, wobei die Verkürzung der vertieften linearen Prägeleisten zum Rand der Prägestruktur hin gegeben ist. In entsprechender Weise ist es möglich, am eingangsseitigen und/oder ausgangsseiti gen Rand der Prägestruktur die erhabenen linearen Prägeleisten zu verkürzen, wäh rend die vertieften linearen Prägeleisten in unverkürzter Form vorliegen. Die einseitige Verkürzung der linearen Prägeleisten ist in jedem Fall nutzbar, um ein Bauteil des Elektrolysestacks, zum Beispiel einen Rahmen oder eine Dichtung, in flächigen Kon takt mit der Elektrodenplatte zu bringen.

Gemäß einer möglichen Weiterbildung unterscheidet sich die Höhe der erhabenen li nearen Prägleisten von der Höhe der vertieften linearen Prägeleisten, wobei die Er scheinung einer linearen Prägeleiste als „erhaben“ oder „vertieft“ stets davon abhängt, von welcher Seite des Metallblechs aus die lineare Prägeleiste betrachtet wird. Statt „Höhe der Prägeleisten“ wird auch der Begriff „Prägetiefe“ verwendet. Die Prägetiefe ist orthogonal zur Basisebene des unverformten Metallblechs zu messen. Durch die sich unterscheidenden Prägetiefen zur einen und zur anderen Seite des Metallblechs hin ist eine Asymmetrie der Prägestruktur gegeben. Diese Asymmetrie ist nutzbar, um auf der kathodischen und anodischen Seite der Elektrodenplatte gezielt unterschiedli che Strömungsverhältnisse einzustellen. Insbesondere beträgt die Differenz zwischen der auf der kathodischen Seite gegebenen Prägetiefe und der auf der anodischen Sei te gegebenen Prägetiefe mehr als die, von der Basisebene des Metallblechs aus zu messende, Blechstärke des Metallblechs. Allgemein ist die Elektrodenplatte durch umformende Verfahren rationell herstellbar, indem eine Vielzahl einzelner Prägeelemente erzeugt wird, welche zu beiden Seiten der Elektrodenplatte hin unterschiedlich weit aus den Oberflächen des unverfomten Metallblechs herausragen und zusammen auf jeder Seite der Elektrodenplatte ein Fischgrätmuster beschreiben.

Die Elektrodenplatte einschließlich der als Fischgrätmuster vorliegenden Strukturie rung kann mit einer ein- oder mehrlagigen Beschichtung versehen sein. Hierbei ist nicht notwendigerweise die gesamte Elektrodenplatte in einheitlicher weise beschich tet. Insbesondere kann eine Beschichtung ausschließlich im Aktivfeld, nicht jedoch im Rahmenbereich, gegeben sein. Ebenso ist es möglich, den Rahmenbereich in vom Aktivfeld abweichender Weise zu beschichten.

In allen Ausführungsformen liegt ein Vorteil der Elektrodenplatte insbesondere darin, dass durch ein dreidimensionales, doppelseitig geformtes Design eine laminare, gleichmäßig über das Aktivfeld verteilte Medienströmung unterstützt wird. Die Erhe bungen und Vertiefungen im Aktivfeld, sofern sie nicht lediglich punktförmig aus der Oberfläche herausragen, können stark modifiziert an eine Sinusform angelehnt sein. Im Unterschied zu einer sinusförmigen Profilierung können insbesondere Plateaus gegeben sein, welche in maximal von der Oberfläche des unverformten Metallblechs entfernten Ebenen liegen. Dies gilt sowohl für den Längsschnitt als auch für den Querschnitt durch eine lineare Prägeleiste. In beiden Fällen sind Flanken der linearen Prägleisten beispielsweise um einen Winkel von 30° bis 60° gegenüber der Ebene, in welcher die nicht oder nicht wesentlich verformte Oberfläche des Metallblechs liegt, schräg gestellt, womit eine im Schnitt trapezförmige Gestaltung in Längs- wie in Quer richtung gegeben sein kann.

In Draufsicht auf die Elektrodenplatte können die einzelnen linearen Prägeleisten bei spielsweise um einen betragsmäßig einheitlichen Winkel von 45° ± 15° gegenüber den Längsseiten der Elektrodenplatte schräg gestellt sein. Zusammen mit der be schriebenen Längs- und Querschnittsgestaltung ergibt sich damit ein strömungslei- tender Effekt, der auf die Vermeidung von Toträumen beim Betrieb des Elektrolyseurs ausgelegt ist, wobei insbesondere die Ausbildung von stationären Wirbeln in Vertie fungen minimiert ist.

Gemäß einer abgewandelten Ausführungsform ist die Anordnung, insbesondere fischgrätartige Anordnung, der schräg zur Strömungsrichtung des Fluids oder Elektro lyten gestellten linearen Prägeleisten von zwei an den Längsseiten des Aktivfeldes be findlichen Reihen an Prägeelementen, beispielsweise Prägepunkten, flankiert, welche in Spaltenrichtung der Prägestruktur ausgerichtet sind. Diese im Vergleich zu den li nearen Prägeleisten kleinen, insbesondere nahezu punktuellen Prägeelemente, wel che sich in jeweils einem Streifen am Rand der Aktivfeldes, das heißt am Übergang zum Rahmenbereich, befinden, haben den Effekt, dass in den betreffenden schmalen Bereichen eine Beruhigung der Strömung eintritt, insbesondere Strömungskomponen ten orthogonal zur Längsrichtung der Elektrodenplatte im Vergleich zur Mitte des Ak tivfeldes gedämpft werden.

Statt punktförmiger Erhebungen können in den seitlichen Bereichen des Aktivfeldes, welche sich vom Einström bereich bis zum Ausströmbereich des Fluids oder Elektroly ten erstrecken, auch Prägeelemente vorhanden sein, welche jeweils eine V-Form be schreiben, wobei sich am Anfang und am Ende einer jeden Zeile an linearen Präge leisten ein solches V-förmiges Prägeelement befindet. Hierbei sind die V-Schenkel der Prägeelemente auf die zellenförmig aufgereihten linearen Prägeleisten zu gerichtet. Dies bedeutet, dass jede Zeile an schräg gestellten linearen Prägeleisten durch zwei V-förmige Prägeelemente in der Art eines Zeichens „spitze Klammer auf“ und eines Zeichens „spitze Klammer zu“ eingeschlossen ist. Die V-förmigen, als spitze Klam mern erscheinenden Prägeelemente können derart dimensioniert sein, dass sie nur teilweise durch ein auf der Elektrodenplatte aufliegendes Bauteil des Elektrolyse stacks abgedeckt sind. Das Bauteil, durch welches eine Rahmenstufe gebildet sein kann, befindet sich dabei außerhalb der Aktivfläche, wobei die rinnenartigen Vertie fungen, welche in Form der V-Schenkel gegeben sind, aus der Abdeckung hervorra gen, während sich der mittige Knick eines jeden V-förmigen Prägeelementes unter der Abdeckung befindet. Durch diese Konstellation werden zwei Vorteile erreicht: Zum ei nen wird ein nicht funktionaler Medienstrom am Rand des Aktivfeldes weitgehend un terbunden; zum anderen wird ein geringer Medienstrom durch die Kanäle, welche durch die V-förmigen Prägeelemente gebildet sind, zugelassen, womit die Ansamm lung von Fluiden in Toträumen vermieden wird.

Im gesamten Aktivfeld sorgt die Strukturierung der Elektrodenplatte dafür, dass der strömende Elektrolyt beziehungsweise das Fluid auch eine Bewegungskomponente normal zur Ebene, welche durch die Basisebene definiert ist, erfährt. Diese Strö mungskomponenten von der Basisebene weg - oder auch zur Basisebene hin - wer den unter anderem dadurch generiert, dass in Strömungsrichtung aufeinander folgen de Zeilen an linearen Prägeleisten alternierend aus Prägeleisten aufgebaut sind, wel che in einer ersten Zeile in einem einheitlichen Winkel gegenüber der Längsrichtung des Aktivfeldes angestellt sind und in der folgenden Zeile mit entgegengesetzter Ori entierung und betragsmäßig gleichem Winkel ebenfalls schräg gestellt sind, wobei auch die bereits erwähnten Flankenwinkel, die bei jeder linearen Prägeleiste und auch bei den punktförmigen und eventuellen sonstigen Prägeelementen gegeben sind, eine Rolle spielen.

Nachfolgend werden mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer Elektrodenplatte für eine Elektroly se-Anlage in Draufsicht,

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Elektrodenplatte für eine Elektro lyse-Anlage in Ansicht analog Fig. 1 ,

Fig. 3 ein Detail einer Prägestruktur einer Elektrodenplatte in Draufsicht, Fig. 4 und 5 die Prägestruktur in Schnittdarstellungen,

Fig. 6 eine weitere Draufsicht auf die Prägestruktur mit schematischer Markie- rung der Schnittlinien (zu Fig. 4 und 5),

Fig. 7 in perspektivischer Ansicht eine Elektrodenplatte mit V-förmigen Prä geelementen an den Längsseiten des Aktivfeldes, Fig. 8 in perspektivischer, rückseitiger Ansicht eine Elektrodenplatte mit stark verkürzten Prägeleisten im Ein- und Auslaufbereich des Aktivfeldes,

Fig. 9 die Elektrodenplatte nach Fig. 7 in schematisierter Ansicht analog Fig. 6, Fig. 10 die Elektrodenplatte nach Fig. 8 in schematisierter Ansicht analog Fig. 9.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich, soweit nicht anders angegeben, auf sämt liche Ausführungsbeispiele. Einander entsprechende oder prinzipiell gleichwirkende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Elektrodenplatte ist aus Stahlblech hergestellt und zur Verwendung in einer nicht weiter dargestellten Elektro lyse-Anlage zur Wasserstoffproduktion, kurz auch als Elektrolysesystem 10 bezeich net, vorgesehen. Hinsichtlich des prinzipiellen Aufbaus und der Funktion solcher Elektrolyse-Anlagen wird auf den eingangs zitierten Stand der Technik verwiesen.

Die Elektrodenplatte 1 ist aus einem Metallblech gebildet und hat eine rechteckige, nicht quadratische Form, wobei ein ebener Rahmenbereich 2 eine dreidimensional strukturierte Aktivfläche 3 umgibt. Im Rahmenbereich 2 befinden sich mehrere, im Ausführungsbeispiel kreisrunde Öffnungen 4, 5 unterschiedlicher Größe, die unter an derem zur Durchleitung von Medien oder zum Durchstecken von Zugankern zum Zu sammenhalten eines Stapels an Elektrolysezellen nutzbar sind. Das Metallblech liegt im Rahmenbereich 2 unverformt in einer ebenen Plattenform vor. Das unverformte, ebene Metallblech bildet eine Basisebene E (vergleiche Figur 5), aus welcher heraus die Prägestrukturen 6 nach oben und unten aus der Basisebene E heraus geformt werden.

In der Aktivfläche 3 ist eine Prägestruktur 6 gegeben, die aus der Basisebene E der Elektrodenplatte 1 beidseitig herausragt. Auf einer ersten Seite 7 des Metallblechs ist die Prägestruktur 6 als erhabener Prägebereich 8 (vergleiche Figur 4), der sich aus der Basisebene E heraus dem Betrachter entgegen erhebt, bezeichnet. Die erhabe nen Prägebereiche 8 wechseln sich mit vertieften Prägebereichen 9 ab, die sich eben falls aus der Basisebene E heraus, jedoch vom Betrachter weg erheben.

Die Prägestruktur 6 ist in Form von Sub-Clustern 11 gegliedert, wie insbesondere aus der Fig. 3 hervorgeht, die sich sowohl auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als auch auf das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 bezieht. Insgesamt ist ein Zeilen- Spalten-Muster der Prägestruktur 6 gegeben, wobei jedes Sub-Cluster 11 zwei Zeilen an linearen Prägeleisten 14, 15 umfasst.

Beim Betrieb des Elektrolysesystems 10 entspricht die mit DR bezeichnete Durch flussrichtung des Elektrolyten der Längsrichtung des Aktivfeldes 3 sowie der gesam ten Elektrodenplatte 1 . Gegenüber der Durchflussrichtung DR sind die einzelnen Prä geleisten 14, 15 um einen betragsmäßig einheitlichen Winkel a von 45° ± 15° schräg gestellt. Die volle Länge einer jeden Prägeleiste 14, 15 ist mit L, die quer zur Durch flussrichtung DR projizierte, das heißt optisch verkürzte Länge mit L‘ bezeichnet. Der mit A‘ bezeichnete Abstand zwischen zwei Sub-Clustern 11 ist ebenso wie die Länge L‘ in Durchflussrichtung DR zu messen und beträgt 5% bis 10% der projizierten Länge L‘. Die Längen L, L‘ werden auch als Lamellenlänge beziehungsweise projizierte La mellenlänge bezeichnet.

Zusätzlich zu den linearen Prägeleisten 14, 15, das heißt Lamellen, sind in der Aktiv fläche 3 in den Ausführungsformen nach den Figuren 1 und 2 auch Prägepunkte 16, 17 in Form von ausgehend von der Basisebene E erhabenen Punkten 16 und vertief ten Punkten 17 ausgebildet. Zusammenfassend werden die linearen Prägeleisten 14, 15 und Prägepunkte 16, 17 auch als Prägeelemente bezeichnet.

In allen Figuren sind die dem erhabenen Prägebereich 8 zuzurechnenden Prägeele mente 14, 16 mit durchgezogenen Linien und die vertieften Prägeelemente 15, 17 mit gestrichelten Linien kenntlich gemacht. Am Anfang und Ende jeder Zeile, die durch gleichsinnig schräg gestellte lineare Prägeleisten 14, 15 gebildet ist, befindet sich in den Fällen der Figur 1 und 2 ein Prägepunkt 16, 17.

Einschließlich dieser optionalen Prägepunkte 16, 17 sind in jeder Zeile erhabene Prä geelemente 14, 16 und vertiefte Prägeelemente 15, 17 alternierend angeordnet. In prinzipiell gleicher weise wechseln sich in den Spalten, die durch die linearen Präge leisten 14, 15 gebildet sind und sich in Längsrichtung der Elektrodenplatte 1 erstre cken, stets eine erhabene lineare Prägeleiste 14 und eine vertiefte lineare Prägeleiste 15 ab, so dass in allen Fällen insgesamt eine Anordnung der Prägeleisten 14, 15 in einem Fischgrätmuster gegeben ist. Dabei ist vorzugsweise eine Anzahl an Sub- Clustern 11 von mindestens 2, insbesondere von mehr als 5, vorhanden

Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 befindet sich im Ausführungs beispiel nach Fig. 2 an den beiden Längsseiten des Aktivfeldes 3 jeweils eine Reihe an erhabenen Prägepunkten 16. Diese Reihen werden auch als Rand-Cluster 13 der Prägestruktur 6 bezeichnet. Abweichend von der in Fig. 2 skizzierten Ausgestaltung könnte auch ein erstes Rand-Cluster 13 aus - ausgehend von der Basisebene E - abwechselnd erhabenen Prägepunkten 16 und vertieften Prägepunkten 17 gebildet sein. In jedem Fall befinden sich die Prägepunkte 16, 17, aus welchen die Rand- Cluster 13, welche jeweils entweder komplett dem erhabenen Prägebereich 8 oder komplett dem vertieften Prägebereich 9 zuzurechnen sind, aufgebaut sind, linienför mig aufgereiht neben denjenigen Prägepunkten 16, 17, die in der bereits beschriebe nen Weise den Beginn und das Ende einer jeden Zeile an linearen Prägeleisten 14, 15 markieren.

Wie aus den Schnittdarstellungen A-A und B-B (vergleiche Figur 6) in den Figuren 4 und 5, welche sich auf alle übrigen Figuren beziehen, hervorgeht, unterscheidet sich die mit hi bezeichnete Prägetiefe des erhabenen Prägebereichs 8, das heißt die Flöhe der Prägeelemente 14, 16, deutlich, nämlich um mehr als die mit s bezeichnete Blechstärke der Elektrodenplatte 1 , von der mit h2 bezeichneten Prägetiefe des ver tieften Prägebereichs 9. Die erste Seite 7 der Elektrodenplatte 1 liegt in den vorlie genden Fällen in der x-y-Ebene. Die Prägeelemente 14, 15, 16, 17 erstrecken sich in die z-Richtung. Die mit 18 bezeichneten Flanken an den beiden Enden einer jeden Prägeleiste 15, 16 sind um einen Winkel ß von 45° ± 15° schräg zur x-y-Ebene ge stellt.

In Fig. 5, welche einen Schnitt B-B quer zur Erstreckung der Prägeleiste 15, 16 zeigt (vergleiche Figur 6), ist die Strukturbreite im erhabenen Prägebereich 8 mit Bi und die Strukturbreite im vertieften Prägebereich 9 mit B2 angegeben. Ferner ist in Fig. 5 ein Winkel g eingezeichnet, wobei die Schrägstellung der Flanken 18 an den Längsseiten der Prägeleiste 15, 16 in diesem Fall der Differenz aus 180° und dem Winkel g ent spricht und ebenso wie der Winkel ß im Bereich von 30° bis 60° liegt.

Sowohl in Fig. 4 als auch in Fig. 5 ist eine trapezförmige Profilierung der linearen Prä geleisten 14, 15 erkennbar. Plateaus der linearen Prägeleisten 14, 15, welche in zur ersten Seite 7 parallelen, von dieser um hi beziehungsweise h2 beabstandeten Ebe nen liegen, sind in Fig. 5 mit 19 bezeichnet. Abweichend von den idealisierten Darstel lungen nach den Figuren 4 und 5 können die Übergänge zwischen den Plateaus 19 und den Flanken 18 ebenso wie die Übergänge zwischen den Flanken 18 und der ers- ten Seite 7 abgerundet ausgeführt sein. Sämtliche Prägeelemente 14, 15, 16, 17 wer den durch umformende Verfahren hergestellt. Das Aufbringen von Beschichtungen auf die Aktivfläche 3 ist vor und/oder nach der Umformung möglich.

Was die Profilierung der linearen Prägeleisten 14, 15 betrifft, sind keine Unterschiede zwischen der Ausgestaltung nach den Figuren 4 und 5 und den Ausführungsbeispie len nach den Figuren 7 bis 10 gegeben.

In der Ausführungsform nach den Figuren 7 und 9 sind die Rand-Cluster 13 durch V- förmige Prägeelemente 20, 21 gegeben. Hierbei erscheint das Prägeelement 20 als typographisches Symbol „spitze Klammer auf“ und das Prägeelement 20 als typogra phisches Symbol „spitze Klammer zu“ am Anfang und Ende einer jeden Zeile an schräg gestellten linearen Prägeleisten 14, 15. Die Durchflussrichtung DR entspricht in Fig. 9, ebenso wie in Fig. 6, der x-Richtung. Wie aus Fig. 7 hervorgeht, befinden sich in den Seitenbereichen des Aktivfeldes 3, direkt neben den V-förmigen Prä geelementen 20, 21 , im Vergleich zu den Prägeleisten 14, 15 verkürzte vertiefte be ziehungsweise erhabene Prägeleisten 22, 23. Die Länge dieser verkürzten Prägeleis ten 22, 23 beträgt mehr als die Hälfte der vollen Länge L der übrigen Prägeleisten 14, 15.

Zusätzlich zu den modifizierten Seitenbereichen der Prägestruktur 6 sind im Ausfüh rungsbeispiel nach Fig. 8 und 10 auch Modifikationen im Einlaufbereich sowie im Aus laufbereich des Aktivfeldes 3 gegeben. Im Unterschied zu den Figuren 1 und 2 sowie zu Figur 7 zeigt die Figur 8 die willkürlich als „Rückseite“ bezeichnete Seite der Elekt rodenplatte 1. In Figur 10 ist, ebenso wie in den Figuren 6 und 9, die „Vorderseite“ der Elektrodenplatte 1 in symbolisierter Weise dargestellt. Wie aus Fig. 8 hervorgeht, ist im Einlaufbereich des Aktivfeldes 3 jeweils zwischen zwei erhabenen linearen Präge leisten 14 eine stark verkürzte vertiefte lineare Prägeleiste 24 angeordnet. Die Länge der verkürzten linearen Prägeleisten 24 beträgt weniger als die Hälfte der ansonsten einheitlichen Länge L der linearen Prägeleisten 14, 15. Damit ist Raum am Rand der Prägestruktur 6 gewonnen, in welchem ein flächiger Kontakt zwischen einem nicht dargestellten Bauteil und der ersten Seite 7 der Elektrodenplatte 1 herstellbar ist, wo bei ein Überlapp zwischen den ungekürzten linearen Prägeleisten 14 und dem ge nannten Bauteil gegeben ist. Entsprechendes gilt für den Auslaufbereich des Elektro lyten, welcher sich, bezogen auf die Anordnung nach Fig. 1 , am rechten Rand des dargestellten Ausschnitts aus der Elektrodenplatte 1 befindet. Im Fall von Fig. 8 und 10 sind damit alle vier Randbereiche der insgesamt rechteckigen Prägestruktur 6 im Vergleich zum zentralen, ausschließlich aus den linearen Prägeleisten 14 15 gebilde ten Bereich der Prägestruktur 6 modifiziert.

Bezuqszeichenliste

1 Elektrodenplatte

2 Rahmenbereich

3 Aktivfeld

4 Öffnung (groß) im Rahmenbereich

5 Öffnung (klein) im Rahmenbereich

6 Prägestruktur

7 Erste Seite des Metallblechs

8 erhabener Prägebereich (ausgehend von der Basisebene)

9 vertiefter Prägebereich (ausgehend von der Basisebene)

10 Elektrolysesystem

11 Sub-Cluster

12 Freiraum zwischen zwei Sub-Clustern

13 Rand-Cluster

14 erhabene lineare Prägeleiste (ausgehend von der Basisebene)

15 vertiefte lineare Prägeleiste (ausgehend von der Basisebene)

16 erhabener Prägepunkt (ausgehend von der Basisebene)

17 vertiefter Prägepunkt (ausgehend von der Basisebene)

18 Flanke eines Prägeelementes

19 Plateau eines Prägeelementes

20 V-förmiges Prägeelement

21 V-förmiges Prägeelement

22 verkürzte vertiefte Prägeleiste im Seitenbereich

23 verkürzte erhabene Prägeleiste im Seitenbereich

24 stark verkürzte Prägeleiste im Ein- oder Auslaufbereich a, ß, Y Winkel

A‘ Abstand zwischen Sub-Clustern

Bi Strukturbreite im erhabenen Prägebereich

B2 Strukturbreite im vertieften Prägebereich

DR Durchflussrichtung hi Höhe des erhabenen Prägebereichs h₂ Höhe des vertieften Prägebereichs

L Lamellenlänge

L‘ Lamellenlänge (projiziert) in Durchflussrichtung s Blechstärke

E Basisebene

Claims

Patentansprüche

1. Elektrodenplatte (1 ) für ein Elektrolysesystem (10) aus Metallblech, mit einem ein Aktivfeld (3) umgebenden Rahmenbereich (2), welcher ebenso wie das Ak tivfeld (3) eine rechteckige Grundform aufweist und wobei der Rahmenbereich (2) in einer Basisebene (E) des unverformten Metallblechs ausgebildet ist, wo bei das Aktivfeld (3) eine Prägestruktur (6) in Form einzelner, ausgehend von der Basisebene (E) erhabener und vertiefter Prägeelemente (14, 15, 16, 17) einschließlich einer Vielzahl an linearen Prägeleisten (14, 15) aufweist, die in einer Zeilen- und Spaltenanordnung derart positioniert sind, dass sowohl in Zei len- als auch in Spaltenrichtung jeweils alternierend erhabene lineare Präge leisten (14) und vertiefte lineare Prägeleisten (15) ausgebildet sind, wobei sämtliche lineare Prägeleisten (14, 15) einer Zeile in gleicherweise gegenüber den Längsseiten des Aktivfeldes (3) und einer dazu parallelen Durchflussrich tung (DR) schräg gestellt sind und die linearen Prägeleisten (14, 15) der nächs ten Zeile die gegensinnige, betragsmäßig gleiche Schrägstellung aufweisen.

2. Elektrodenplatte (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch jeweils zwei Zeilen an linearen Prägeleisten (14, 15) ein Sub-Cluster (11) der Prägestruktur (6) gebildet ist, wobei insgesamt mindestens vier derartige Sub- Cluster (11 ) hintereinandergeschaltet sind und in jeder Zeile mindestens drei erhabene lineare Prägeleisten (14) und mindestens drei vertiefte lineare Präge leisten (15) angeordnet sind.

3. Elektrodenplatte (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A‘) zwischen zwei Sub-Clustern (11) mindestens einem Zwanzigstel und höchstens einem Zehntel der in Längsrichtung zu messenden projizierten Länge (L‘) der in einer Zeile angeordneten linearen Prägeleisten (14, 15) ent spricht.

4. Elektrodenplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten und in der letzten Zeile der Prägestruktur (6) die erhabenen linearen Prägeleisten (14) die volle, auch bei den linearen Präge leisten (14, 15) der übrigen Zeilen gegebene Länge (L) aufweisen und sich mit verkürzten linearen Prägeleisten (24) abwechseln, wobei die Verkürzung dieser linearen Prägeleisten (24) im Ein- und Auslaufbereich des Aktivfeldes (3) zum Rand der Prägestruktur (6) hin gegeben ist.

5. Elektrodenplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Höhe (hi) der erhabenen linearen Prägleisten (14) von der Höhe (h2) der vertieften linearen Prägeleisten (15) ausgehend von der Ba sisebene (E) um mehr als die Blechstärke (s) der Elektrodenplatte (1) unter scheidet.

6. Elektrodenplatte (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die linearen Prägeleisten (14, 15) um einen Winkel (a) von 45°

± 15° gegenüber der Durchflussrichtung (DR) schräg gestellt und sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der linearen Prägeleisten (14, 15) tra pezförmig konturiert sind, wobei Flanken (18) der linearen Prägleisten (14, 15) um einen Winkel (ß; 180°-g) von 45° ± 15° gegenüber einer ersten Seite (7) der Elektrodenplatte (1) schräg gestellt sind.

7. Elektrodenplatte (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch zwei, die Anordnung sämtlicher linearer Prägeleisten (14, 15) in Spaltenrich tung flankierende, an den Rahmenbereich (2) grenzende Reihen an Prägeele menten (16, 17, 20, 21) mit einheitlicher Prägerichtung.

8. Elektrodenplatte (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Rahmenbereich (2) grenzenden Prägeelemente (16, 17) als Prägepunkte ausgebildet sind.

9. Elektrodenplatte (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die an den Rahmenbereich (2) grenzenden Prägeelemente (20, 21) jeweils eine V- Form beschreiben, wobei jede Zeile an schräg gestellten linearen Prägeleisten (14, 15) durch zwei V-förmige Prägeelemente (20, 21) in der Art eines Zeichens „spitze Klammer auf“ und eines Zeichens „spitze Klammer zu“ eingeschlossen ist.

10. Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte (1) aus einem Metallblech nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei durch Umformung eine Vielzahl ein zelner Prägeelemente (14, 15, 16, 17) erzeugt wird, welche zu beiden Seiten der Elektrodenplatte (1 ) hin unterschiedlich weit über die Basisebene (E) her ausragen und zusammen auf jeder Seite der Elektrodenplatte (1 ) ein Fisch grätmuster aus linearen Prägeleisten (14, 15) beschreiben.