EP4702606A1 - Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack - Google Patents

Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack

Info

Publication number
EP4702606A1
EP4702606A1 EP24720445.6A EP24720445A EP4702606A1 EP 4702606 A1 EP4702606 A1 EP 4702606A1 EP 24720445 A EP24720445 A EP 24720445A EP 4702606 A1 EP4702606 A1 EP 4702606A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrochemical
stack
cover plate
suspensions
electrochemical stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24720445.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Neher
Sebastian Poersch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4702606A1 publication Critical patent/EP4702606A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/249—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248—Means for compression of the fuel cell stacks
    • 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
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • 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
    • C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/2475—Enclosures, casings or containers of fuel cell stacks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical stack, such as is used for example for generating electrical current from chemical energy or for producing hydrogen and oxygen with the aid of electrical current, and to a mounting arrangement for mounting such a stack.
  • Electrochemical stacks have various fields of application. For example, they are used as fuel cells to produce electrical current from chemical energy or, in the opposite application, as electrolyzers to produce hydrogen and oxygen through electrochemical splitting using electrical current. The hydrogen can then be converted back into electrical current at a later point in time or it can be used as a starting material for other chemical processes.
  • the electrochemical stacks usually have a large number of electrochemical cells in which the actual reaction takes place.
  • the electrochemical cells consist of an anode chamber and a cathode chamber, which are separated from one another by a semi-permeable membrane coated with electrodes. During operation, the cathode and anode chambers are filled with or flowed through with liquids - especially water - or with gas.
  • a direct current is applied between the electrodes, which splits the water in the anode chamber and causes the hydrogen to diffuse into the cathode chamber.
  • the area of the membrane is crucial for the amount of hydrogen produced.
  • the individual electrochemical cells are very flat so that a large number of such cells can be stacked on top of each other and the total membrane surface is correspondingly large. All cells are supplied with water via channels running perpendicular to the electrochemical cells and the resulting gases are discharged via further channels.
  • the cell stack is arranged between a base plate and a cover plate, which are clamped together with high force.
  • the clamping device required for this consists, for example, of several clamping screws arranged around the circumference of the cell stack or of clamping bands.
  • the electrochemical stack must have appropriate connections, which are preferably located on the cover plate where they are easily accessible. The stack is placed with the base plate on a holding device.
  • the electrochemical stack according to the invention has the advantage that the electrochemical stack can be operated at its upper end, i.e. the cover plate, with the connections required for operation, whereby either no compensating elements to compensate for the thermal expansion of the stack need to be present in the supply lines or only very simple and therefore inexpensive ones.
  • the electrochemical stack comprises a large number of electrochemical cells that are aligned horizontally and that are arranged between a cover plate and a base plate of the stack. are, wherein the cover plate and the base plate are clamped against each other by a clamping device. At least one connection for supplying or discharging gaseous and/or liquid media to the electrochemical cells is formed on the cover plate.
  • the cover plate has suspensions which are designed to attach the electrochemical stack to a frame, wherein the base plate is freely suspended.
  • the electrochemical stack according to the invention can be hung on the suspensions in a corresponding frame so that the base plate does not touch the ground. If the stack expands due to heating during operation, the distance between the cover plate and the ground remains constant, while the base plate moves slightly towards the ground as the stack expands. Since the cover plate is always the same height above the ground, the supply and discharge lines can be attached there without compensating elements, which leads to considerable savings, especially in the case of large and powerful electrolyzers or fuel cells, since the lines here have large cross-sections and wall thicknesses and are therefore inflexible.
  • the suspensions are formed on the outer edge of the cover plate. These are preferably distributed across the width of the cover plate in order to achieve an even distribution of the stack weight on the individual suspensions and on the frame. Electrochemical stacks are usually very heavy, which can be more than a ton. Uneven loading of the stack in the suspension must be avoided at all costs, as this can lead to leaks between the electrochemical cells, at least in the long term.
  • the suspensions are arranged in a plane that is parallel to the electrochemical cells. This supports the even distribution of water in the electrochemical cells, which prevents premature wear.
  • the suspensions are advantageously designed as bolts that protrude from the side of the cover plate. Bolts can absorb large forces and are easy to install.
  • the suspensions can also be designed as metal rails, which are preferably attached to opposite sides of the cover plate. These lie flat on the frame and can be easily attached there, for example with a screw connection.
  • the assembly arrangement according to the invention comprises an electrochemical stack and a frame, against which the electrochemical stack rests with its suspensions, so that the base plate floats freely. This allows the stack to expand easily during operation when it inevitably heats up, without the connections for the required liquids and gases being mechanically stressed.
  • the frame is advantageously prepared to be connected to the suspensions in order to create a mechanically stable connection with the electrochemical stack and to hold it securely in the desired position.
  • the drawing shows an electrochemical stack according to the invention and an assembly device for this stack. It shows
  • Fig. 1 a mounting device with two stacks in perspective view
  • Fig. 2 is a detailed enlargement of Fig. 1 in the area of the suspension
  • Fig. 3 is a side view of the mounting arrangement according to Fig. 1,
  • Fig. 4 shows another assembly device with a stack and a second embodiment of the suspension
  • Fig. 5 is a detailed view of the mounting device of Fig. 4 and
  • Fig. 6 is a detailed view of another mounting device similar to Fig. 5.
  • FIG. 1 two electrochemical stacks 1 according to the invention are shown in a
  • Each electrochemical stack 1 comprises a plurality of number of electrochemical cells 2 that are stacked on top of each other.
  • the individual electrochemical cells 2 are flat and usually only a few millimeters thick, so that a stack 1 can comprise several hundred cells 2.
  • the electrochemical cells 2 are arranged between a base plate 3 and a cover plate 4, which form the lower and upper ends of the stack 1.
  • the base plate 3 and the cover plate 4 are pressed against each other by a large number of clamping screws 5 in order to seal the electrochemical cells 2 against each other and from the outside.
  • the clamping screws 5 are distributed over the circumference of the base plate 3 and cover plate 4 in order to achieve an even contact force.
  • Both the base plate 3 and the cover plate 4 are made of a sturdy metallic material, since high contact forces are usually necessary, which should be distributed as evenly as possible over the entire cross-section of the electrochemical cells 2.
  • two connections 8, 9 are attached to the cover plate 4.
  • the water or other liquid is supplied to all cells 2 via channels that run vertically through the electrochemical stack 1.
  • the resulting gases or liquids are discharged via further channels and processed or discharged outside the electrochemical stack 1.
  • the two electrochemical stacks 1 are suspended in a frame 15.
  • the frame 15 comprises four vertical struts 115, which are firmly connected to an upper cross strut 315a and a lower cross strut 315b and further to a front longitudinal strut 215a and a rear longitudinal strut 215b, for example by means of welded or screwed connections.
  • the electrochemical stacks 1 are suspended in the frame 15.
  • two suspensions 14 in the form of bolts 19 are attached to the edge 14 of the cover plate 4 on the front and the opposite, rear side, which rest on the front longitudinal strut 215a and the rear longitudinal strut 215b, respectively.
  • FIG. 1 As shown again enlarged in Fig.
  • the bolts 19 are each suspended in a fork-shaped receptacle 20 so that the electrochemical stack 1 does not slip, but can be easily lifted upwards out of the frame 15 if necessary.
  • the receptacles 20 are firmly connected to the front longitudinal strut 215a or the rear longitudinal strut 215b, for example by a welded connection.
  • Fig. 3 shows a plan view of the narrow side of the rack frame 15 with the electrochemical stack 1.
  • the connections 8, 9 on the cover plate 4 are connected to lines 11, 12 via which the required water or gases are supplied and removed.
  • Fig. 4 shows a further embodiment of the electrochemical stack 1 according to the invention and its assembly in the frame 15.
  • a rail 22 is attached to the front and back of the cover plate 4, which forms the suspension 14.
  • the rails 22 are connected to the longitudinal struts 215a, 215b by several screws 23 in order to fix the stack 1 in the frame 15, as shown in an enlarged view in Fig. 5.
  • the rails 22 distribute the weight of the stack 1 more evenly on the frame 15, which can improve stability.
  • Fig. 6 shows a further embodiment for the assembly of the stack 1 on the frame 15.
  • a forklift rail 25 is attached to the front and back of the stack 1.
  • This consists of a hollow profile that is dimensioned so that a fork of a forklift can be inserted in order to transport the stack 1, to lift it into the frame 15 or to remove it from it.
  • Screws 23 are also provided here for fixing, the screw heads of which are arranged inside the forklift rail 25.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Elektrochemischer Stack (1), der eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen (2) umfasst, die horizontal ausgerichtet sind und die zwischen einer Deckplatte (4) und einer Bodenplatte (3) des Stacks (1) angeordnet sind, wobei die Deckplatte (4) und die Bodenplatte (3) durch eine Spannvorrichtung (5) gegeneinander verspannt sind. An der Deckplatte (4) ist wenigstens ein Anschluss zum Zuführen oder Abführen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien zu den elektrochemischen Zellen (2) ausgebildet. Die Deckplatte (4) weist Aufhängungen (17) auf, die dazu ausgebildet sind, den elektrochemischen Stack (1) an einem Gestellrahmen (15) zu befestigen, wobei die Bodenplatte (3) frei schwebt. Die Montageanordnung zur Montierung des elektrochemischen Stacks umfasst einen Gestellrahmen (15), an dem der elektrochemische Stack (1) mit seinen Aufhängungen (17) anliegt, so dass die Bodenplatte (3) frei schwebt und die elektrochemischen Zellen (2) horizontal ausgerichtet sind.

Description

Titel
Elektrochemischer Stack und Montageanordnung für einen solchen Stack
Die Erfindung betrifft einen elektrochemischen Stack, wie er beispielsweise zur Erzeugung von elektrischem Strom aus chemischer Energie oder zur Produktion von Wasserstoff und Sauerstoff mit Hilfe von elektrischem Strom Verwendung findet, und eine Montageanordnung zur Montierung eines solchen Stacks.
Stand der Technik
Elektrochemische Stacks haben verschiedene Anwendungsfelder. So werden sie beispielsweise als Brennstoffzellen zur Produktion von elektrischem Strom aus chemischer Energie verwendet oder bei der umgekehrten Anwendung als Elektrolyseur, um Wasserstoff und Sauerstoff durch elektrochemische Spaltung mit Hilfe von elektrischem Strom zu erzeugen. Der Wasserstoff kann dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder in elektrischen Strom umgewandelt werden oder er dient als Ausgangsmaterial für andere chemische Prozesse. Die elektrochemischen Stacks weisen dabei in der Regel eine größere Zahl von elektrochemischen Zellen auf, in denen die eigentliche Reaktion abläuft. Die elektrochemischen Zellen bestehen vereinfacht gesagt aus einem Anodenraum und einem Kathodenraum, die durch eine semipermeable und mit Elektroden beschichtete Membran voneinander getrennt sind. Der Kathoden- und Anodenraum werden beim Betrieb mit Flüssigkeiten - insbesondere mit Wasser - oder mit Gas befüllt oder durchströmt.
Bei einem Elektrolyseur wird zwischen den Elektroden eine Gleichspannung angelegt, wodurch das im Anodenraum befindliche Wasser aufgespalten wird und der Wasserstoff in den Kathodenraum diffundiert. Für die Menge des produzierten Wasserstoffs ist die Fläche der Membran entscheidend. Um eine möglichst große Ausbeute zu erzielen, sind die einzelnen elektrochemischen Zellen sehr flach ausgebildet, so dass eine große Anzahl solcher Zellen übereinander gestapelt werden kann und die Gesamtmembranfläche entsprechend groß ist. Über senkrecht zu den elektrochemischen Zellen verlaufende Kanäle werden alle Zellen mit Wasser versorgt und die entstehenden Gase über weitere Kanäle abgeleitet. Um die Dichtheit der Zellen zu gewährleisten, wird der Zellstapel zwischen einer Bodenplatte und einer Deckplatte angeordnet, die mit hoher Kraft verspannt werden. Die dafür notwendige Spannvorrichtung besteht beispielsweise aus mehreren, über den Umfang des Zellstapels angeordneten Spannschrauben oder aus Spannbändern.
Den elektrochemischen Zellen muss während des Betriebs Wasser und Gase - beispielsweise Wasserstoff oder Luft - zugeführt werden und die entstehenden Gase und das nicht verbrauchte Wasser wieder abgeführt werden. Im Bedarfsfall wird auch noch zusätzlich Kühlwasser zu- und abgeführt. Dafür muss der elektrochemische Stack entsprechende Anschlüsse aufweisen, die sich vorzugsweise an der Deckplatte befinden, wo sie einfach zugänglich sind. Dabei wird der Stack mit der Bodenplatte auf eine Haltevorrichtung gestellt.
Beim Betrieb des Stacks kommt es zur Wärmeentwicklung und damit zu thermischer Ausdehnung. Damit ändert sich der Abstand der Bodenplatte von der Deckplatte, der sich bei größeren Stacks mit mehreren hundert elektrochemischen Zellen einige Millimeter vergrößern kann. Die Zuleitungen an der Deckplatte müssen deshalb Ausgleichselemente aufweisen, damit sie durch das Heben und Senken der Deckplatte gegenüber dem Boden nicht beschädigt werden.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäße elektrochemische Stack weist demgegenüber den Vorteil auf, dass der elektrochemische Stack an seinem oberen Ende, also der Deckplatte, mit den für den Betrieb notwenden Anschlüssen betrieben werden kann, wobei in den Zuleitungen entweder keine Ausgleichselemente zur Kompensation der thermischen Ausdehnung des Stacks vorhanden sein müssen oder nur sehr einfache und damit kostengünstige. Der elektrochemische Stack umfasst dabei eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen, die horizontal ausgerichtet sind und die zwischen einer Deckplatte und einer Bodenplatte des Stacks angeordnet sind, wobei die Deckplatte und die Bodenplatte durch eine Spannvorrichtung gegeneinander verspannt sind. An der Deckplatte ist wenigstens ein Anschluss zum Zuführen oder Abführen von gasförmigen und/oder flüssigen Medien zu den elektrochemischen Zellen ausgebildet. Die Deckplatte weist Aufhängungen auf, die dazu ausgebildet sind, den elektrochemischen Stack an einem Gestellrahmen zu befestigen, wobei die Bodenplatte frei schwebt.
Der erfindungsgemäße elektrochemische Stack kann an den Aufhängungen in einen entsprechenden Gestellrahmen gehängt werden, so dass die Bodenplatte den Boden nicht berührt. Dehnt sich der Stack durch die Erwärmung im Betrieb aus, so bleibt der Abstand der Deckplatte zum Boden konstant, während sich die Bodenplatte in dem Maß, wie sich der Stack ausdehnt, etwas in Richtung des Bodens bewegt. Da die Deckplatte stets die gleiche Höhe über dem Boden hat, können die Zu- und Ableitungen dort ohne Ausgleichselemente befestigt werden, was insbesondere bei großen und leistungsstarken Elektrolyseuren oder Brennstoffzellen zu einer erheblichen Einsparung führt, da die Leitungen hier große Querschnitte und Wandstärken aufweisen und deshalb unflexibel sind.
In erster vorteilhafter Ausgestaltung sind die Aufhängungen am äußeren Rand der Deckplatte ausgebildet. Dabei sind diese vorzugsweise über die Breite der Deckplatte verteilt angeordnet, um eine gleichmäßige Verteilung des Stackgewichts auf die einzelnen Aufhängungen und auf den Gestellrahmen zu erreichen. Elektrochemische Stacks haben in der Regel ein hohes Gewicht, das mehr als eine Tonne betragen kann. Eine ungleiche Belastung des Stacks in der Aufhängung ist dabei unbedingt zu vermeiden, da dies zumindest auf lange Sicht zu Undichtigkeiten zwischen den elektrochemischen Zellen führen kann.
Um die gleichmäßige Verteilung des Wassers in den elektrochemischen Zellen nicht zu beeinträchtigen ist es darüber hinaus von Vorteil, wenn die Aufhängungen in einer Ebene angeordnet sind, die parallel zu den elektrochemischen Zellen ausgerichtet ist. Dadurch wird die gleichmäßige Verteilung des Wassers in den elektrochemischen Zellen unterstützt, was vorzeitigem Verschleiß vorbeugt.
In vorteilhafter Weise sind die Aufhängungen als Bolzen ausgebildet, die seitlich aus der Deckplatte herausragen. Bolzen können große Kräfte aufnehmen und sind leicht zu montieren. Alternativ können die Aufhängungen auch als Metallschienen ausgebildet sein, die vorzugsweise auf gegenüberliegenden Seiten der Deckplatte befestigt sind. Diese liegen flächig auf dem Gestellrahmen auf und können dort einfach befestigt werden, beispielsweise durch eine Schraubverbindung.
Die erfindungsgemäße Montageanordnung umfasst einen elektrochemischen Stack und einen Gestellrahmen, an dem der elektrochemische Stack mit seinen Aufhängungen anliegt, so dass die Bodenplatte frei schwebt. So kann sich der Stack im Betrieb bei der unvermeidlichen Erwärmung problemlos ausdehnen, ohne dass die Anschlüsse für die benötigten Flüssigkeiten und Gase mechanisch belastet werden. Der Gestellrahmen ist dazu in vorteilhafter Weise vorbereitet, mit den Aufhängungen verbunden zu werden, um eine mechanisch stabile Verbindung mit dem elektrochemischen Stack herzustellen und diesen sicher in der gewünschten Position zu halten.
Zeichnung
In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßer elektrochemischer Stack und eine Montageeinrichtung für diesen Stack dargestellt. Es zeigt
Fig. 1 eine Montageeinrichtung mit zwei Stacks in perspektivischer Ansicht,
Fig. 2 eine Detailvergrößerung der Fig. 1 im Bereich der Aufhängung,
Fig. 3 eine Seitenansicht der Montageanordnung nach Fig. 1 ,
Fig. 4 eine weitere Montageeinrichtung mit einem Stack und einer zweiten Ausgestaltung der Aufhängung,
Fig. 5 eine Detaildarstellung der Montageeinrichtung der Fig. 4 und
Fig. 6 eine Detaildarstellung einer weiteren Montageeinrichtung ähnlich zu Fig. 5.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In der Fig. 1 sind zwei erfindungsgemäße elektrochemische Stacks 1 in einer
Montageposition dargestellt. Jeder elektrochemische Stack 1 umfasst eine Viel- zahl von elektrochemischen Zellen 2, die übereinander gestapelt sind. Die einzelnen elektrochemischen Zellen 2 sind flach ausgebildet und in der Regel nur wenige Millimeter dick, so dass ein Stack 1 mehrere hundert Zellen 2 umfassen kann. Die elektrochemischen Zellen 2 sind zwischen einer Bodenplatte 3 und eine Deckplatte 4 angeordnet, die das untere bzw. obere Ende des Stacks 1 bilden. Die Bodenplatte 3 und die Deckplatte 4 werden durch eine Vielzahl von Spannschrauben 5 gegeneinander gepresst, um die elektrochemischen Zellen 2 gegeneinander und nach außen abzudichten. Die Spannschrauben 5 sind dabei über den Umfang der Bodenplatte 3 bzw. Deckplatte 4 verteilt angeordnet, um eine gleichmäßige Anpresskraft zu erreichen. Sowohl die Bodenplatte 3 als auch die Deckplatte 4 sind stabil aus einem metallischen Werkstoff gefertigt, da in der Regel hohe Anpresskräfte notwendig sind, die möglichst gleichmäßig über den gesamten Querschnitt der elektrochemischen Zellen 2 verteilt wirken sollen. Um die beim Betrieb der elektrochemischen Zellen 2 benötigten Flüssigkeiten und Gase zuzuführen, sind an der Deckplatte 4 zwei Anschlüsse 8, 9 angebracht. Das Wasser oder die sonstige Flüssigkeit wird über Kanäle, die senkrecht durch den elektrochemischen Stack 1 verlaufen, allen Zellen 2 zugeführt. Über weitere Kanäle werden die entstehenden Gase oder Flüssigkeiten abgeleitet und außerhalb des elektrochemischen Stacks 1 aufbereitet oder abgeführt.
Die beiden elektrochemischen Stacks 1 sind in einem Gestellrahmen 15 eingehängt. Der Gestellrahmen 15 umfasst vier senkrechte Streben 115, die mit einer oberen Querstrebe 315a und einer unteren Querstrebe 315b und weiter mit einer vorderen Längsstrebe 215a und einer hinteren Längsstrebe 215b fest verbunden sind, beispielsweise durch Schweiß- oder Schraubverbindungen. Die elektrochemischen Stacks 1 sind im Gestellrahmen 15 eingehängt. Dazu sind am Rand 14 der Deckplatte 4 auf der vorderen und der gegenüberliegenden, hinteren Seite jeweils 2 Aufhängungen 14 in Form von Bolzen 19 angebracht, die auf der vorderen Längsstrebe 215a bzw. der hinteren Längsstrebe 215b aufliegen. Wie in Fig. 2 nochmals vergrößert dargestellt sind die Bolzen 19 jeweils in einer gabelförmigen Aufnahme 20 eingehängt, so dass der elektrochemische Stack 1 nicht verrutscht, sich jedoch bei Bedarf leicht nach oben aus dem Gestellrahmen 15 herausheben lässt. Die Aufnahmen 20 sind dazu fest mit der vorderen Längsstrebe 215a bzw. der hinteren Längsstrebe 215b verbunden, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. In Fig. 3 ist eine Draufsicht auf die schmale Seite des Gestellrahmens 15 mit dem elektrochemischen Stack 1 dargestellt Die Anschlüsse 8, 9 an der Deckplatte 4 sind mit Leitungen 11 , 12 verbunden, über die das benötigte Wasser oder die Gase zu- und abgeführt werden. Im Betrieb des elektrochemischen Stacks 1 , der beispielsweise ein Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser sein kann, erwärmt sich der Stack 1 deutlich. Dadurch dehnen sich die elektrochemischen Zellen 2 und damit auch der gesamte Stacks 1 aus, was wegen der großen Zahl der Zellen 2 die Bodenplatte 3 um mehrere Millimeter nach unten bewegen kann, wie durch den Pfeil in Fig. 3 angedeutet. Da der Stacks 1 jedoch ausschließlich an den Bolzen 19 gehalten wird, die mit der Deckplatte 4 verbunden sind, bewegt sich die Deckplatte 4 bezüglich des Gestellrahmens 15 nicht in vertikaler Richtung. Damit können die Leitungen 11 , 12 starr mit dem elektrochemischen Stack 1 verbunden werden, ohne dass Ausgleichselemente notwendig sind, um eine veränderte Höhe auszugleichen.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrochemischen Stacks 1 und seiner Montage im Gestellrahmen 15 gezeigt. Statt der Bolzen 19 ist hier auf der Vorderseite und der Rückseite der Deckplatte 4 jeweils eine Schiene 22 angebracht, die die Aufhängung 14 bildet. Die Schienen 22 sind mit den Längsstreben 215a, 215b durch mehrere Schrauben 23 verbunden, um den Stack 1 im Gestellrahmen 15 zu fixieren, wie in Fig. 5 in einer vergrößerten Darstellung gezeigt. Durch die Schienen 22 wird das Gewicht des Stacks 1 gleichmäßiger auf dem Gestellrahmen 15 verteilt, was die Stabilität verbessern kann.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel für die Montage des Stacks 1 am Gestellrahmen 15. Statt der Schienen 22 - wie in Fig. 5 dargestellt - wird an der Vorder- und Rückseite des Stacks 1 jeweils eine Staplerschiene 25 angebracht. Diese besteht aus einem Hohlprofil, das so bemessen ist, dass jeweils eine Gabelzinke eines Gabelstaplers eingeführt werden kann, um den Stack 1 zu transportieren, in den Gestellrahmen 15 zu heben oder daraus zu entfernen. Zur Fixierung sind auch hier Schrauben 23 vorgesehen, deren Schraubköpfe im Inneren der Staplerschiene 25 angeordnet sind.

Claims

Ansprüche
1 . Elektrochemischer Stack (1), der eine Vielzahl von elektrochemischen Zellen (2) umfasst, die horizontal ausgerichtet sind und die zwischen einer Deckplatte (4) und einer Bodenplatte (3) des Stacks (1) angeordnet sind, wobei die Deckplatte (4) und die Bodenplatte (3) durch eine Spannvorrichtung (5) gegeneinander verspannt und zueinander parallel sind, und mit wenigstens einem Anschluss zum Zuführen oder Abführen von gasförmigen oder flüssigen Medien zu den elektrochemischen Zellen (2), wobei der Anschluss in der Deckplatte (4) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Deckplatte (4) Aufhängungen (17) aufweist, die dazu ausgebildet sind, den elektrochemischen Stack (1) an einem Gestellrahmen (15) zu befestigen, wobei die Bodenplatte (3) frei schwebt.
2. Elektrochemischer Stack nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) am äußeren Rand (14) der Deckplatte (4) ausgebildet sind.
3. Elektrochemischer Stack nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am äußeren Rand (14) der Deckplatte (4) mehrere Aufhängungen (17) über den Umfang der Deckplatte (4) verteilt angeordnet sind.
4. Elektrochemischer Stack nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) in einer Ebene liegen.
5. Elektrochemischer Stack nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Ebene parallel zu den elektrochemischen Zellen (2) ausgerichtet ist.
6. Elektrochemischer Stack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) als Bolzen (19) ausgebildet sind, die seitlich aus der Deckplatte (4) ragen.
7. Elektrochemischer Stack nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) als Metallschienen (22) ausgebildet sind.
8. Elektrochemischer Stack nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf gegenüberliegenden Seiten der Deckplatte (4) jeweils eine Metallschiene (22) angeordnet ist.
9. Montageanordnung zur Montierung eines elektrochemischen Stacks nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Gestellrahmen (15), an dem der elektrochemische Stack (1) mit seinen Aufhängungen (17) anliegt, so dass die Bodenplatte (3) frei schwebt und die elektrochemischen Zellen (2) horizontal ausgerichtet sind.
10. Montageanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) mit dem Gestellrahmen (15) verschraubt sind.
11 . Montageanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufhängungen (17) die Form von Bolzen (19) aufweisen und am Gestellrahmen (15) Aufnahmen (20) für diese Bolzen (19) ausgebildet sind.
EP24720445.6A 2023-04-24 2024-04-16 Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack Pending EP4702606A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023203721.1A DE102023203721A1 (de) 2023-04-24 2023-04-24 Elektrochemischer Stack und Montageanordnung für einen solchen Stack
PCT/EP2024/060277 WO2024223362A1 (de) 2023-04-24 2024-04-16 Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4702606A1 true EP4702606A1 (de) 2026-03-04

Family

ID=90825566

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24720445.6A Pending EP4702606A1 (de) 2023-04-24 2024-04-16 Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4702606A1 (de)
KR (1) KR20260002996A (de)
CN (1) CN121399743A (de)
DE (1) DE102023203721A1 (de)
WO (1) WO2024223362A1 (de)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6669826B1 (en) * 2001-04-11 2003-12-30 Giner Electrochemical Systems, Llc Compact proton exchange membrane (PEM) electrochemical cell stack
JP4631525B2 (ja) 2005-04-27 2011-02-16 日立造船株式会社 容器収納型水電解槽の寸法変動吸収装置
FI20085977L (fi) * 2008-10-17 2010-04-18 Waertsilae Finland Oy Polttokennojärjestely
EP2180087A1 (de) * 2008-10-27 2010-04-28 Casale Chemicals S.A. Hochdruckelektrolyseur
KR102517630B1 (ko) * 2019-12-24 2023-04-04 피엔피에너지텍 주식회사 고체산화물 연료전지 스택 체결 유지 장치
DE102021202175A1 (de) * 2021-03-05 2022-09-08 Ekpo Fuel Cell Technologies Gmbh Brennstoffzellenvorrichtung
AU2021444032A1 (en) * 2021-05-03 2023-11-02 Hoeller Electrolyzer Gmbh Water electrolysis stack for generating hydrogen and oxygen from water

Also Published As

Publication number Publication date
DE102023203721A1 (de) 2024-10-24
CN121399743A (zh) 2026-01-23
WO2024223362A1 (de) 2024-10-31
KR20260002996A (ko) 2026-01-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE3401636A1 (de) Elektrochemisches verfahren zur behandlung von fluessigen elektrolyten
DE60302610T2 (de) Ionenaustauschmembran-Elektrolyseur
DE102013216587A1 (de) Geometrie eines hocheffizienten Medienverteilers für Elektrolyseure
DE2303589C3 (de) Diaphragmalose Elektrolysezelle
DE3516765A1 (de) Brennstoffzelle
EP1073780B1 (de) Elektrolyseapparat zur herstellung von halogengasen
EP3526372B1 (de) Elektrolysezelle mit einer gasdiffusionselektrode und verfahren zu deren betrieb
DE2943046C2 (de)
EP4702606A1 (de) Elektrochemischer stack und montageanordnung für einen solchen stack
DE10022592B4 (de) Bipolare Mehrzweckelektrolysezelle für hohe Strombelastungen
DE69405047T2 (de) Elektrolyseur
DE2645121C3 (de) Elektrolysezelle
DE112012005372T5 (de) Brennstoffzellenstapel
WO2023222627A1 (de) Elektrodenplatte mit integrierter stromübertragerstruktur und elektrodenpackungseinheit
AT525988B1 (de) Anlage zur Reduktion von Kohlenstoffdioxid und Elektrolysezelle hierfür
DE2719759A1 (de) Elektrolysezelle
DE19910129C1 (de) Brennstoffzellensystem zur elektrochemischen Energieerzeugung
WO2002068721A2 (de) Elektrolyseeinrichtung
EP4690329A2 (de) Elektrochemische zelle, zellstapel
EP0685575B1 (de) Elektrolysezellen-Elektrode
DE2622068A1 (de) Rahmen fuer bipolare elektrolysezellen
DE102022117157A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE102024202688A1 (de) Vorrichtung zum beidseitigen Bedrucken einer unebenen, vorzugsweise metallischen Substratplatte sowie entsprechendes Verfahren
DE102022113312A1 (de) Zellstapelpaket
DE102024209047A1 (de) Modul für Elektrolyseanlage mit Kran

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20251124

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR