ES2986402T3 - Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada - Google Patents

Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada Download PDF

Info

Publication number
ES2986402T3
ES2986402T3 ES21213033T ES21213033T ES2986402T3 ES 2986402 T3 ES2986402 T3 ES 2986402T3 ES 21213033 T ES21213033 T ES 21213033T ES 21213033 T ES21213033 T ES 21213033T ES 2986402 T3 ES2986402 T3 ES 2986402T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
cell
sealing material
cell elements
sealing
separator
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.)
Active
Application number
ES21213033T
Other languages
English (en)
Inventor
Peter Toros
Sebastian Austenfeld
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.)
ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA
Original Assignee
ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA
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 ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA filed Critical ThyssenKrupp Nucera AG and Co KGaA
Application granted granted Critical
Publication of ES2986402T3 publication Critical patent/ES2986402T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • 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
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J123/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J123/02—Adhesives based on homopolymers or copolymers of unsaturated aliphatic hydrocarbons having only one carbon-to-carbon double bond; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J123/10—Homopolymers or copolymers of propene
    • C09J123/12—Polypropene
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09J—ADHESIVES; NON-MECHANICAL ASPECTS OF ADHESIVE PROCESSES IN GENERAL; ADHESIVE PROCESSES NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE; USE OF MATERIALS AS ADHESIVES
    • C09J127/00—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers
    • C09J127/02—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment
    • C09J127/04—Adhesives based on homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by a halogen; Adhesives based on derivatives of such polymers not modified by chemical after-treatment containing chlorine atoms
    • C09J127/06—Homopolymers or copolymers of vinyl chloride
    • 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
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/24—Halogens or compounds thereof
    • C25B1/26—Chlorine; Compounds thereof
    • 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
    • C25B9/01—Electrolytic cells characterised by shape or form
    • 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
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • 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
    • 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
    • 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
    • C25B9/05—Pressure cells
    • 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

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

La invención se refiere a un procedimiento para sellar una celda de electrólisis que comprende una semicelda de ánodo (2) y una semicelda de cátodo (3) formadas por al menos dos elementos de celda (4, 5) y un separador en forma de lámina (6) que separa las semiceldas (2, 3) entre sí, comprendiendo el procedimiento proporcionar los dos elementos de celda (4, 5) y el separador en forma de lámina (6), interponer el separador (6) entre los dos elementos de celda (4, 5) e interponer una capa de material de sellado (7, 8) entre cada lado del separador (6) y los dos elementos de celda (4, 5) en una respectiva región de borde (9, 10) de los elementos de celda (4, 5), y sellar la celda de electrólisis (1), en donde se aplica una fuerza (F) a los elementos de celda (4, 5) para comprimir las regiones de borde (9, 10), en donde el material de sellado (7, 8) es un material eléctricamente aislante y durante la etapa de sellado el El estado del material de sellado se cambia de un estado líquido a un estado sólido para crear una unión adhesiva entre los elementos de celda (4, 5) y el separador interpuesto (6) por medio del material de sellado (7, 8), en donde la fuerza (F) se alivia después de que el material de sellado se haya solidificado. La invención se refiere además a una celda de electrólisis sellada obtenible por este método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada
Antecedentes de la invención
La invención se refiere a un procedimiento para sellar una celda de electrólisis de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y a una celda de electrólisis sellada de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7.
Los electrolizadores bipolares para la producción a gran escala de hidrógeno y/o cloro (es decir, en la gama de megavatios) pueden clasificarse en dos categorías principales de diseño, a saber, el diseño de filtro prensa y el diseño de elemento único.
En un electrolizador de filtro prensa convencional, se forma una pila de celdas de electrólisis en un bastidor de celdas apilando una pluralidad de elementos de celdas bajo la interposición de separadores similares a láminas y juntas entre elementos de celdas adyacentes y comprimiendo la pila completa para sellar todas las celdas de electrólisis a la vez. En los electrolizadores de diseño de filtro prensa, cada elemento de celda forma la semicelda anódica de una celda de electrólisis y la semicelda catódica de una celda de electrólisis vecina en la pila. La fuerza de sellado de todas las celdas la proporcionan los tirantes que se extienden a lo largo de la pila.
En un electrolizador de diseño de elemento único, cada celda de electrólisis es una unidad sellada por separado. Cada celda de electrólisis se compone de dos elementos en forma de medias cáscaras, atornilladas entre sí en sus bordes, con un separador y juntas interpuestas. Así, cada elemento de celda forma una semicelda de la celda de electrólisis, estando las semiceldas separadas por el separador. La fuerza de sellado para sellar la celda de electrólisis es proporcionada por la pluralidad de pernos distribuidos circunferencialmente a lo largo de las regiones del borde de los elementos de la celda.
En ambas opciones de diseño, el separador puede ser una membrana de intercambio iónico o un diafragma poroso, dependiendo de la finalidad prevista del electrolizador. Además, en ambas opciones de diseño debe evitarse de forma fiable un cortocircuito entre los dos elementos de celda que forman cada celda de electrólisis, para lo cual, además de las juntas, suele interponerse al menos una capa de material aislante de la electricidad en las regiones de los bordes antes del sellado.
El documento US 2011/0259735 A1 muestra ejemplos del diseño de filtro prensa y del diseño de elemento único de electrolizadores bipolares.
Los tipos conocidos de electrolizadores bipolares tienen la desventaja de que el sellado de las celdas supone un gran esfuerzo de montaje. Aunque en los electrolizadores de filtro prensa la fuerza de sellado de todas las celdas la proporciona el mismo conjunto de tirantes, el sellado de la pila de celdas es complicado y requiere mucho tiempo, ya que todos los separadores, juntas y capas de aislamiento deben colocarse correctamente a la vez. Los electrolizadores de elemento único requieren un elevado número de conexiones atornilladas para cada elemento con el fin de evitar fugas de forma segura durante el funcionamiento. Además, los requisitos de espacio para los elementos estructurales necesarios para proporcionar las fuerzas de sellado reducen el espacio disponible para el volumen de la celda y, en particular, en el diseño de elemento único, la disposición de sellado convencional establece un límite inferior para el espesor de cada elemento.
El documento US 2005/0100776 A1 desvela un conjunto de electrodo de membrana unificado ("CEMU") con un sellado de bordes mejorado para una celda de electrolito de polímero sólido. El conjunto de electrodos de membrana incluye la membrana de electrolito polimérico, el ánodo y el cátodo, y capas de soporte de difusión de gas para cada electrodo. Entre las CEMU adyacentes se colocan placas de campo de flujo hechas de material conductor que proporcionan campos de flujo para los reactantes. Se ensamblan varias CEMU y placas de campo de flujo para obtener una pila de combustible.
El documento EP 0 183 096 A1 describe una unidad de membrana que comprende una membrana de intercambio iónico y al menos una capa de un segundo material adaptado para reforzar la membrana, estando dicha capa de refuerzo fijada a al menos un lado de la membrana alrededor de una superficie periférica de la membrana que soporta la junta. El material de refuerzo puede adherirse a la membrana, por ejemplo, por medio de adhesivo, termosellado o sellado por ultrasonidos. Una junta se interpone entre la unidad de membrana y un marco de electrodos en ambos lados para formar una celda electrolítica del tipo filtro prensa.
El documento JP 2006 004754 A se refiere a una pila de combustible con un polielectrolito sólido en forma de placa que tiene una placa metálica en el lado del ánodo y una placa metálica en el lado del cátodo en las que están formadas ranuras de paso del flujo de gas. Los bordes periféricos de las placas metálicas se sellan por medio de calafateado en un estado de aislamiento eléctrico.
El documento US 2006/0073385 A1 se refiere a un procedimiento para sellar una celda de electrólisis de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y a una celda de electrólisis sellada de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7. Un material sellador adhesivo activado por calor se utiliza en un proceso de sellado para unir diferentes componentes de una celda electroquímica. El material sellador adhesivo encapsula la parte del borde de la membrana e interconecta los electrodos y placas anódica y catódica de una única celda PEM.
Breve sumario de la invención
El objeto de la invención es proporcionar un procedimiento para sellar una celda de electrólisis y una celda de electrólisis sellada con un menor esfuerzo de montaje y requisitos de espacio reducidos de la disposición de sellado.
Este objeto se consigue por medio del procedimiento para sellar una celda de electrólisis de acuerdo con las características de la reivindicación 1 y una celda de electrólisis sellada con las características de la reivindicación 7.
Por la presente, se proporciona un procedimiento para sellar una celda de electrólisis que comprende una semicelda anódica y una semicelda catódica formadas por al menos dos elementos de celda y un separador en forma de lámina que separa las semiceldas entre sí, comprendiendo el procedimiento las siguientes etapas:
• proporcionar los dos elementos de celda y el separador en forma de hoja,
• interponer el separador entre los dos elementos de celda e interponer una capa de material de sellado entre cada lado del separador y los dos elementos de celda en una región respectiva del borde de los elementos de celda,
• sellado de la celda de electrólisis, en el que se aplica una fuerza a los elementos de la celda para comprimir las regiones del borde.
De acuerdo con la invención, el material de sellado es un material eléctricamente aislante, y durante la etapa de sellado el estado del material de sellado cambia de un estado líquido a un estado sólido para crear una unión adhesiva entre los elementos de celda y el separador interpuesto por medio del material de sellado. La fuerza se alivia después de que el material de sellado se haya solidificado.
Al utilizar una unión adhesiva de los elementos de la celda para sellar la celda de electrólisis, se simplifica el montaje de la celda, puesto que ya no es necesario colocar y fijar pernos. Además, gracias a las propiedades de aislamiento eléctrico del adhesivo, se puede prescindir de una capa de aislamiento separada. El procedimiento de acuerdo con la invención es particularmente adecuado para una fabricación automatizada de celdas de electrólisis. Además, permite montar electrolizadores del tipo filtro prensa celda por celda, ya que las fuerzas de sellado de acuerdo con la invención las proporciona la unión adhesiva entre el material de sellado y los elementos de la celda. De este modo, ya no se necesitan fuerzas externas para comprimir la pila y sellar las celdas. Además, dado que ya no se necesitan elementos estructurales externos para mantener las fuerzas de sellado, los requisitos de espacio de la disposición de sellado inventiva son particularmente bajos, lo que permite reducir aún más el espesor de la celda.
En algunas realizaciones, el material de sellado es un adhesivo de curado químico o un adhesivo a base de disolvente. Los adhesivos de curado químico y a base de disolventes tienen la ventaja de una unión adhesiva especialmente fuerte, capaz de soportar altas temperaturas y/o productos químicos agresivos. Cuando se utilizan adhesivos como material de sellado, las capas de material de sellado se interponen preferentemente aplicando el adhesivo en estado líquido viscoso en las regiones de los bordes de ambos elementos de celda.
En otras realizaciones, el material de sellado es un material termoplástico, en el que la etapa de sellado de la celda de electrólisis comprende:
• introducir energía en el material de sellado para que pase a un estado termoplástico,
• unir los elementos de celda y el separador interpuesto mientras el material de sellado está en estado termoplástico, y
• bajar la temperatura del material de sellado para que se solidifique.
Los materiales termoplásticos tienen la ventaja de que permiten abrir y volver a cerrar la celda de electrólisis de forma fácil y no destructiva. Para fines de mantenimiento, como por ejemplo la sustitución de los separadores, se pueden calentar las regiones del borde hasta que el material termoplástico vuelva a estar en estado termoplástico y se puedan separar los elementos de celda.
Cuando se utilizan materiales termoplásticos como material de sellado, la unión adhesiva puede crearse en un proceso de dos pasos, en el que las capas de material de sellado se unen primero a los elementos de celda y en el que las dos capas de material de sellado se unen después entre sí y al separador en la etapa de sellado. La primera unión puede, por ejemplo, estar ya presente cuando se suministran los dos elementos de celda, es decir, los elementos de celda están provistos de un revestimiento de material termoplástico en sus regiones del borde. Alternativamente, la primera unión puede crearse durante la etapa de interposición del material de sellado, o durante la etapa de sellado.
El material termoplástico puede ser llevado al estado termoplástico por medio de diferentes tipos de suministro de energía. En el caso más sencillo, la energía se introduce por calentamiento de las regiones del borde. Otra forma posible de introducir la energía es la termosoldadura de las capas de material de sellado por medio de ultrasonidos.
Para el sellado de las celdas de electrólisis se prefieren especialmente los materiales termoplásticos que contienen polipropileno (PP), en particular polipropileno atáctico (PP-R), y/o policloruro de vinilo (PVC).
Preferentemente, la etapa de sellado comprende además el plegado de las regiones del borde de los elementos de celda hacia un lado. El pliegue hacia atrás de ambas regiones del borde hacia el mismo lado, por ejemplo de 120° a 180°, consigue un entrelazamiento mecánico de los elementos de la celda que favorece aún más el sellado de la misma. En particular, el pliegue es ventajoso en celdas de electrólisis que deben funcionar a una presión interna elevada, ya que el pliegue libera la unión adhesiva de la fuerza de presión por medio de un bloqueo de forma.
De acuerdo con la invención, los elementos de la celda están hechos de una lámina metálica con un espesor inferior o igual a 0,8 mm. Los metales preferentes son el níquel y/o el titanio. Debido al concepto de sellado de acuerdo con la invención, es incluso imaginable producir celdas de electrólisis a partir de láminas metálicas que tengan un espesor inferior o igual a 0,2 mm.
El problema se resuelve además por medio de una celda de electrólisis sellada que comprende una semicelda anódica y una semicelda catódica formadas por al menos dos elementos de celda y un separador en forma de lámina que separa las semiceldas entre sí. Los elementos de celda tienen cada uno una región de borde y están unidos entre sí en las regiones de borde bajo interposición de una capa de material de sellado entre cada lado del separador y los dos elementos de celda de forma eléctricamente aislada y sellada. De acuerdo con la invención, el material de sellado es un material líquido solidificado que forma una unión adhesiva entre los elementos de celda y proporciona aislamiento eléctrico y sellado de los elementos de celda.
Una ventaja importante de la celda de electrólisis sellada de la invención es que las fuerzas de sellado son proporcionadas por una unión adhesiva y se puede prescindir de elementos estructurales externos para mantener las fuerzas de sellado. De este modo, los electrolizadores que utilizan este tipo de celda de electrólisis aprovechan mejor el espacio disponible y las celdas pueden funcionar con menos tensión mecánica. Además, la disposición de sellado ya no limita la posibilidad de diseñar celdas de electrólisis de espesor reducido.
En ciertas realizaciones, el material de sellado es un adhesivo curado químicamente o un adhesivo seco a base de disolvente.
En otras realizaciones, el material de sellado es un material termoplástico. En particular, se prefiere que el material de sellado contenga polipropileno (PP) y/o policloruro de vinilo (PVC).
En realizaciones preferidas, los bordes del separador en forma de lámina están inmersos en el material de sellado solidificado. De este modo, también pueden evitarse los riesgos de fuga debidos a los efectos capilares del separador. Esto es especialmente ventajoso si se utilizan diafragmas porosos como separadores, ya que se sabe que los diafragmas porosos provocan fugas por fuerzas capilares si se extienden entre las regiones del borde de los elementos de la celda hacia el exterior de la misma.
Además, se prefiere que las regiones del borde de los elementos de celda se plieguen hacia atrás hacia un lado, con el fin de proporcionar un bloqueo de forma mecánico entre los elementos de celda.
Los elementos de la celda están hechos de una chapa metálica con un espesor inferior o igual a 0,8 mm, en particular preferentemente inferior o igual a 0,2 mm. Los metales preferentes son el níquel y/o el titanio.
En particular, la invención se refiere a celdas de electrólisis de escala industrial. Por lo tanto, el separador de la celda de electrólisis de acuerdo con la invención tiene preferentemente una superficie de 0,5 m2 a 4 m2. Además, la celda de electrólisis está configurada preferentemente para densidades de corriente de al menos 3 kA/m2.
A continuación se describen otras ventajas de la invención con referencia a las realizaciones que se muestran en los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
Fig. 1 muestra esquemáticamente un diagrama de flujo que ilustra el procedimiento inventivo para sellar una celda de electrólisis,
Fig. 2A a 2C muestran esquemáticamente diferentes etapas de la producción de celdas electrolíticas selladas del tipo de elemento único de acuerdo con la invención,
Fig. 3A y 3B muestran esquemáticamente diferentes etapas de la producción de una celda de electrólisis sellada del tipo filtro prensa de acuerdo con la invención.
Descripción detallada de la invención
En los dibujos, las mismas partes se identifican sistemáticamente con los mismos signos de referencia y, por lo tanto, se describen y se hace referencia a ellas una sola vez.
En la Fig. 1, se muestra un diagrama de flujo del procedimiento 100 para sellar una celda de electrólisis, que ilustra la secuencia de los pasos de forma abstracta. La Fig. 2A muestra una celda de electrólisis en un estado anterior a la etapa de sellado del procedimiento y la Fig. 2B muestra una realización de la celda de electrólisis sellada 1. La Fig. 2C muestra una realización diferente de la celda de electrólisis sellada 1 con regiones del borde plegadas hacia atrás. Las etapas del procedimiento se describirán a continuación con referencia a las Figs. 1 y 2A a 2C.
De acuerdo con el procedimiento inventivo, en la etapa 110 se proporcionan dos elementos de celda 4, 5 y un separador en forma de lámina 6. En la etapa 120, el separador 6 se interpone entre los dos elementos de celda 4, 5 y una capa de material de sellado 7, 8 se interpone entre cada lado del separador 6 y los dos elementos de celda 4, 5 en una región de borde respectiva 9, 10 de los elementos de celda 4, 5. La Fig. 2A muestra la celda de electrólisis en una fase de montaje después de la etapa 120.
En la etapa 130 se sella la celda de electrólisis 1, en la que se aplica una fuerza F a los elementos de la celda 4, 5 para comprimir las regiones del borde 9, 10. El material de sellado 7, 8 es un material eléctricamente aislante y durante la etapa de sellado 130 el estado del material de sellado 7, 8 cambia de un estado líquido a un estado sólido para crear una unión adhesiva de los elementos de celda 4, 5 y el separador interpuesto 6 por medio del material de sellado 7, 8. La fuerza F se alivia después de que el material de sellado 7, 8 se haya solidificado. La Fig. 2B muestra la celda de electrólisis sellada 1 después del paso 130.
El material de sellado 7, 8 puede ser un adhesivo de curado químico o un adhesivo a base de disolvente.
En el procedimiento mostrado en la Fig. 1, el material de sellado 7, 8 es un material termoplástico. La etapa de sellado 130 de la celda de electrólisis 1 comprende además una etapa de aporte de energía 140 a las regiones de borde 9, 10 para llevar el material de sellado 7, 8 a un estado termoplástico, una etapa de unión 150 de los elementos de celda 4, 5 y el separador interpuesto 6 mientras el material de sellado 7, 8 está en estado termoplástico, y una etapa de descenso de la temperatura 160 del material de sellado 7, 8 para dejar que el material de sellado 7, 8 se solidifique. Preferentemente, el material de sellado 7, 8 contiene polipropileno (PP) y/o policloruro de vinilo (PVC).
Por ejemplo, la energía puede introducirse calentando las regiones del borde 9, 10 a una temperatura a la que el material de sellado se encuentre en su estado termoplástico. La reducción de la temperatura del material de sellado 7, 8 puede conseguirse, por ejemplo, dejando que la temperatura se estabilice en la temperatura ambiente, o por medio de un enfriamiento activo de las regiones del borde 9, 10.
Preferentemente, como se muestra en la Fig. 1, la etapa de sellado 130 comprende además el plegado 170 de las regiones de borde 9, 10 de los elementos de celda 4, 5 hacia un lado del separador. El plegado 170 puede realizarse después de que el material de sellado se haya solidificado, o antes. En particular, si se utiliza un adhesivo de curado químico o un adhesivo con base de disolvente, es preferible realizar el plegado 170 antes de que el adhesivo se haya solidificado. La Fig. 2C muestra una realización de la celda sellada 1 después de la etapa de plegado 170.
En la Fig. 2B se muestra una celda de electrólisis sellada 1 fabricada de acuerdo con el procedimiento inventivo. La celda de electrólisis sellada 1 comprende una semicelda anódica 2 y una semicelda catódica 3 formadas por al menos dos elementos de celda 4, 5 y un separador en forma de lámina 6 que separa las semiceldas 2, 3 entre sí.
La semicelda anódica 2 y la semicelda catódica 3 contienen un ánodo y un cátodo, respectivamente (no mostrados). El ánodo y el cátodo pueden estar unidos al respectivo elemento de celda 4, 5 en una sola pieza, o pueden estar configurados como componentes separados.
Los elementos de celda 4, 5 tienen cada uno una región de borde 9, 10 y están unidos entre sí en las regiones de borde 9, 10 por medio de la interposición de una capa de material de sellado 7, 8 entre cada lado del separador 6 y los dos elementos de celda 4, 5 de forma eléctricamente aislada y sellada. El material de sellado 7, 8 de la celda sellada 1 es un material líquido solidificado que forma una unión adhesiva entre los elementos de la celda 4, 5 y proporciona aislamiento eléctrico y sellado de los elementos de la celda 4, 5.
El material de sellado solidificado es un adhesivo curado químicamente o un adhesivo seco a base de disolvente. Alternativamente, el material de sellado puede ser un material termoplástico. En particular, el material de sellado puede contener polipropileno (PP) y/o policloruro de vinilo (PVC).
Como se muestra en la Fig. 2B, los bordes 11 del separador en forma de lámina 6 están preferentemente inmersos en el material de sellado solidificado. De este modo, el separador en forma de lámina 6 no se extiende a través de las regiones del borde 9, 10 hacia el exterior de la celda, sino que está confinado de forma ajustada dentro de la unión adhesiva entre los elementos de la celda 4, 5.
Los elementos de celda 4, 5 están hechos de una lámina metálica que tiene un espesor inferior o igual a 0,8 mm. En particular, es imaginable que los elementos de celda estén hechos de una lámina metálica que tenga un espesor inferior o igual a 0,1 mm. Los metales preferentes son el níquel y el titanio.
La celda de electrólisis 1 está configurada preferentemente para electrólisis de agua alcalina o electrólisis de cloroálcali.
La Fig. 2C muestra una realización de la celda de electrólisis sellada 11, en la que las regiones de borde 9, 10 de los elementos de celda 4, 5 están dobladas hacia atrás hacia un lado. En todos los demás aspectos, la descripción de la realización mostrada en la Fig. 2A es aplicable a la realización mostrada en la Fig. 2B, en consecuencia.
Las realizaciones de la Fig. 2B y 2C se refieren a celdas de electrólisis 1 de diseño de elemento único. Las celdas de electrólisis 1 están configuradas como unidades separadas, que pueden conectarse eléctricamente en serie haciendo tope en la parte posterior de los elementos de celda 4, 5 con una celda adyacente. De este modo, se puede construir una pila de celdas de electrólisis 1 y proporcionar alimentación eléctrica en los lados exteriores de las celdas más externas de la pila.
Figs. 3A y 3B muestran una realización del procedimiento y la celda sellada 1 del tipo filtro prensa. Cada elemento de celda 4, 5 proporciona una semicelda anódica 2 y una semicelda catódica 3 de una celda adyacente. Una pluralidad de elementos de celda 4, 5 pueden sellarse uno a uno entre sí bajo la interposición de un separador 6 cada uno para formar una pila de celdas de electrólisis 1 del tipo filtro prensa.
En todos los demás aspectos, la descripción de las realizaciones mostradas en las Figs. 2A y 2B es aplicable a las realizaciones mostradas en la Fig. 3A y 3B, en consecuencia.
Lista de signos de referencia
1 celda de electrólisis
2 semicelda anódica
3 semicelda catódica
4, 5 elementos de celda
6 separador
7, 8 material de sellado
9, 10 región del borde
11 borde del separador
100 procedimiento de sellado de una celda de electrólisis
110 suministro de elementos de celda y separador
120 interposición de separador y material de sellado entre los elementos de la celda
130 sellado de la celda de electrólisis
140 aporte de energía a las regiones de la llanta
150 elementos de celda de unión y separador
160 bajar la temperatura de las regiones del borde
170 plegado de las regiones del borde
F fuerza de compresión

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. El Procedimiento para sellar una celda de electrólisis (1) que comprende una semicelda anódica (2) y una semicelda catódica (3) formadas por al menos dos elementos de celda (4, 5) y un separador en forma de lámina (6) que separa las semiceldas (2, 3) entre sí, comprendiendo el procedimiento (100) las siguientes etapas:
- proporcionando (110) los dos elementos de celda (4, 5) y el separador en forma de hoja (6),
- interponiendo (120) el separador (6) entre los dos elementos de celda (4, 5) e interponiendo una capa de material de sellado (7, 8) entre cada lado del separador (6) y los dos elementos de celda (4, 5) en una región de borde respectiva (9, 10) de los elementos de celda (4, 5),
- sellado (130) de la celda de electrólisis (1), en el que se aplica una fuerza (F) a los elementos de la celda (4, 5) para comprimir las regiones del borde (9, 10),
en el que el material de sellado (7, 8) es un material aislante de la electricidad, en el que durante la etapa de sellado (130) el estado del material de sellado (7, 8) cambia de estado líquido a estado sólido para crear una unión adhesiva entre los elementos de celda (4, 5) y el separador interpuesto (6) por medio del material de sellado (7, 8), caracterizado por que la fuerza (F) se alivia cuando el material de sellado (7, 8) se ha solidificado, 5) y el separador interpuesto (6) por medio del material de sellado (7, 8), en el que la fuerza (F) se alivia cuando el material de sellado (7, 8) se ha solidificado,caracterizado en quelos elementos de celda (4, 5) están hechos de una lámina metálica que tiene un espesor inferior o igual a 0,8 mm, en particular inferior o igual a 0,8 mm.8 mm, en particular inferior o igual a 0,2 mm.
2. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado porqueel material de sellado (7, 8) es un adhesivo de curado químico o un adhesivo a base de disolvente.
3. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1,caracterizado en queel material de sellado (7, 8) es un material termoplástico, en el que la etapa de sellado (130) de la celda de electrólisis (1) comprende:
- introducir energía (140) en el material de sellado (7, 8) para llevar el material de sellado (7, 8) a un estado termoplástico,
- pegar (150) los elementos de celda (4, 5) y el separador interpuesto (6) mientras el material de sellado (7, 8) está en estado termoplástico, y
- bajando la temperatura (160) del material de sellado (7, 8) para dejar que el material de sellado (7, 8) se solidifique.
4. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3,caracterizado porquela energía se introduce por calentamiento o ultrasonidos.
5. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 o 4,caracterizado porqueel material de sellado (7, 8) contiene polipropileno (PP) y/o policloruro de vinilo (PVC).
6. El procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5,caracterizado por quela etapa de sellado (130) comprende además
- plegando (170) las regiones de borde (9, 10) de los elementos de celda (4, 5) hacia un lado.
7. La celda de electrólisis sellada (1) que comprende una semicelda anódica (2) y una semicelda catódica (3) formadas por al menos dos elementos de celda (4, 5) y un separador en forma de lámina (6) que separa las semiceldas (2, 3) entre sí, en la que los elementos de celda (4, 5) tienen cada uno una región de borde (9, 10) y están unidos entre sí en las regiones de borde (9, 10) por interposición de una capa de material de sellado (7, 8) entre cada lado del separador (6) y los dos elementos de celda (4, 5) de manera aislada y sellada eléctricamente, en la que el material de sellado (7, 8) es un material líquido solidificado que forma una unión adhesiva entre los elementos de celda (4, 5) y proporciona aislamiento eléctrico y sellado de los elementos de celda (4, 5)caracterizado porquelos elementos de celda (4, 5) están hechos de una lámina metálica con un espesor inferior o igual a 0,8 mm, en particular inferior o igual a 0,8 mm.8 mm, en particular inferior o igual a 0,2 mm.
8. La celda de electrólisis sellada de acuerdo con la reivindicación 7,caracterizada porqueel material de sellado (7, 8) es un adhesivo curado químicamente o un adhesivo seco a base de disolvente.
9. La celda de electrólisis sellada de acuerdo con la reivindicación 7,caracterizada porqueel material de sellado (7, 8) es un material termoplástico.
10. La celda de electrólisis sellada de acuerdo con la reivindicación 9,caracterizada porqueel material de sellado (7, 8) contiene polipropileno (PP) y/o policloruro de vinilo (PVC).
11. La celda de electrólisis sellada de acuerdo con una de las reivindicaciones 7 a 10,caracterizada porquelas regiones de borde (9, 10) de los elementos de celda (4, 5) están plegadas hacia un lado.
ES21213033T 2021-12-08 2021-12-08 Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada Active ES2986402T3 (es)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21213033.0A EP4194588B1 (en) 2021-12-08 2021-12-08 Method for sealing an electrolysis cell and sealed electrolysis cell

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2986402T3 true ES2986402T3 (es) 2024-11-11

Family

ID=78824746

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21213033T Active ES2986402T3 (es) 2021-12-08 2021-12-08 Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20250059656A1 (es)
EP (2) EP4194588B1 (es)
KR (1) KR20240110965A (es)
CN (1) CN118401704A (es)
AU (1) AU2022404755B2 (es)
CA (1) CA3240045A1 (es)
ES (1) ES2986402T3 (es)
WO (1) WO2023104817A1 (es)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK182204B1 (en) * 2023-12-22 2025-11-25 Nel Hydrogen Electrolyser As An electrolysis cell element, an electrolysis cell stack, and use of an electrolysis cell stack
US20250283236A1 (en) * 2024-03-06 2025-09-11 Plug Power Inc. Active tensioning for electrolyzer stacks

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK501585A (da) * 1984-11-05 1986-05-06 Dow Chemical Co Membranenhed til en elektrolytcelle
DE19713250C2 (de) * 1997-03-29 2002-04-18 Ballard Power Systems Elektrochemischer Energiewandler mit Polymerelektrolytmembran
KR101122473B1 (ko) * 2003-08-29 2012-02-29 이 아이 듀폰 디 네모아 앤드 캄파니 단위화된 막 전극 조립체 및 그의 제조 방법
EP1601036A1 (en) * 2004-05-28 2005-11-30 Du Pont Canada Inc. Novel sealant material for electrochemical cell components
JP2006004754A (ja) * 2004-06-17 2006-01-05 Nitto Denko Corp 燃料電池
IT1391774B1 (it) 2008-11-17 2012-01-27 Uhdenora Spa Cella elementare e relativo elettrolizzatore modulare per processi elettrolitici
DE102021103185A1 (de) * 2021-02-11 2022-08-11 WEW GmbH Verfahren zur Abdichtung einer Elektrolysezelle

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022404755B2 (en) 2026-02-05
US20250059656A1 (en) 2025-02-20
EP4194588B1 (en) 2024-06-26
EP4194588A1 (en) 2023-06-14
KR20240110965A (ko) 2024-07-16
AU2022404755A1 (en) 2024-06-06
CA3240045A1 (en) 2023-06-15
EP4444935A1 (en) 2024-10-16
JP2024544224A (ja) 2024-11-28
CN118401704A (zh) 2024-07-26
WO2023104817A1 (en) 2023-06-15
EP4194588C0 (en) 2024-06-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180363154A1 (en) Electrochemical cell and components thereof capable of operating at high voltage
ES2986402T3 (es) Procedimiento de sellado de una celda de electrólisis y celda de electrólisis sellada
US20170018785A1 (en) Resin frame equipped membrane electrode assembly for fuel cell
WO2015070066A1 (en) Cell and cell block configurations for redox flow battery systems
AU2022222172B2 (en) Electrolytic cell
US8273495B2 (en) Electrochemical cell structure and method of making the same
EP3309883B1 (en) Solid-oxide fuel cell
JP2008536015A (ja) 電気化学セル構造
WO2019203130A1 (ja) 空気極、金属空気電池及び金属空気電池の製造方法
JP2012104237A (ja) フレームの接合構造、電池用セルスタック、レドックスフロー電池、および電池用セルスタックの製造方法
CA3233832A1 (en) Frames for electrochemical cells and stack type devices
CN109964350B (zh) 电化学反应单位、电化学反应电池组、以及电化学反应单位的制造方法
KR20230092959A (ko) 전기 화학 전지용 막-전극 접합체 및 막-전극 접합체의 제조 방법
CN108604701A (zh) 电池和密封构件
CN1197999C (zh) 高电流负载的双极多用途电解电池
JP2019087414A (ja) バイポーラ電池の製造方法
CN102057527A (zh) 燃料电池和燃料电池的制造方法
JP2008274432A (ja) 電気化学セル構造体及びその製法
CN104412435A (zh) 燃料电池单元
US20140147768A1 (en) Fuel cell plate and fuel cell
JP2016076372A (ja) 燃料電池用樹脂枠付き電解質膜・電極構造体の製造方法
JP7835859B2 (ja) 電解セルを封止するための方法および封止された電解セル
KR20130012105A (ko) 연료전지 스택
CN119605000A (zh) 将膜固定至框架的方法、单元堆和使用
WO2017160277A1 (en) Processes for laser joining electrochemical cell members