WO2013107619A1 - Energy conversion device having reversible energy storage - Google Patents

Energy conversion device having reversible energy storage Download PDF

Info

Publication number
WO2013107619A1
WO2013107619A1 PCT/EP2013/000047 EP2013000047W WO2013107619A1 WO 2013107619 A1 WO2013107619 A1 WO 2013107619A1 EP 2013000047 W EP2013000047 W EP 2013000047W WO 2013107619 A1 WO2013107619 A1 WO 2013107619A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
cell
hydrogen
storage medium
cells
electrolyzer
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000047
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Martin Greda
Jeffrey Roth
Bruno Zekorn
Ulrich Rost
Michael Brodmann
Jörg Neumann
Andre Wildometz
Cristian Liviu Mutascu
Original Assignee
Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen
Propuls 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 Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen, Propuls Gmbh filed Critical Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen
Publication of WO2013107619A1 publication Critical patent/WO2013107619A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04037Electrical heating
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M16/00Structural combinations of different types of electrochemical generators
    • H01M16/003Structural combinations of different types of electrochemical generators of fuel cells with other electrochemical devices, e.g. capacitors, electrolysers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04052Storage of heat in the fuel cell system
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • H01M8/0606Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants
    • H01M8/065Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues with means for production of gaseous reactants by dissolution of metals or alloys; by dehydriding metallic substances
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/182Regeneration by thermal means
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/18Regenerative fuel cells, e.g. redox flow batteries or secondary fuel cells
    • H01M8/184Regeneration by electrochemical means
    • H01M8/186Regeneration by electrochemical means by electrolytic decomposition of the electrolytic solution or the formed water product
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M2008/1095Fuel cells with polymeric electrolytes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a device for converting chemical energy into electrical energy and / or electrical energy into chemical energy, comprising a housing in which at least one electrochemical cell for carrying out the transformation at least partially rests.
  • Such devices are as a fuel cell, einseurzelle or whole
  • a fuel cell that converts chemical energy into electrical energy, or an electrolyzer cell that converts electrical energy into chemical energy is enclosed in a closed housing.
  • the arrangement of several plate-shaped cells in a housing next to each other is called stack, in particular
  • a fuel and an oxidizer are continuously supplied to the cell.
  • these are oxygen (oxidant) and hydrogen (fuel).
  • the reaction of the two consumables becomes a current
  • Conventional individual fuel cells generate a low voltage of about 1.2 V, on the other hand, however, a comparatively high current density up to several amperes per
  • a single such fuel cell can deliver a current of several amps and more, with a DC voltage of less than 1.2V.
  • the resulting current is formed from the product of the active area in cm 2 and the maximum current density.
  • conventional fuel cells have a flat, planar shape with a substantially rectangular base so that the individual cells can be stacked side by side or one on top of another. This results in a cuboid overall structure whose dimension depends on the number and area of the cells.
  • the pole plates For the function of a fuel cell, it is necessary for the pole plates to exert a pressure on the polymer electrolyte membrane or a gas diffusion layer arranged between this membrane and the pole plate. Essentially, the pressure causes the necessary electrical contact between pole plates and gas diffusion layers, as well as the electrodes of the membrane, so that in the reaction in the fuel cell electrons are added or removed can. Therefore, a pressure is required inside the housing for the energy conversion, so that the housing must be sealed pressure-tight.
  • a device for converting chemical energy into electrical energy and / or electrical energy into chemical energy which has a housing in which at least one electrochemical cell for
  • a chemical storage medium is disposed in which hydrogen is stored or stored, wherein the storage medium surrounds the cell at least partially, is with its heat transferring compound and releasing hydrogen by absorbing heat of the cell and / or releases hydrogen to the cell while releasing heat.
  • the basic idea according to the invention consists in surrounding the electrochemical cell in a heat-conducting compound by a hydrogen-storing medium which, by absorbing heat from the cell, releases hydrogen in an endothermic process or absorbs hydrogen by releasing heat to the cell through an exothermic process.
  • the electrochemical cell may be, for example, a fuel cell, a
  • Fuel cells operate at different temperature levels, depending on the particular fuel cell type.
  • the temperature range in fuel cells with polymer electrolyte membranes (PEM), for which the present invention is preferably suitable by 70 ° C (low temperature, in so-called NT-PEM, or about 180 ° C (high temperature) in so-called HT
  • the heat released during the operation of the fuel cell is released to the storage medium surrounding the cell, which consequently releases the hydrogen stored in the storage medium thus acting as a heat sink, thereby reducing the cooling power required to cool the fuel cell and increases the overall efficiency of the fuel cell or the fuel cell unit.
  • the released from the storage medium as a result of heat absorption hydrogen is supplied to the fuel cell.
  • An additional external supply of hydrogen can be dispensed with.
  • the hydrogen demand for the fuel cell can be provided exclusively from the stored hydrogen in the storage medium. Only one supply line for the oxygen is still required.
  • Electrolysis cell created so that an "internal" heating of the cell takes place. If hydrogen is supplied to the storage medium, ie conveyed into the housing of the device according to the invention, the storage medium absorbs the hydrogen in an exothermic process. The heat energy released in this case is transferred to the electrolyzer cell, so that less energy is required for the heating. This increases the efficiency of the device when using the electrochemical cell as electrolyzer cell.
  • the hydrogen uptake process continues as long as the storage medium absorbs hydrogen. Produced excess hydrogen can be filled into an external store. Similarly, in the case of using the electrochemical cell as a fuel cell, the process proceeds as long as that
  • Storage medium releases hydrogen.
  • the cells can be flat in design
  • all cells of the device may be of similar design. This means that all cells are identical in construction and, in particular, are designed either as fuel cells or as electrolyzer cells, so that the device forms a fuel cell stack or an electrolyzer cell stack.
  • the device according to the invention can have only a single electrochemical cell which operates as a fuel cell. However, it may also include two or more such cells. These can be, for example
  • the device according to the invention can have only a single electrochemical cell, which is known as
  • Electrolysis cell works. However, it may also include two or more such cells. These, for example, can be designed plate-shaped and lie next to each other, so that they form a fuel cell stack. Since a device with fuel cell (s) and a device with Elektrolyseurzelle (s) in terms of their hydrogen production and their hydrogen consumption complement each other, they can be technically and functionally cooperatively arranged. Thus, with their separate housings, for example, they can be arranged directly adjacent to one another and connected to one another or be such that the electrolyzer cell device supplies the fuel cell device with the hydrogen that it requires. The two housings can be surrounded by an overall housing.
  • At least one of the cells in the housing is a fuel cell and at least one of the further cells is an electrolyzer cell, so that at least two electrochemical cells arranged in the housing are present, each of which
  • Storage medium are at least partially surrounded.
  • the storage medium thus surrounds both cells simultaneously.
  • the fuel cell and the electrolyzer cell are thus active at different times.
  • the energy conversion device thus obtained can be used in a particularly advantageous manner then to convert electrical energy from the electrolyzer cell into chemical energy, which then in the form of hydrogen in the
  • Storage medium is stored, whereas the fuel cell, this stored chemical energy at a later time back into electrical energy can convert.
  • the device is thus one for energy conversion with reversible energy storage.
  • a particularly advantageous use of this device is to decentrally store decentrally generated energy, for example from regenerative energy sources, and, if necessary, to make it available at decentralized locations, for example in a vehicle.
  • the storage medium according to the invention must possess the property in which
  • a storage medium in which the hydrogen is already stored for example, a metal hydride can be used.
  • hydroxide in the narrower sense refers to the binary compounds of metals and some semi-metals with hydrogen, in a broader sense also complex molecules or ionic compounds containing a metal-hydrogen bond
  • binary hydrides can be classified into the three classes “ionic or salt-like hydrides”, “covalent hydrides” and “metallic hydrides.”
  • the relevant metallic hydrides hereinafter called metal hydrides, have metal valence electrons which are both a bond with the
  • metal hydrides include not only compounds of pure metals with hydrogen, but also metal alloys with hydrogen. These metals or metal alloys absorb at a certain pressure and temperature ratio elemental hydrogen, which is incorporated into the crystal structure of the metal. The result is a brittle compound that can be solved by increasing the temperature or lowering the pressure (desorption).
  • metal alloys for example, titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ) can be used. The general reaction proceeds in both directions as follows:
  • Metal hydrides will vary according to their applications
  • cryogenic hydrides which give off hydrogen in the range of -30 ° C to 80 ° C, medium-temperature hydrides, where this takes place at 80 ° C to 150 ° C, and high-temperature hydrides, in which the hydrogen release at more than 150 ° C. he follows. For each metal hydride there is a certain temperature at which an optimal addition of the hydrogen takes place (absorption). This always occurs with an increase in pressure until a
  • Typical pressure levels are in the range of 1-5 MPa (10 to 50 bar). Such pressure can be in the inventive
  • Metal hydrides are usually available granulated or powdered, so that their processing, in particular the filling of the metal hydride as a storage medium in the housing of the energy conversion device in a simple manner possible. If the storage medium is formed by a powdery structure or granules, it contains many free areas between the grains, in which unabsorbed gas can accumulate, which inevitably leads to a pressure in the housing interior.
  • the use of a hydrogen-storing or hydrogen storable medium in the housing of the energy conversion device according to the invention thus simultaneously effects the operation of the at least one electrochemical cell
  • a heterocyclic chemical compound can be used as a storage medium in which hydrogen is already stored.
  • Carbazoles are examples of a heterocyclic chemical compound.
  • heterocyclic compounds which formally derive from the substance pyrrole by adding two benzo groups.
  • the molecular formula of carbazole is C12H9N. Suitable is Here, for example, the chemical substance 9-ethylcarbazole, which is present at about 70 ° C in liquid form.
  • the loading of the carbazole with hydrogen is exothermic and the discharge endothermic, analogous to metal hydrides.
  • the hydrogen stored in the storage medium can come from an external source, for example an external electrolyzer cell.
  • an electrolyzer cell as an electrochemical cell, however, it is necessary that the storage medium such a medium in which the hydrogen can be stored.
  • the storage medium should be hydrogen-free. Therefore, it is advantageous if the
  • Storage medium for this case is a metal, a metal alloy or a mixture of these substances and is present in particular in powder or granular form, so that it reacts with the hydrogen to form a metal hydride.
  • Hydrogen is stored, and a second memory state in which hydrogen is stored. This physical property is achieved by a metal hydride.
  • the storage medium at the beginning of the operation of the device as a fuel cell may be a metal hydride which passes during operation of the fuel cell with elimination of hydrogen (desorption) in the metal hydride forming metal, the corresponding metal alloy or the mixture of metal and metal alloy, and Metal, the metal alloy or the mixture of these in operation the device as electrolyzer cell with absorption of hydrogen (absorption) in the metal hydride passes.
  • the cell or cells are completely surrounded by the storage medium. This has the advantage that an effective and maximum heat transfer from the storage medium to the cell (s) and / or from the cell (s)
  • Heating and / or cooling of the storage medium is arranged. Depending on requirements, this temperature control can then be used for additional heating or cooling of the cell or cells. This is especially true for a invention
  • Fuel cell is, so a cooling of the cell is required, and at least one cell is a Elektrolyseurzelle, so a heating of the cell is necessary.
  • the tempering device can then be used for heating or cooling. This is possible for example by means of a Peltier element, in which only the
  • the device may include lines through which the hydrogen discharged from the storage medium to the fuel cell or fuel cells
  • the device may comprise lines through which the hydrogen formed by the electrolyzer cell or the electrolyzer cells from the electrolysis of water is supplied to the storage medium.
  • the device can have lines through which the oxygen for the fuel cell is "sucked in.”
  • the reaction water formed can also be flushed out via these lines By means of this line, it is also possible to discharge the oxygen which is not required, which is formed during the reaction, for example into the environment outside the housing.
  • Figure 1 schematic representation of a device according to the invention with only one electrolyzer cell
  • Figure 2 schematic representation of a device according to the invention with
  • Figure 3 schematic representation of a device according to the invention with a
  • Figure 4 Perspective view of a device according to the invention with a plurality of electrochemical cells
  • FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for converting electrical energy into chemical energy, wherein the chemical energy in the form of hydrogen is stored in the device.
  • the device 1 comprises a housing 2, in which an electrochemical cell 4 is arranged, which operates here as electrolyzer cell.
  • the device 1 thus forms an electrolyzer 1.
  • Electrolysis cell 4 hydrogen is produced by the electrolysis of water. This requires electrical energy and heat energy.
  • the electrical energy is the electrolyzer cell 4 at the electrical terminals 8 by a
  • the electrolyzer cell 4 consists of an anode and a cathode, to each of which an electrical line 8 leads.
  • the energy required by the cell 4 results from the reaction equations of the electrolytic decomposition of water of the electrolyzer cell 4 or of the electrolyzer 1, which can be represented by the following implication:
  • Electrolyzer 1 is pumped. There are formed as reaction products oxygen 0 2 and hydrogen H 2 and a proportion of undissolved water H 2 0, all of which are removed from the electrolyzer 4. The derived from the cell 4 hydrogen H 2 is introduced directly into the housing 2 of the electrolyzer 1 via a line.
  • An optional hydrogen processing unit 9 which is arranged outside or inside (not shown) of the electrolyzer 1 and serves to purify and / or dry the hydrogen H 2 coming from the electrolyzer cell 4, may optionally be present.
  • a powdery or granulated metal alloy 5 is arranged, for example, titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ), the hydrogen introduced into the housing 2 H 2 with release of heat and to form a Metal hydride absorbs. The resulting heat is then delivered to the electrolyzer cell 4, so that the heat energy that must be externally supplied to heat the cell or generated from internal losses, is lower by about the originating from the storage medium 5 amount.
  • Hybrid formation developed heat, which raises the temperature level and thus the ultimately required electrical energy for heating the
  • Electrolysis process is reduced. In the energy balance, this increases the electrical efficiency of the electrolyzer. 1
  • the device 1 can optionally contain a heater 6, 7 for heating the electrolyzer cell 3, which is arranged in the interior of the housing 2 next to the cell 3.
  • a heater is shown schematically in FIG shown in dashed lines. It comprises a heat exchanger 6 and a heat source 7, wherein the heat exchanger 6 and the heat source 7 may be formed as a combined unit, for example in the form of a heating coil or a
  • the cooling side may abut, for example, on the inside of the housing wall.
  • the electrolyzer 1 or its cell 4 can be designed in the pocket construction described in DE 10 2009 057 494 A1. As a result, a particularly compact design is achieved.
  • FIG. 2 shows a device 1 according to the invention for converting chemical energy into electrical energy, wherein the chemical energy in the device is obtained in the form of hydrogen.
  • the device 1 also comprises a pressurized housing 2, in which an electrochemical cell 3 is arranged, which operates here as a fuel cell 3.
  • the device 1 consequently forms a fuel cell 1.
  • hydrogen H 2 and oxygen 0 2 are burned to water H 2 0.
  • the fuel cell 3 consists of an anode and a cathode, to each of which an electrical line 8 leads. These lines can be removed during operation of the fuel cell 3 at a comparatively low voltage of less than 1.2V, a high current of several amperes.
  • the complete conversion of energy stored chemically in hydrogen into electrical energy is practically impossible in the fuel cell. Heat is always also developed, which is due to the internal ohmic resistance of the cell 3. This is represented by the following implication:
  • Storage medium 5 used that the fuel cell 3 completely surrounds.
  • Storage medium 5 is a metal hydride, for example a powdered or granulated hydrogenated metal alloy such as titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ).
  • a metal hydride for example a powdered or granulated hydrogenated metal alloy such as titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ).
  • TiFe titanium-iron
  • LaNi 5 lanthanum-nickel
  • a valve 10 may be provided to control and / or regulate the amount of hydrogen.
  • a particle filter 9 may be present in the supply line in order to purify the hydrogen.
  • a heater 6, 7 may be arranged in the housing next to the cell 3, which comprises a heat exchanger 6 and a heat source 7.
  • this heating is generally designed as a tempering, which can alternatively also cooling, so that it is able to cool the cell 3, if necessary, if that
  • Storage medium 5 absorbs less heat energy than the fuel cell 3 generates.
  • a temperature control 6, 7 may be formed for example by a Peltier element.
  • FIG. 3 shows a further embodiment variant of the device 1 according to the invention, in which a fuel cell 3 and an electrolyzer cell 4 are arranged together in the housing 2 and completely surrounded by the storage medium 5.
  • Storage medium 5 is a metal hydride, but initially present as a pure metal or metal alloy. To charge the device 1, the first
  • Operated electrolyzer cell 4 wherein the current for the electrolysis of water can come from renewable energy.
  • Hydrogen is introduced into the housing 2 and connects there in an exothermic process with the metal or the metal alloy to said metal hydride 5. This charging process is completed when the metal hydride 5 no further
  • the fuel cell can then be operated and supply electricity, which dissolves the hydrogen from the metal hydride 5 again by their heat and burns with the supplied oxygen 0 2 . This discharging process takes place until no more hydrogen is released from the metal hydride 5. This can then again through the electrolyzer 4
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of a further variant of a device 1 according to the invention with a plurality of electrochemical cells 3, 4, as described in the German patent application DE 10 2009 057 494 A1.
  • FIG. 4 shows the device 1 in a partially cutaway view.
  • the cells 3, 4 are designed in a flat design as plates and are parallel equidistant in the cuboid, in particular approximately cube-shaped housing 4 side by side.
  • the arrangement of the cells 3, 4 is such that alternately an electrolyzer cell 4, a fuel cell 3 and a plate-shaped temperature control means 6 are juxtaposed in the same order.
  • the apparatus comprises three electrolyzer cells 4, three fuel cells 3 and two temperature control plates 6.
  • the two temperature control plates 6 each lie between an electrolyzer cell 4 and a fuel cell 3.
  • the metal hydride is used as the storage medium 5 is present, which completely surrounds the cells 3, 4 or the pockets in which they are inserted.
  • the cells 3, 4 are arranged via supply lines 13 in the bottom plate 12, at whose ends corresponding terminals 11 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d, 11e, 1 1 h, 11 i, 11j, with air ( Oxygen), hydrogen and water.
  • Terminal 11 a denotes the air inlet for the fuel cell 3, port 1 1 b the corresponding
  • Terminal 1 1c denotes the hydrogen inlet for the fuel cell 3
  • terminal 1 1 d the corresponding hydrogen outlet.
  • Port 11e indicates the connection for the water inlet at the
  • Electrolyzer cells 4 designates an inlet for the temperature control plate 6, through which a heating or cooling medium can be supplied. A corresponding port 1 1g for the outlet is on the opposite side.
  • the cells 3, 4 are modular in the housing 2 formed in there, not shown pockets used. The device 1 is characterized particularly compact and physically small.
  • FIG. 6 shows an alternative embodiment to that in FIGS. 4 and 5. It differs from the embodiment in FIGS. 4 and 5 in that the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4.
  • the supply lines 1 1e, 11h, 1 1 i and 11 j are provided for the Elektrolyseurzellen in the bottom plate 12.
  • a design is selected that allows a modular introduction of electrochemical cells 3, 4 (fuel cell / electrolyzer) into the housing 2.
  • electrochemical cells 3, 4 are introduced from the outside into a pocket located directly in the storage medium 5, i. in the metal hydride.
  • the result is a geometry in which the electrochemical cells 3, 4 are completely surrounded by the metal hydride 5.
  • the built-up in the hydrogen storage 5 pressure compresses the introduced cells 3, 4, which has a positive effect on their properties.
  • the metal hydride 5 used is chosen so that the recorded or
  • Fuel cell system is suitable to reduce the one hand, the required electrical energy for water electrolysis or to use the waste heat of the fuel cell 3 for the desorption of hydrogen.
  • an operating pressure should be selected which ensures optimum compression of these cells 3, 4, occurring
  • the present invention has described an energy system which
  • Electrochemical cells e.g. Electrolysers or fuel cells or batteries are able to reversibly convert chemical energy into electrical energy.
  • water in the electrolyzer is decomposed into hydrogen and oxygen with the supply of electrical energy and heat, the storage of the hydrogen being e.g. done in a metal hydride storage. From this memory, hydrogen is taken to recover electrical energy by means of a fuel cell under the supply of atmospheric oxygen.
  • the energy store is designed such that electrochemical cells can be introduced modularly into the storage housing, in which case the cells are completely surrounded by the storage medium. Due to the pressure in the housing 2, the integrated cells are pressed hydraulically / pneumatically. Between the electrochemical cells and the storage medium can be energetically favorable Rekuperations soe achieve, u.a. contribute to an increase in system efficiency.

Abstract

The invention relates to a device (1) for converting chemical energy into electrical energy and/or electrical energy into chemical energy, comprising a housing (2) in which at least one electrochemically active cell (3, 4) for performing the conversion is at least partially accommodated. A chemical storage medium (5) in which hydrogen is or can be stored is arranged in the housing (2). The storage medium (5) at least partially encloses the cell (3, 4), has a heat-transferring connection to the cell, and releases hydrogen while absorbing heat from the cell (3, 4) and/or binds hydrogen while outputting heat to the cell (3, 4).

Description

Vorrichtung zur Energieumwandlung mit reversibler Energiespeicherung  Device for energy conversion with reversible energy storage
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und/ oder elektrische Energie in chemische Energie, mit einem Gehäuse, in dem wenigstens eine elektrochemische Zelle zur Durchführung der Umwandlung zumindest teilweise einliegt. The present invention relates to a device for converting chemical energy into electrical energy and / or electrical energy into chemical energy, comprising a housing in which at least one electrochemical cell for carrying out the transformation at least partially rests.
Derartige Vorrichtungen sind als Brennstoffzelle, Elektrolyseurzelle oder ganze Such devices are as a fuel cell, Elektrolyseurzelle or whole
Einheiten mehrere derartiger Zellen bekannt, beispielsweise aus der deutschen Units of several such cells known, for example from the German
Patentanmeldung DE 10 2009 057 494 AI , auf deren Inhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird. Die aktive, elektrochemische Zelle ist in diesem Falle eine Patent Application DE 10 2009 057 494 AI, whose contents are hereby incorporated by reference. The active electrochemical cell is one in this case
Brennstoffzelle, die chemische Energie in elektrische Energie umwandelt, oder eine Elektrolyseurzelle, die elektrische Energie in chemische Energie umwandelt. Die Zelle liegt in einem abgeschlossenen Gehäuse ein. Die Anordnung mehrerer plattenförmiger Zellen in einem Gehäuse nebeneinander wird als Stack, insbesondere A fuel cell that converts chemical energy into electrical energy, or an electrolyzer cell that converts electrical energy into chemical energy. The cell is enclosed in a closed housing. The arrangement of several plate-shaped cells in a housing next to each other is called stack, in particular
Brennstoffzellenstack oder Elektrolyseurstack bezeichnet. Fuel cell stack or Elektrolyseurstack called.
Im Falle einer Brennstoffzelle werden ein Brennstoff und ein Oxidationsmittel kontinuierlich der Zelle zugeführt. In der Regel sind dies Sauerstoff (Oxidationsmittel) und Wasserstoff (Brennstoff). Bei der Reaktion der beiden Betriebsstoffe wird ein Strom In the case of a fuel cell, a fuel and an oxidizer are continuously supplied to the cell. In general, these are oxygen (oxidant) and hydrogen (fuel). The reaction of the two consumables becomes a current
BESTÄTIGUNGSKOPI E von Elektronen und damit elektrische Energie erzeugt. Konventionelle einzelne Brennstoffzellen erzeugen dabei eine geringe Spannung von ca. 1 ,2 V, demgegenüber jedoch einen vergleichsweise hohe Stromdichte bis zu mehreren Ampere pro CONFIRMATION COPY E of electrons and thus generates electrical energy. Conventional individual fuel cells generate a low voltage of about 1.2 V, on the other hand, however, a comparatively high current density up to several amperes per
Quadratzentimeter aktive Reaktionsfläche, wobei sich diese Flächenangabe auf die Größe der aktiven Flächen in einer Brennstoffzelle bezieht. Da diese aktiven Flächen bei modernen Membranbrennstoffzellen beispielsweise mit einer Polymer-Elektrolyt- Membran (PEM) und beidseitig daran anliegender Polplatten mehr als 100 Square centimeter of active reaction area, this area information being related to the size of the active areas in a fuel cell. Since these active surfaces in modern membrane fuel cells, for example, with a polymer electrolyte membrane (PEM) and on both sides of adjacent pole plates more than 100
Quadratzentimeter betragen kann, kann eine einzelne derartige Brennstoffzelle einen Strom von mehreren Ampere und mehr, bei einer Gleichspannung von kleiner 1 ,2 V liefern. Der resultierende Strom bildet sich aus dem Produkt der aktiven Fläche in cm2 und der maximalen Stromdichte. Square centimeter, a single such fuel cell can deliver a current of several amps and more, with a DC voltage of less than 1.2V. The resulting current is formed from the product of the active area in cm 2 and the maximum current density.
Da eine Gleichspannung kleiner 1 ,2 V für viele technische Anwendungen zu gering ist, werden in konventionellen Brennstoffzelleneinheiten häufig mehrere Zellen in Reihe geschaltet, so dass sich die jeweiligen Spannungen der Zellen aufaddieren. Neben der elektrischen Reihenschaltung kann dabei auch eine Reihenschaltung der Since a DC voltage of less than 1.2 V is too low for many technical applications, in conventional fuel cell units often several cells are connected in series, so that the respective voltages of the cells add up. In addition to the electrical series connection can also be a series circuit of
Versorgungsstruktur erfolgen, so dass die Zuleitung von Brennstoff und Oxidationsmittel zu einer Zelle gleichzeitig die Ableitung von Brennstoff und Oxidationsmittel aus der vorherigen Zelle sein kann. Alternativ kann auch eine Parallelschaltung der Supply structure so that the supply of fuel and oxidant to a cell can be simultaneously the discharge of fuel and oxidant from the previous cell. Alternatively, a parallel circuit of
Versorgungsstruktur realisiert sein. In derartiger Ausführung sind besonders kompakte Brennstoffzelleneinheiten herstellbar. Supply structure be realized. In such an embodiment, particularly compact fuel cell units can be produced.
Üblicherweise weisen konventionelle Brennstoffzellen eine flache, planare Form mit einer im Wesentlichen rechteckigen Grundfläche auf, so dass die einzelnen Zellen parallel nebeneinander oder übereinander gestapelt werden können. Es ergibt sich dadurch eine quaderförmige Gesamtstruktur deren Abmessung von der Anzahl und Fläche der Zellen abhängig ist. Für die Funktion einer Brennstoffzelle ist es notwendig, dass die Polplatten einen Druck auf die Polymer-Elektrolyt-Membran bzw. eine zwischen dieser Membran und der Polplatte angeordnete Gasdiffusionslage ausüben. Im Wesentlichen bewirkt der Druck die notwendige elektrische Kontaktierung zwischen Polplatten und Gasdiffusionslagen, sowie den Elektroden der Membran, so dass bei der Reaktion in der Brennstoffzelle entstehenden Elektronen zu- bzw. abgeführt werden können. Daher ist im Inneren des Gehäuses für die Energieumwandlung ein Druck erforderlich, so dass das Gehäuse druckdicht verschlossen sein muss. Conventionally, conventional fuel cells have a flat, planar shape with a substantially rectangular base so that the individual cells can be stacked side by side or one on top of another. This results in a cuboid overall structure whose dimension depends on the number and area of the cells. For the function of a fuel cell, it is necessary for the pole plates to exert a pressure on the polymer electrolyte membrane or a gas diffusion layer arranged between this membrane and the pole plate. Essentially, the pressure causes the necessary electrical contact between pole plates and gas diffusion layers, as well as the electrodes of the membrane, so that in the reaction in the fuel cell electrons are added or removed can. Therefore, a pressure is required inside the housing for the energy conversion, so that the housing must be sealed pressure-tight.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Wirkungsgrad einer It is an object of the present invention, the efficiency of a
Energieumwandlungsvorrichtung der vorbeschriebenen Gattung unter Beibehaltung ihrer kompakten Bauform zu erhöhen, wobei gleichzeitig deren Herstellungskosten gering sein sollen. Energy conversion device of the type described above while maintaining their compact design to increase, while their production costs should be low.
Diese Aufgabe wir durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous developments are specified in the subclaims.
Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und/ oder elektrische Energie in chemische Energie vorgeschlagen, die ein Gehäuse aufweist, in dem wenigstens eine elektrochemische Zelle zur According to the invention, a device for converting chemical energy into electrical energy and / or electrical energy into chemical energy is proposed which has a housing in which at least one electrochemical cell for
Durchführung der Umwandlung zumindest teilweise einliegt, wobei in dem Gehäuse ein chemisches Speichermedium angeordnet ist, in dem Wasserstoff gespeichert oder speicherbar ist, wobei das Speichermedium die Zelle zumindest teilweise umgibt, mit ihr in Wärme übertragender Verbindung steht und unter Aufnahme von Wärme der Zelle Wasserstoff freigibt und/ oder unter Abgabe von Wärme an die Zelle Wasserstoff aufnimmt. Carrying out the conversion at least partially rests, wherein in the housing, a chemical storage medium is disposed in which hydrogen is stored or stored, wherein the storage medium surrounds the cell at least partially, is with its heat transferring compound and releasing hydrogen by absorbing heat of the cell and / or releases hydrogen to the cell while releasing heat.
Die erfindungsgemäße Grundidee besteht darin, die elektrochemische Zelle von einem Wasserstoff speichernden Medium in wärmeleitender Verbindung zu umgeben, das unter Aufnahme von Wärme der Zelle Wasserstoff in einem endothermen Vorgang freigibt bzw. Wasserstoff unter Abgabe von Wärme an die Zelle durch einen exothermen Vorgang aufnimmt. The basic idea according to the invention consists in surrounding the electrochemical cell in a heat-conducting compound by a hydrogen-storing medium which, by absorbing heat from the cell, releases hydrogen in an endothermic process or absorbs hydrogen by releasing heat to the cell through an exothermic process.
Die elektrochemische Zelle kann beispielsweise eine Brennstoffzelle, eine The electrochemical cell may be, for example, a fuel cell, a
Elektrolyseurzelle oder eine herkömmliche Batterie sein. Die Aufnahme von Wärme unter Wasserstoffabgabe ist insbesondere für die Verwendung der elektrochemischen Zelle als Brennstoffzelle von Bedeutung, die Aufnahme von Wasserstoff unter Abgabe von Wärme für die Verwendung der elektrochemischen Zelle als Elektrolyseurzelle, weshalb die Zelle bevorzugt eine Brennstoffzelle oder eine Elektrolyseurzelle ist. Dies wird nachfolgend erläutert. Elektrolyseurzelle or a conventional battery. The absorption of heat with release of hydrogen is particularly important for the use of the electrochemical cell as a fuel cell, the uptake of hydrogen with the release of heat for the use of the electrochemical cell as electrolyzer cell, why the cell is preferably a fuel cell or a Elektrolyseurzelle. This will be explained below.
Brennstoffzellen arbeiten bei unterschiedlichen Temperaturniveaus, abhängig von dem konkreten Brennstoffzellentyp. Beispielsweise beträgt der Temperaturbereich bei Brennstoffzellen mit Polymer-Elektrolyt-Membranen (PEM), für die die vorliegende Erfindung bevorzugt geeignet ist, um 70°C (Niedertemperatur, bei sogenannten NT- PEM, bzw. rund 180°C (Hochtemperatur) bei sogenannten HT-PEM. Die bei dem Betrieb der Brennstoffzelle frei werdende Wärme wird erfindungsgemäß an das die Zelle umgebende Speichermedium abgegeben, welches in Folge dessen den in ihm gespeicherten Wasserstoff freigibt. Das Speichermedium wirkt somit als Wärmesenke, wodurch sich die zur Kühlung der Brennstoffzelle notwendige Kühlleistung reduziert und der Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzelle respektive der Brennstoffzelleneinheit erhöht. Fuel cells operate at different temperature levels, depending on the particular fuel cell type. For example, the temperature range in fuel cells with polymer electrolyte membranes (PEM), for which the present invention is preferably suitable, by 70 ° C (low temperature, in so-called NT-PEM, or about 180 ° C (high temperature) in so-called HT According to the invention, the heat released during the operation of the fuel cell is released to the storage medium surrounding the cell, which consequently releases the hydrogen stored in the storage medium thus acting as a heat sink, thereby reducing the cooling power required to cool the fuel cell and increases the overall efficiency of the fuel cell or the fuel cell unit.
Der vom Speichermedium in Folge der Wärmeaufnahme freigegebene Wasserstoff wird der Brennstoffzelle zugeführt. Auf eine zusätzliche externe Zuführung von Wasserstoff kann dadurch verzichtet werden. Der Wasserstoffbedarf für die Brennstoffzelle kann ausschließlich aus dem im Speichermedium gespeicherten Wasserstoff bereitgestellt werden. Lediglich eine Zuleitung für den Sauerstoff ist noch erforderlich. The released from the storage medium as a result of heat absorption hydrogen is supplied to the fuel cell. An additional external supply of hydrogen can be dispensed with. The hydrogen demand for the fuel cell can be provided exclusively from the stored hydrogen in the storage medium. Only one supply line for the oxygen is still required.
Bei der Verwendung der elektrochemischen Zelle in der erfindungsgemäßen When using the electrochemical cell in the inventive
Vorrichtung als Elektrolyseurzelle ergeben sich dieselben physikalischen Device as Elektrolyseurzelle result in the same physical
Wirkungszusammenhänge in umgekehrter Richtung. In einer Elektrolyseurzelle wird Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten. Hierzu wird ein elektrischer Strom benötigt, d.h. elektrische Energie, sowie ein Temperaturniveau, das im Falle der Verwendung einer Elektrolyseurzelle mit Polymer-Elektrolyt-Membran in einem ähnlichen Temperaturbereich liegt, wie dies zuvor für die Brennstoffzelle angegeben worden ist. Die benötigte Wärme entsteht in der Elektrolyseurzelle. Diese Wärme wird durch die Stromleitung innerhalb der Zelle und der damit verbunden ohmschen Verluste generiert. Hierfür wird in der Regel eine bewusst höhere Spannung an der Interdependencies in the opposite direction. In an electrolyzer cell, water is split into hydrogen and oxygen. This requires an electric current, i. electrical energy, as well as a temperature level, which is in the case of using a electrolyzer cell with polymer electrolyte membrane in a similar temperature range, as has been previously stated for the fuel cell. The required heat is generated in the electrolyzer cell. This heat is generated by the power line inside the cell and the ohmic losses associated with it. This is usually a consciously higher voltage at the
Elektrolyseurzelle angelegt, so dass eine "innere" Beheizung der Zelle stattfindet. Wird Wasserstoff dem Speichermedium zugeführt, d.h. in das Gehäuse der erfindungsgemäßen Vorrichtung hinein gefördert, so nimmt das Speichermedium den Wasserstoff in einem exothermen Prozess auf. Die hierbei frei werdende Wärmeenergie wird auf die Elektrolyseurzelle übertragen, so dass weniger Energie für die Beheizung erforderlich ist. Hierdurch erhöht sich der Wirkungsgrad der Vorrichtung bei Verwendung der elektrochemischen Zelle als Elektrolyseurzelle. Electrolysis cell created so that an "internal" heating of the cell takes place. If hydrogen is supplied to the storage medium, ie conveyed into the housing of the device according to the invention, the storage medium absorbs the hydrogen in an exothermic process. The heat energy released in this case is transferred to the electrolyzer cell, so that less energy is required for the heating. This increases the efficiency of the device when using the electrochemical cell as electrolyzer cell.
Der Prozess der Wasserstoffaufnahme verläuft so lange, wie das Speichermedium Wasserstoff aufnimmt. Produzierter überschüssiger Wasserstoff kann in einen externen Speicher gefüllt werden. In entsprechender Weise verläuft der Prozess im Falle der Verwendung der elektrochemischen Zelle als Brennstoffzelle so lange, wie das The hydrogen uptake process continues as long as the storage medium absorbs hydrogen. Produced excess hydrogen can be filled into an external store. Similarly, in the case of using the electrochemical cell as a fuel cell, the process proceeds as long as that
Speichermedium Wasserstoff abgibt. Storage medium releases hydrogen.
Vorzugsweise kann in dem Gehäuse der Vorrichtung zu der mindestens einen benötigten Zelle eine weitere elektrochemische Zelle oder können zwei, oder mehrere weitere elektrochemische Zellen zumindest teilweise einliegen und von dem Preferably, in the housing of the device to the at least one required cell another electrochemical cell or two, or more electrochemical cells at least partially einliegen and of the
Speichermedium umgeben sein. Auf diese Weise kann eine ganze Anordnung von Zellen gebildet werden, die aus dem Speichermedium Wasserstoff beziehen oder in das Speichermedium Wasserstoff einlagern. Die Zellen können in flacher Bauform Be surrounded storage medium. In this way, a whole array of cells can be formed, which obtain hydrogen from the storage medium or store hydrogen in the storage medium. The cells can be flat in design
ausgebildet sein und parallel zueinander angeordnet sein, so dass die be formed and arranged parallel to each other, so that the
Gesamtanordnung einen Stack aus Zellen bildet. Hierdurch wird eine kompakte Overall arrangement forms a stack of cells. This will be a compact
Bauform erreicht, bei der zudem eine weitgehend homogene Wärmeverteilung vorliegt. Construction achieved, in addition, there is a largely homogeneous heat distribution.
In einer Ausführungsvariante können alle Zellen der Vorrichtung gleichartig ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass alle Zellen baugleich sind und insbesondere entweder als Brennstoffzellen oder als Elektrolyseurzellen ausgelegt sind, so dass die Vorrichtung einen Brennstoffzellenstack oder ein Elektrolyseurzellenstack bildet. In one embodiment, all cells of the device may be of similar design. This means that all cells are identical in construction and, in particular, are designed either as fuel cells or as electrolyzer cells, so that the device forms a fuel cell stack or an electrolyzer cell stack.
Wie bereits ausgeführt, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine einzige elektrochemische Zelle aufweisen, die als Brennstoffzelle arbeitet. Sie kann jedoch auch zwei oder mehrere solcher Zellen umfassen. Diese können beispielsweise As already stated, the device according to the invention can have only a single electrochemical cell which operates as a fuel cell. However, it may also include two or more such cells. These can be, for example
plattenförmigen ausgeführt sein und nebeneinander liegen, so dass sie einen Brennstoffzellenstack bilden. In entsprechender Weise kann die erfindungsgemäße Vorrichtung nur eine einzige elektrochemische Zelle aufweisen, die als be executed plate-shaped and lie next to each other, so that they have a Form fuel cell stack. In a corresponding manner, the device according to the invention can have only a single electrochemical cell, which is known as
Elektrolyseurzelle arbeitet. Sie kann jedoch auch zwei oder mehrere solcher Zellen umfassen. Auch diese können beispielsweise plattenförmigen ausgeführt sein und nebeneinander liegen, so dass sie einen Brennstoffzellenstack bilden. Da sich eine Vorrichtung mit Brennstoffzelle(n) und eine Vorrichtung mit Elektrolyseurzelle(n) hinsichtlich ihrer Wasserstoffproduktion und ihres Wasserstoffverbrauchs vorteilhaft ergänzen, können diese technisch und funktional zusammenwirkend angeordnet werden. So können sie mit ihren separaten Gehäusen beispielsweis unmittelbar nebeneinander angeordnet und so miteinander verbunden werden oder sein, dass die Elektrolyseurzellenvorrichtung der Brennstoffzellenvorrichtung den Wasserstoffzuleitet, den sie benötigt. Die beiden Gehäuse können von einem übergeordneten ganzen Gehäuse umgeben sein. Electrolysis cell works. However, it may also include two or more such cells. These, for example, can be designed plate-shaped and lie next to each other, so that they form a fuel cell stack. Since a device with fuel cell (s) and a device with Elektrolyseurzelle (s) in terms of their hydrogen production and their hydrogen consumption complement each other, they can be technically and functionally cooperatively arranged. Thus, with their separate housings, for example, they can be arranged directly adjacent to one another and connected to one another or be such that the electrolyzer cell device supplies the fuel cell device with the hydrogen that it requires. The two housings can be surrounded by an overall housing.
In einer alternativen Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wenigstens eine der Zellen im Gehäuse eine Brennstoffzelle und wenigstens eine der weiteren Zellen eine Elektrolyseurzelle, so dass zumindest zwei in dem Gehäuse angeordnete elektrochemische Zellen vorhanden sind, die jeweils von dem In an alternative embodiment variant of the device according to the invention, at least one of the cells in the housing is a fuel cell and at least one of the further cells is an electrolyzer cell, so that at least two electrochemical cells arranged in the housing are present, each of which
Speichermedium zumindest teilweise umgeben sind. In dieser baulichen Anordnung umgibt somit das Speichermedium beide Zellen gleichzeitig. Dies hat den Vorteil, dass mit der Elektrolyseurzelle Wasserstoff in dem Speichermedium angereichert werden kann, was als„Aufladen" der Vorrichtung betrachtet werden kann, wohingegen mit der Brennstoffzelle der Verbrauch des angereicherten Wasserstoffs unter Abgabe elektrischer Energie erfolgen kann, was in entsprechender Analogie als„Entladen" der Vorrichtung betrachtet werden kann. Die Brennstoffzelle und die Elektrolyseurzelle sind damit zeitlich versetzt aktiv. Storage medium are at least partially surrounded. In this structural arrangement, the storage medium thus surrounds both cells simultaneously. This has the advantage that with the electrolyzer cell hydrogen can be enriched in the storage medium, which can be regarded as "charging" of the device, whereas with the fuel cell, the consumption of enriched hydrogen can be done with the release of electrical energy, which in a similar analogy as " Unloading "of the device can be considered. The fuel cell and the electrolyzer cell are thus active at different times.
Die so erhaltene Energieumwandlungsvorrichtung kann in besonders vorteilhafter Weise dann dazu verwendet werden, elektrische Energie von der Elektrolyseurzelle in chemische Energie umzuwandeln, die dann in Gestalt des Wasserstoffs in dem The energy conversion device thus obtained can be used in a particularly advantageous manner then to convert electrical energy from the electrolyzer cell into chemical energy, which then in the form of hydrogen in the
Speichermedium gespeichert wird, wohingegen die Brennstoffzelle diese gespeicherte chemische Energie dann zu einem späteren Zeitpunkt wieder in elektrische Energie umwandeln kann. Die Vorrichtung ist somit eine solche zur Energieumwandlung mit reversibler Energiespeicherung. Storage medium is stored, whereas the fuel cell, this stored chemical energy at a later time back into electrical energy can convert. The device is thus one for energy conversion with reversible energy storage.
Ein besonders vorteilhafter Nutzen dieser Vorrichtung besteht darin, dezentral erzeugte Energie, beispielsweise aus regenerativen Energiequellen dezentral zu speichern, und im Bedarfsfalle an dezentralen Standorten, beispielsweise in einem Fahrzeug, verfügbar zu machen. A particularly advantageous use of this device is to decentrally store decentrally generated energy, for example from regenerative energy sources, and, if necessary, to make it available at decentralized locations, for example in a vehicle.
Das Speichermedium muss erfindungsgemäß die Eigenschaft besitzen, in dem The storage medium according to the invention must possess the property in which
Temperaturbereich, in dem die Brennstoffzelle und/oder die Elektrolyseurzelle betrieben wird/werden, Wasserstoff endotherm abzugeben oder exotherm aufzunehmen. Als Speichermedium, in dem der Wasserstoff bereits gespeichert ist, kann beispielsweise ein Metallhydrid verwendet werden. Temperature range in which the fuel cell and / or the electrolyzer cell is / are operated to give off hydrogen endothermically or to take up exothermically. As a storage medium in which the hydrogen is already stored, for example, a metal hydride can be used.
Als„Hydride" im engeren Sinne bezeichnete man die binären Verbindungen der Metalle und einiger Halbmetalle mit Wasserstoff, im weiteren Sinne auch komplexe Moleküle oder lonenverbindungen, die eine Metall-Wasserstoff-Bindung enthalten. Ihrem The term "hydride" in the narrower sense refers to the binary compounds of metals and some semi-metals with hydrogen, in a broader sense also complex molecules or ionic compounds containing a metal-hydrogen bond
Bindungscharakter und ihren Eigenschaften entsprechend, lassen sich binäre Hydride in die drei Klassen„ionische oder salzartige Hydride",„kovalente Hydride" und„metallische Hydride" einteilen. Die hier relevanten metallischen Hydride, nachfolgende Metallhydride genannt, besitzen Metall-Valenzelektronen, die sowohl an einer Bindung mit dem Binding character and their properties, binary hydrides can be classified into the three classes "ionic or salt-like hydrides", "covalent hydrides" and "metallic hydrides." The relevant metallic hydrides, hereinafter called metal hydrides, have metal valence electrons which are both a bond with the
Wasserstoff wie auch an einer metallischen Bindung beteiligt sind. Dabei umfassen Metallhydride jedoch nicht nur Verbindungen reiner Metalle mit Wasserstoff, sondern auch Metalllegierungen mit Wasserstoff. Diese Metalle bzw. Metalllegierungen absorbieren bei einem bestimmten Druck- und Temperaturverhältnis elementaren Wasserstoff, welche in die Kristallstruktur des Metalls eingelagert wird. Es entsteht eine spröde Verbindung, die durch Temperaturerhöhung bzw. Druckabsenkung wieder gelöst werden kann (Desorption). Als Metalllegierungen können beispielsweise Titan-Eisen (TiFe) oder Lanthan-Nickel (LaNi5) verwendet werden. Die allgemeine Reaktion verläuft dabei in beide Richtungen wie folgt: Hydrogen as well as a metallic bond are involved. However, metal hydrides include not only compounds of pure metals with hydrogen, but also metal alloys with hydrogen. These metals or metal alloys absorb at a certain pressure and temperature ratio elemental hydrogen, which is incorporated into the crystal structure of the metal. The result is a brittle compound that can be solved by increasing the temperature or lowering the pressure (desorption). As metal alloys, for example, titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ) can be used. The general reaction proceeds in both directions as follows:
Metall/Metalllegierung + Wasserstoff <-> Metallhydrid + Wärme. Metallhydride werden entsprechend ihren Anwendungsgebieten verschiedenen Metal / metal alloy + hydrogen <-> metal hydride + heat. Metal hydrides will vary according to their applications
Temperaturbereichen zugeordnet. So sind so genannte Tieftemperaturhydride bekannt, die im Bereich von -30°C bis 80°C Wasserstoff abgeben, Mitteltemperaturhydride, bei denen dies bei 80°C bis 150°C erfolgt, sowie Hochtemperaturhydride, bei denen die Wasserstoffabgabe bei mehr als 150°C erfolgt. Für jedes Metallhydrid gibt es eine bestimmte Temperatur, bei der eine optimale Anlagerung des Wasserstoffs erfolgt (Absorption). Dies erfolgt immer mit einem Anstieg des Drucks, bis eine Assigned to temperature ranges. Thus, so-called cryogenic hydrides are known which give off hydrogen in the range of -30 ° C to 80 ° C, medium-temperature hydrides, where this takes place at 80 ° C to 150 ° C, and high-temperature hydrides, in which the hydrogen release at more than 150 ° C. he follows. For each metal hydride there is a certain temperature at which an optimal addition of the hydrogen takes place (absorption). This always occurs with an increase in pressure until a
Sättigungskonzentration erreicht ist. Typische Druckniveaus liegen im Bereich von 1 - 5 MPa (10 bis 50 bar). Ein solcher Druck kann sich bei der erfindungsgemäßen Saturation concentration is reached. Typical pressure levels are in the range of 1-5 MPa (10 to 50 bar). Such pressure can be in the inventive
Vorrichtung im Gehäuseinneren aufbauen und die elektrochemischen Zellen auf diese Weise verpressen, so dass die Polplatten Druck auf die Polymer-Elektrolyt-Membran bzw. auf die zwischen Membran und Polplatte angeordnete Gasdiffusionslage ausüben. Für die Abgabe von Wasserstoff aus dem Speichermedium muss die Temperatur dann nur leicht erhöht werden, d.h. eine geringe Wärmemenge dem Speichermedium zugeführt werden. Build device inside the housing and compress the electrochemical cells in this way, so that the pole plates exert pressure on the polymer electrolyte membrane or on the arranged between the membrane and pole plate gas diffusion layer. For the delivery of hydrogen from the storage medium, the temperature must then be increased only slightly, i. a small amount of heat are supplied to the storage medium.
Metallhydride sind in der Regel granuliert oder pulverförmig erhältlich, so dass ihre Verarbeitung, insbesondere das Einfüllen des Metallhydrids als Speichermedium in das Gehäuse der Energieumwandlungsvorrichtung auf einfache Weise möglich ist. Ist das Speichermedium durch eine pulverartige Struktur oder ein Granulat gebildet, enthält es zwischen den Körnern viele freie Bereiche, in denen sich nicht absorbiertes Gas ansammeln kann, was zwangsläufig zu einem Druck im Gehäuseinnenraum führt. Die Verwendung eines Wasserstoff speichernden oder Wasserstoff speicherbaren Medium im Gehäuse der erfindungsgemäßen Energieumwandlungsvorrichtung bewirkt damit gleichzeitig den für den Betrieb der zumindest einen elektrochemischen Zelle Metal hydrides are usually available granulated or powdered, so that their processing, in particular the filling of the metal hydride as a storage medium in the housing of the energy conversion device in a simple manner possible. If the storage medium is formed by a powdery structure or granules, it contains many free areas between the grains, in which unabsorbed gas can accumulate, which inevitably leads to a pressure in the housing interior. The use of a hydrogen-storing or hydrogen storable medium in the housing of the energy conversion device according to the invention thus simultaneously effects the operation of the at least one electrochemical cell
notwendigen Druck. necessary pressure.
Alternativ kann als Speichermedium, in dem Wasserstoff bereits gespeichert ist, eine heterozyklische chemische Verbindung verwendet werden. Carbazole sind Alternatively, as a storage medium in which hydrogen is already stored, a heterocyclic chemical compound can be used. Carbazoles are
heterozyklische Verbindungen, die sich formal von dem Stoff Pyrrol durch Anfügen von zwei Benzogruppen ableiten. Die Summenformel des Carbazol ist C12H9N. Geeignet ist hier beispielsweise der chemische Stoff 9-Ethylcarbazol, der bei ca. 70°C in flüssiger Form vorliegt. Die Beladung des Carbazols mit Wasserstoff erfolgt exotherm und die Entladung endotherm, analog zu Metallhydriden. heterocyclic compounds, which formally derive from the substance pyrrole by adding two benzo groups. The molecular formula of carbazole is C12H9N. Suitable is Here, for example, the chemical substance 9-ethylcarbazole, which is present at about 70 ° C in liquid form. The loading of the carbazole with hydrogen is exothermic and the discharge endothermic, analogous to metal hydrides.
Wie bereits ausgeführt wurde, ist es für den Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung als Brennstoffzelle notwendig, dass in dem Speichermedium bereits Wasserstoff gespeichert ist, der sich während des Betriebs der Zelle herauslöst und für den As already stated, it is necessary for the operation of the device according to the invention as a fuel cell, that in the storage medium is already stored hydrogen, which dissolves during operation of the cell and for the
Verbrennungsprozess in der Zelle verwendet wird. Sofern in der Vorrichtung nur Brennstoffzellen vorhanden sind, bzw. nur eine Brennstoffzelle vorhanden ist, kann der Wasserstoff, der in dem Speichermedium gespeichert ist bzw. gespeichert worden ist, von einer externen Quelle, beispielsweise einer externen Elektrolyseurzelle stammen. Im Falle einer Elektrolyseurzelle als elektrochemische Zelle ist es dagegen erforderlich, dass das Speichermedium ein solches Medium, in dem sich der Wasserstoff speichern lässt. In dem Zustand der Elektrolyseurzelle zu Beginn ihres Betriebs sollte somit das Speichermedium wasserstofffrei sein. Daher ist es von Vorteil, wenn das Combustion process is used in the cell. If only fuel cells are present in the device, or only one fuel cell is present, the hydrogen stored in the storage medium can come from an external source, for example an external electrolyzer cell. In the case of an electrolyzer cell as an electrochemical cell, however, it is necessary that the storage medium such a medium in which the hydrogen can be stored. Thus, in the state of the electrolyzer cell at the beginning of its operation, the storage medium should be hydrogen-free. Therefore, it is advantageous if the
Speichermedium für diesen Fall ein Metall, eine Metalllegierung oder ein Gemisch dieser Stoffe ist und insbesondere in Pulverform oder granuliert vorliegt, so dass es zusammen mit dem Wasserstoff zu einem Metallhydrid reagiert. Storage medium for this case is a metal, a metal alloy or a mixture of these substances and is present in particular in powder or granular form, so that it reacts with the hydrogen to form a metal hydride.
Insbesondere im Falle einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit zumindest einer Zelle, die als Brennstoffzelle arbeitet und zumindest einer weiteren Zelle, die als In particular, in the case of a device according to the invention with at least one cell, which operates as a fuel cell and at least one further cell, as
Elektrolyseurzelle arbeitet, und mit einem Speichermedium, dass alle Zellen gleichzeitig umgibt, wird deutlich, dass dieses Speichermedium ein Stoff ist, das zwei Elektrolyseurzelle works, and with a storage medium that surrounds all cells simultaneously, it becomes clear that this storage medium is a substance that two
Speicherzustände besitzen muss. Einen ersten Speicherzustand, in dem kein Memory conditions must have. A first memory state in which no
Wasserstoff gespeichert ist, und einen zweiten Speicherzustand, in dem Wasserstoff gespeichert ist. Diese physikalische Eigenschaft wird durch ein Metallhydrid erreicht. Hydrogen is stored, and a second memory state in which hydrogen is stored. This physical property is achieved by a metal hydride.
Erfindungsgemäß kann daher das Speichermedium zu Beginn des Betriebs der Vorrichtung als Brennstoffzelle ein Metallhydrid sein, das im Betrieb der Brennstoffzelle unter Abspaltung von Wasserstoff (Desorption) in das das Metallhydrid bildende Metall, die entsprechende Metalllegierung oder das Gemisch aus Metall und Metalllegierung übergeht, und das Metall, die Metalllegierung oder das Gemisch aus diesen im Betrieb der Vorrichtung als Elektrolyseurzelle unter Aufnahme von Wasserstoff (Absorption) in das Metallhydrid übergeht. According to the invention, therefore, the storage medium at the beginning of the operation of the device as a fuel cell may be a metal hydride which passes during operation of the fuel cell with elimination of hydrogen (desorption) in the metal hydride forming metal, the corresponding metal alloy or the mixture of metal and metal alloy, and Metal, the metal alloy or the mixture of these in operation the device as electrolyzer cell with absorption of hydrogen (absorption) in the metal hydride passes.
Bevorzugt ist die Zelle oder sind die Zellen vollständig von dem Speichermedium umgeben. Dies hat den Vorteil, dass ein effektiver und maximaler Wärmetransport vom Speichermedium zu der oder den Zellen und/ oder von der oder den Zellen zum Preferably, the cell or cells are completely surrounded by the storage medium. This has the advantage that an effective and maximum heat transfer from the storage medium to the cell (s) and / or from the cell (s)
Speichermedium erreicht wird. Storage medium is reached.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn in dem Gehäuse ein Temperiermittel zur Furthermore, it is advantageous if in the housing a temperature control for
Beheizung und/ oder Kühlung des Speichermediums angeordnet ist. Je nach Bedarf kann dieses Temperiermittel dann zum zusätzlichen Beheizen oder Kühlen der Zelle oder Zellen verwendet werden. Dies ist besonders bei einer erfindungsgemäßen Heating and / or cooling of the storage medium is arranged. Depending on requirements, this temperature control can then be used for additional heating or cooling of the cell or cells. This is especially true for a invention
Energieumwandlungsvorrichtung sinnvoll, bei der zumindest eine Zelle eine Energy conversion device useful in the at least one cell
Brennstoffzelle ist, also ein Kühlung der Zelle erforderlich ist, und zumindest eine Zelle eine Elektrolyseurzelle ist, also eine Beheizung der Zelle notwendig ist. Je nachdem, welcher der Zellen dann in Betrieb ist (Brennstoff- oder Elektrolyseurzelle) kann die Temperiereinrichtung dann zum Heizen oder Kühlen verwendet werden. Dies ist beispielsweise mittels eines Peltierelements möglich, bei dem dafür lediglich die Fuel cell is, so a cooling of the cell is required, and at least one cell is a Elektrolyseurzelle, so a heating of the cell is necessary. Depending on which of the cells is then in operation (fuel or electrolyzer cell), the tempering device can then be used for heating or cooling. This is possible for example by means of a Peltier element, in which only the
Polarität umgekehrt werden muss. Polarity must be reversed.
Die Vorrichtung kann Leitungen aufweisen, durch die der von dem Speichermedium abgegebene Wasserstoff zu der Brennstoffzelle oder den Brennstoffzellen zur The device may include lines through which the hydrogen discharged from the storage medium to the fuel cell or fuel cells
Verwendung in ihrem Energiewandlungsprozess geführt ist. Alternativ oder Zusätzlich kann die Vorrichtung Leitungen aufweisen, durch die der von der Elektrolyseurzelle oder den Elektrolyseurzellen aus der Elektrolyse von Wasser gebildete Wasserstoff dem Speichermedium zugeführt ist. Des Weiteren kann die Vorrichtung Leitungen aufweisen, durch die der Sauerstoff für die Brennstoffzelle„angesaugt" wird. Über diese Leitungen kann auch das gebildete Reaktionswasser ausgeschwemmt werden. Des Weiteren kann die Vorrichtung Leitungen aufweisen, durch die das Reaktionswasser hinzugeführt wird, welches für den Elektrolyseprozess benötigt wird. Durch diese Leitung kann auch der nicht benötigte, bei der Reaktion entstehende Sauerstoff z.B. in die Umgebung außerhalb des Gehäuses, abgelassen werden. Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen: Use in their energy conversion process. Alternatively or additionally, the device may comprise lines through which the hydrogen formed by the electrolyzer cell or the electrolyzer cells from the electrolysis of water is supplied to the storage medium. Furthermore, the device can have lines through which the oxygen for the fuel cell is "sucked in." The reaction water formed can also be flushed out via these lines By means of this line, it is also possible to discharge the oxygen which is not required, which is formed during the reaction, for example into the environment outside the housing. Further advantages and features of the invention will be explained with reference to the following description of embodiments with reference to the accompanying figures. Show it:
Figur 1 : schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit nur einer Elektrolyseurzelle Figure 1: schematic representation of a device according to the invention with only one electrolyzer cell
Figur 2: schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Figure 2: schematic representation of a device according to the invention with
nur einer Brennstoffzelle  only one fuel cell
Figur 3: schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Figure 3: schematic representation of a device according to the invention with a
Elektrolyseurzelle und einer Brennstoffzelle  Elektrolyseurzelle and a fuel cell
Figur 4: Perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer Vielzahl elektrochemischer Zellen Figure 4: Perspective view of a device according to the invention with a plurality of electrochemical cells
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Umwandlung elektrischer Energie in chemische Energie dargestellt, wobei die chemische Energie in Gestalt von Wasserstoff in der Vorrichtung gespeichert wird. Die Vorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, in dem eine elektrochemische Zelle 4 angeordnet ist, die hier als Elektrolyseurzelle arbeitet. Die Vorrichtung 1 bildet folglich einen Elektrolyseur 1. Bei dieser FIG. 1 shows a device 1 according to the invention for converting electrical energy into chemical energy, wherein the chemical energy in the form of hydrogen is stored in the device. The device 1 comprises a housing 2, in which an electrochemical cell 4 is arranged, which operates here as electrolyzer cell. The device 1 thus forms an electrolyzer 1. In this
Elektrolyseurzelle 4 wird Wasserstoff durch die Elektrolyse von Wasser hergestellt. Hierfür wird elektrische Energie und Wärmeenergie benötigt. Die elektrische Energie wird der Elektrolyseurzelle 4 an den elektrischen Anschlüssen 8 durch einen Electrolysis cell 4, hydrogen is produced by the electrolysis of water. This requires electrical energy and heat energy. The electrical energy is the electrolyzer cell 4 at the electrical terminals 8 by a
elektrischen Strom bereitgestellt. Die Elektrolyseurzelle 4 besteht aus einer Anode und einer Katode, zu der jeweils eine elektrische Leitung 8 führt. Die von der Zelle 4 benötigte Energie ergibt sich aus den Reaktionsgleichungen der elektrolytischen Zerlegung von Wasser der Elektrolyseurzelle 4 bzw. des Elektrolyseurs 1 , was durch folgende Implikation dargestellt werden kann: Electricity provided. The electrolyzer cell 4 consists of an anode and a cathode, to each of which an electrical line 8 leads. The energy required by the cell 4 results from the reaction equations of the electrolytic decomposition of water of the electrolyzer cell 4 or of the electrolyzer 1, which can be represented by the following implication:
Wasser + elektrische Energie + Wärmeenergie - Wasserstoff + Sauerstoff. Wie in Figur 1 dargestellt ist, wird der Elektrolyseurzelle 4 Wasser (H20) zugeführt. Dies kann aus einem nicht dargestellten Tank erfolgen aus dem das Wasser zum Water + electrical energy + thermal energy - hydrogen + oxygen. As shown in Figure 1, the Elektrolyseurzelle 4 water (H 2 0) is supplied. This can be done from a tank, not shown, from the water to
Elektrolyseur 1 gepumpt wird. Es entstehen als Reaktionsprodukte Sauerstoff 02 und Wasserstoff H2 sowie ein Anteil nicht zerlegten Wassers H20, die allesamt aus der Elektrolyseurzelle 4 abgeführt werden. Der aus der Zelle 4 stammende Wasserstoff H2 wird direkt in das Gehäuse 2 des Elektrolyseurs 1 über eine Leitung eingeleitet. Electrolyzer 1 is pumped. There are formed as reaction products oxygen 0 2 and hydrogen H 2 and a proportion of undissolved water H 2 0, all of which are removed from the electrolyzer 4. The derived from the cell 4 hydrogen H 2 is introduced directly into the housing 2 of the electrolyzer 1 via a line.
Hierdurch wird in dem Gehäuse ein Druck erzeugt. Das Gehäuse ist deshalb druckdicht abgeschlossen. Eine optionale Wasserstoffaufbereitungseinheit 9, die außerhalb oder innerhalb (nicht dargestellt) des Elektrolyseurs 1 angeordnet ist und der Reinigung und/oder Trocknung des aus der Elektrolyseurzelle 4 kommenden Wasserstoffs H2 dient, kann optional vorhanden sein. As a result, a pressure is generated in the housing. The housing is therefore sealed pressure-tight. An optional hydrogen processing unit 9, which is arranged outside or inside (not shown) of the electrolyzer 1 and serves to purify and / or dry the hydrogen H 2 coming from the electrolyzer cell 4, may optionally be present.
In dem Gehäuse 2 des Elektrolyseurs 1 ist eine pulvrige oder granulierte Metalllegierung 5 angeordnet, beispielsweise Titan-Eisen (TiFe) oder Lanthan-Nickel (LaNi5), die den in das Gehäuse 2 eingebrachten Wasserstoff H2 unter Abgabe von Wärme und unter Bildung eines Metallhydrids aufnimmt. Die entsprechend entstehende Wärme wird dann an die Elektrolyseurzelle 4 abgegeben, so dass die Wärmeenergie, die zum Beheizen der Zelle von extern zugeführt oder aus internen Verlusten erzeugt werden muss, um etwa den vom Speichermedium 5 stammenden Betrag geringer ist. In the housing 2 of the electrolyzer 1, a powdery or granulated metal alloy 5 is arranged, for example, titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ), the hydrogen introduced into the housing 2 H 2 with release of heat and to form a Metal hydride absorbs. The resulting heat is then delivered to the electrolyzer cell 4, so that the heat energy that must be externally supplied to heat the cell or generated from internal losses, is lower by about the originating from the storage medium 5 amount.
In der Regel wird bedingt durch die inneren Widerstände in der Elektrolyseurzelle die benötigte Wärmeenergie durch die Zelle selbst bereitgestellt. Ein Synergieeffekt bei der Speicherung von Wasserstoff in Metallhydriden ist die Übertragung der bei der As a rule, due to the internal resistances in the electrolyzer cell, the required heat energy is provided by the cell itself. A synergy effect in the storage of hydrogen in metal hydrides is the transfer of the at
Hybridbildung entwickelten Wärme, wodurch das Temperaturniveau angehoben und damit die im Endeffekt benötigte elektrische Energie zur Anheizung des Hybrid formation developed heat, which raises the temperature level and thus the ultimately required electrical energy for heating the
Elektrolysevorgangs reduziert wird. In der Energiebilanz erhöht sich dadurch der elektrische Wirkungsgrad des Elektrolyseurs 1. Electrolysis process is reduced. In the energy balance, this increases the electrical efficiency of the electrolyzer. 1
Für zusätzlich benötigte Wärmeenergie kann die Vorrichtung 1 optional eine Heizung 6, 7 zur Beheizung der Elektrolyseurzelle 3 enthalten, die im inneren des Gehäuses 2 neben der Zelle 3 angeordnet ist. Eine solche Heizung ist in Figur 1 schematisch und gestrichelt dargestellt. Sie umfasst einen Wärmetauscher 6 und eine Wärmequelle 7, wobei der Wärmetauscher 6 und die Wärmequelle 7 auch als eine kombinierte Einheit ausgebildet sein können, beispielsweise in Gestalt einer Heizspirale oder eines For additionally required heat energy, the device 1 can optionally contain a heater 6, 7 for heating the electrolyzer cell 3, which is arranged in the interior of the housing 2 next to the cell 3. Such a heater is shown schematically in FIG shown in dashed lines. It comprises a heat exchanger 6 and a heat source 7, wherein the heat exchanger 6 and the heat source 7 may be formed as a combined unit, for example in the form of a heating coil or a
Peltierelements, dessen Kühlseite beispielsweise an der Innenseite der Gehäusewand anliegen kann. Peltier element, the cooling side may abut, for example, on the inside of the housing wall.
Der Elektrolyseur 1 respektive seine Zelle 4 können in der in DE 10 2009 057 494 A1 beschriebenen Taschenbauweise ausgeführt sein. Dadurch wird eine besonders kompakte Bauform erreicht. The electrolyzer 1 or its cell 4 can be designed in the pocket construction described in DE 10 2009 057 494 A1. As a result, a particularly compact design is achieved.
Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie, wobei die chemische Energie in der Vorrichtung in Gestalt von Wasserstoff bezogen wird. Die Vorrichtung 1 umfasst ebenfalls ein unter Druck stehendes Gehäuse 2, in dem eine elektrochemische Zelle 3 angeordnet ist, die hier als Brennstoffzelle 3 arbeitet. Die Vorrichtung 1 bildet folglich eine Brennstoffzelle 1 . Bei dieser Brennstoffzelle 3 werden Wasserstoff H2 und Sauerstoff 02zu Wasser H20 verbrannt. Die Brennstoffzelle 3 besteht aus einer Anode und einer Katode, zu der jeweils eine elektrische Leitung 8 führt. Diesen Leitungen kann während des Betriebes der Brennstoffzelle 3 bei vergleichsweise geringer Spannung von weniger als 1 ,2V ein hoher Strom von mehreren Ampere entnommen werden. Die vollständige Umwandlung von chemisch in Wasserstoff gespeicherter Energie in elektrische Energie ist in der Brennstoffzelle praktisch nicht möglich. Es wird stets auch Wärme entwickelt, die durch den inneren ohmschen Widerstand der Zelle 3 bedingt ist. Dies wird durch folgende Implikation dargestellt: FIG. 2 shows a device 1 according to the invention for converting chemical energy into electrical energy, wherein the chemical energy in the device is obtained in the form of hydrogen. The device 1 also comprises a pressurized housing 2, in which an electrochemical cell 3 is arranged, which operates here as a fuel cell 3. The device 1 consequently forms a fuel cell 1. In this fuel cell 3, hydrogen H 2 and oxygen 0 2 are burned to water H 2 0. The fuel cell 3 consists of an anode and a cathode, to each of which an electrical line 8 leads. These lines can be removed during operation of the fuel cell 3 at a comparatively low voltage of less than 1.2V, a high current of several amperes. The complete conversion of energy stored chemically in hydrogen into electrical energy is practically impossible in the fuel cell. Heat is always also developed, which is due to the internal ohmic resistance of the cell 3. This is represented by the following implication:
Wasserstoff + Sauerstoff -» Wasser + elektrische Energie + Wärmeenergie. Hydrogen + Oxygen - »Water + Electric Energy + Heat Energy.
Die entstehende Verlustwärme, die im Stand der Technik zur Kühlung der Zelle von dieser Abgeführt werden muss, wird erfindungsgemäß zur Entladung des The resulting heat loss, which must be dissipated in the prior art for cooling the cell of this, according to the invention for discharging the
Speichermediums 5 genutzt, dass die Brennstoffzelle 3 vollständig umgibt. Das Storage medium 5 used that the fuel cell 3 completely surrounds. The
Speichermedium 5 ist ein Metallhydrid, beispielsweise eine pulvrige oder granulierte, hydrierte Metalllegierung wie Titan-Eisen (TiFe) oder Lanthan-Nickel (LaNi5). Durch die Wärme der Brennstoffzelle 3 wird der Wasserstoff H2 aus dem Metall hydrid 5 herausgelöst. Es ist dadurch nicht weiter notwendig, die Brennstoffzelle zu kühlen. Er wird dann aus dem Gehäuse 2 über eine Zuleitung der Brennstoffzelle 3 zugeleitet. In dieser Zuleitung kann ein Ventil 10 vorhanden sein, um die Wasserstoffmenge zu steuern und/ oder zu regeln. Optional kann in der Zuleitung ein Partikelfilter 9 vorhanden sein, um den Wasserstoff zu reinigen. Storage medium 5 is a metal hydride, for example a powdered or granulated hydrogenated metal alloy such as titanium-iron (TiFe) or lanthanum-nickel (LaNi 5 ). By the Heat of the fuel cell 3, the hydrogen H 2 is dissolved out of the metal hydride 5. It is therefore no longer necessary to cool the fuel cell. It is then fed from the housing 2 via a feed line of the fuel cell 3. In this supply line, a valve 10 may be provided to control and / or regulate the amount of hydrogen. Optionally, a particle filter 9 may be present in the supply line in order to purify the hydrogen.
Für die Initiierung der Desorption zu Beginn des Prozesses, wenn die Brennstoffzelle 3 noch kalt ist, kann in dem Gehäuse eine Heizung 6, 7 neben der Zelle 3 angeordnet sein, die einen Wärmetauscher 6 und eine Wärmequelle 7 umfasst. Vorzugsweise ist diese Heizung allgemein als Temperiermittel ausgebildet, das alternativ auch Kühlen kann, so dass es in der Lage ist, die Zelle 3 bedarfsweise zu kühlen, sofern das For the initiation of the desorption at the beginning of the process, when the fuel cell 3 is still cold, a heater 6, 7 may be arranged in the housing next to the cell 3, which comprises a heat exchanger 6 and a heat source 7. Preferably, this heating is generally designed as a tempering, which can alternatively also cooling, so that it is able to cool the cell 3, if necessary, if that
Speichermedium 5 weniger Wärmeenergie aufnimmt, als die Brennstoffzelle 3 erzeugt. Ein solches Temperiermittel 6, 7 kann beispielsweise durch ein Peltierelement gebildet sein. Storage medium 5 absorbs less heat energy than the fuel cell 3 generates. Such a temperature control 6, 7 may be formed for example by a Peltier element.
Figur 3 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsvariante der Vorrichtung 1 , bei der in dem Gehäuse 2 eine Brennstoffzelle 3 und eine Elektrolyseurzelle 4 gemeinsam angeordnet und von dem Speichermedium 5 vollständig umgeben sind. Das FIG. 3 shows a further embodiment variant of the device 1 according to the invention, in which a fuel cell 3 and an electrolyzer cell 4 are arranged together in the housing 2 and completely surrounded by the storage medium 5. The
Speichermedium 5 ist ein Metallhydrid, das zunächst jedoch als reines Metall oder Metalllegierung vorliegt. Um die Vorrichtung 1 aufzuladen, wird zunächst die Storage medium 5 is a metal hydride, but initially present as a pure metal or metal alloy. To charge the device 1, the first
Elektrolyseurzelle 4 betrieben, wobei der Strom zur Elektrolyse des Wassers aus regenerativen Energien stammen kann. Der sich aus dem Wasser ergebende Operated electrolyzer cell 4, wherein the current for the electrolysis of water can come from renewable energy. The resulting from the water
Wasserstoff wird in das Gehäuse 2 eingeleitet und verbindet sich dort in einem exothermen Vorgang mit dem Metall bzw. der Metalllegierung zu besagtem Metallhydrid 5. Dieser Aufladevorgang ist beendet, wenn das Metallhydrid 5 keinen weiteren Hydrogen is introduced into the housing 2 and connects there in an exothermic process with the metal or the metal alloy to said metal hydride 5. This charging process is completed when the metal hydride 5 no further
Wasserstoff mehr aufnehmen kann. In diesem Zustand kann dann die Brennstoffzelle betrieben werden und Strom liefern, die durch ihre Wärme den Wasserstoff aus dem Metallhydrid 5 wieder herauslöst und mit dem ihr zugeleitete Sauerstoff 02 verbrennt. Dieser Entladevorgang erfolgt solange, bis kein Wasserstoff mehr von dem Metallhydrid 5 abgegeben wird. Dieses kann sodann wieder durch die Elektrolyseurzelle 4 Can absorb more hydrogen. In this state, the fuel cell can then be operated and supply electricity, which dissolves the hydrogen from the metal hydride 5 again by their heat and burns with the supplied oxygen 0 2 . This discharging process takes place until no more hydrogen is released from the metal hydride 5. This can then again through the electrolyzer 4
aufgeladen werden. Figuren 4 und 5 zeigt in schematischer perspektivischer Darstellung eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 mit mehreren elektrochemischen Zellen 3, 4, wie sie in der deutschen Patentanmeldung DE 10 2009 057 494 A1 beschrieben ist. Figur 4 zeigt die Vorrichtung 1 in teilaufgeschnittener Ansicht. to be charged. Figures 4 and 5 shows a schematic perspective view of a further variant of a device 1 according to the invention with a plurality of electrochemical cells 3, 4, as described in the German patent application DE 10 2009 057 494 A1. FIG. 4 shows the device 1 in a partially cutaway view.
Die Zellen 3, 4 sind in flacher Bauweise als Platten ausgeführt und liegen parallel äquidistant in dem quaderförmigen, insbesondere etwa würfelförmigen Gehäuse 4 nebeneinander. Die Anordnung der Zellen 3, 4 ist derart, dass abwechselnd eine Elektrolyseurzelle 4, eine Brennstoffzelle 3 und ein plattenförmiges Temperiermittel 6 in derselben Reihenfolge nebeneinander liegen. Wie in Figur 5 zu sehen ist, umfasst die Vorrichtung drei Elektrolyseurzellen 4, drei Brennstoffzellen 3 und zwei Temperierplatten 6. Die beiden Temperierplatten 6 liegen jeweils zwischen einer Elektrolyseurzelle 4 und einer Brennstoffzelle 3. In dem unter Druck stehenden Gehäuse 2 ist das Metallhydrid als Speichermedium 5 vorhanden, das die Zellen 3, 4 respektive die Taschen, in die sie eingesteckt sind, vollständig umgibt. The cells 3, 4 are designed in a flat design as plates and are parallel equidistant in the cuboid, in particular approximately cube-shaped housing 4 side by side. The arrangement of the cells 3, 4 is such that alternately an electrolyzer cell 4, a fuel cell 3 and a plate-shaped temperature control means 6 are juxtaposed in the same order. As can be seen in FIG. 5, the apparatus comprises three electrolyzer cells 4, three fuel cells 3 and two temperature control plates 6. The two temperature control plates 6 each lie between an electrolyzer cell 4 and a fuel cell 3. In the pressurized housing 2, the metal hydride is used as the storage medium 5 is present, which completely surrounds the cells 3, 4 or the pockets in which they are inserted.
Die Zellen 3, 4 werden über Versorgungsleitungen 13 in der Bodenplatte 12, an deren Enden entsprechende Anschlüsse 11 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d, 11e, 1 1 h, 11 i, 11j angeordnet sind, mit Luft (Sauerstoff), Wasserstoff und Wasser versorgt. Anschluss 11 a bezeichnet den Lufteinlass für die Brennstoffzellen 3, Anschluss 1 1 b den entsprechenden The cells 3, 4 are arranged via supply lines 13 in the bottom plate 12, at whose ends corresponding terminals 11 a, 1 1 b, 1 1 c, 1 1 d, 11e, 1 1 h, 11 i, 11j, with air ( Oxygen), hydrogen and water. Terminal 11 a denotes the air inlet for the fuel cell 3, port 1 1 b the corresponding
Luftauslass. Anschluss 1 1c bezeichnet den Wasserstoffeinlass für die Brennstoffzellen 3, Anschluss 1 1 d den entsprechenden Wasserstoffauslass. Air outlet. Terminal 1 1c denotes the hydrogen inlet for the fuel cell 3, terminal 1 1 d the corresponding hydrogen outlet.
Anschluss 11e bezeichnet den Anschluss für den Wassereinlass bei den Port 11e indicates the connection for the water inlet at the
Elektrolyseurzellen 4, der entsprechende Auslass 11 h für Wasser liegt auf der gegenüberliegenden Seite der gezeigten Vorrichtung 1. Ein weiterer Anschluss 1 1j für den Wasserstoffauslass der Elektrolyseurzellen 4 ist ebenfalls auf der anderen Seite vorhanden. In der Bodenplatte 12 ist ferner eine Leitung 1 1 i für ein sogenanntes Dead End der Elektrolyseurzellen 4 vorhanden. Die elektrischen Anschlüsse 8a sind mit den Brennstoffzellen 3 verbunden, die elektrischen Anschlüssen 8b mit den Elektrolyseurzellen 4, the corresponding outlet 11 h for water is on the opposite side of the device shown 1. Another connection 1 1j for the hydrogen outlet of the electrolyzer cells 4 is also present on the other side. In the bottom plate 12 is also a line 1 1 i for a so-called dead end of Elektrolyseurzellen 4 available. The electrical connections 8a are connected to the fuel cells 3, the electrical connections 8b to the
Elektrolyseurzellen 4. Anschluss 1 1f bezeichnet einen Einlass für die Temperierplatte 6, durch den ein Heiz- oder Kühlmedium zugeführt werden kann. Ein entsprechender Anschluss 1 1g für den Auslass liegt auf der gegenüberliegenden Seite. Die Zellen 3, 4 sind modular in das Gehäuse 2 in dort ausgebildeten, nicht dargestellten Taschen eingesetzt. Die Vorrichtung 1 ist dadurch besonders kompakt und kleinbauend. Electrolyzer cells 4. Connection 1 1f designates an inlet for the temperature control plate 6, through which a heating or cooling medium can be supplied. A corresponding port 1 1g for the outlet is on the opposite side. The cells 3, 4 are modular in the housing 2 formed in there, not shown pockets used. The device 1 is characterized particularly compact and physically small.
Figur 6 zeigt eine alternative Ausführungsvariante gegenüber derjenigen in Figuren 4 und 5. Sie unterscheidet sich von der Ausführung in den Figuren 4 und 5 darin, dass die Versorgungsleitungen der Brennstoffzellen 3 und der Elektrolyseurzellen 4 an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses 4 verlaufen. So sind die FIG. 6 shows an alternative embodiment to that in FIGS. 4 and 5. It differs from the embodiment in FIGS. 4 and 5 in that the supply lines of the fuel cells 3 and the electrolyzer cells 4 extend on opposite sides of the housing 4. So are the
Versorgungsleitungen 11 a bis 1 1 d für die Brennstoffzelle 3, ihre elektrischen Supply lines 11 a to 1 1 d for the fuel cell 3, their electrical
Anschlüsse 8a sowie die Versorgungsleitungen 1 1f, 1 1 g für die Temperierplatten 6 im Deckel 14 des Gehäuses 2 angeordnet. Dagegen sind die Versorgungsleitungen 1 1e, 11h, 1 1 i und 11 j für die Elektrolyseurzellen in der Bodenplatte 12 vorgesehen. Diese Anordnung hat den Vorteil, dass baulich alle Zellen identisch ausgebildet sein können, insbesondere hinsichtlich der Lage ihrer Versorgungsanschlüsse, wohingegen bei der Ausführungsvariante in Figur 5 die Lage der Anschlüsse für die Brennstoffzellen 3 und für die Elektrolyseurzellen 4 aus Platzgründen verschieden sein muss. Connections 8a and the supply lines 1 1f, 1 1 g for the tempering 6 arranged in the lid 14 of the housing 2. In contrast, the supply lines 1 1e, 11h, 1 1 i and 11 j are provided for the Elektrolyseurzellen in the bottom plate 12. This arrangement has the advantage that structurally all cells can be formed identically, in particular with regard to the position of their supply connections, whereas in the embodiment in FIG. 5 the position of the connections for the fuel cells 3 and for the electrolyzer cells 4 must be different for reasons of space.
Für den Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in den Figuren 4 bis 6 wird ein Design gewählt, dass eine modulare Einbringung von elektrochemischen Zellen 3, 4 (Brennstoffzelle/ Elektrolyseur) in das Gehäuse 2 erlaubt. Diese Zellen 3, 4 werden von außen in eine Tasche eingeführt, die sich unmittelbar im Speichermedium 5, d.h. im Metallhydrid befinden. Es entsteht eine Geometrie, bei der die elektrochemischen Zellen 3, 4 vollständig vom Metallhydrid 5 umgeben sind. Der im Wasserstoffspeicher 5 aufgebaute Druck verpresst die eingebrachten Zellen 3, 4, was sich positiv auf ihre Eigenschaften auswirkt. Durch einen angepassten Verpressungsdruck kann ein For the construction of the device 1 according to the invention in FIGS. 4 to 6, a design is selected that allows a modular introduction of electrochemical cells 3, 4 (fuel cell / electrolyzer) into the housing 2. These cells 3, 4 are introduced from the outside into a pocket located directly in the storage medium 5, i. in the metal hydride. The result is a geometry in which the electrochemical cells 3, 4 are completely surrounded by the metal hydride 5. The built-up in the hydrogen storage 5 pressure compresses the introduced cells 3, 4, which has a positive effect on their properties. By an adapted compression pressure can be
Optimum zwischen elektrischer Kontaktierung der Schichten einer elektrochemischen Zelle (Polplatte, Gasdiffusionslage» Membranelektrodeneinheit) und der Beladung des Speichers erreicht werden. Optimum between electrical contacting of the layers of an electrochemical cell (pole plate, gas diffusion layer »membrane electrode assembly) and the loading of the memory can be achieved.
Das verwendete Metallhydrid 5 ist so gewählt, dass die aufgenommene bzw. The metal hydride 5 used is chosen so that the recorded or
abgegebene Wärmemenge (Absorption/ Desorption) zum Elektrolyseur- Brennstoffzellensystem passend ist, um einerseits die benötigte elektrische Energie für die Wasserelektrolyse zu reduzieren bzw. die Abwärme der Brennstoffzellen 3 für die Desorption des Wasserstoffs zu nutzen. Darüber hinaus ist ein Betriebsdruck zu wählen, der eine optimale Verpressung dieser Zellen 3, 4 gewährleistet, um auftretende amount of heat released (absorption / desorption) to the electrolyzer Fuel cell system is suitable to reduce the one hand, the required electrical energy for water electrolysis or to use the waste heat of the fuel cell 3 for the desorption of hydrogen. In addition, an operating pressure should be selected which ensures optimum compression of these cells 3, 4, occurring
Temperaturdifferenzen auszugleichen, werden neben den elektrochemischen Zellen 3, 4 Wärmetauscher 6 mit einer intelligenten Temperaturregelung modular über das Taschensystem in das Gehäuse 2 der Vorrichtung eingebracht. To compensate for temperature differences, are introduced in addition to the electrochemical cells 3, 4 heat exchanger 6 with an intelligent temperature control modular over the pocket system in the housing 2 of the device.
Mit der vorliegenden Erfindung wurde ein Energiesystem beschrieben, das The present invention has described an energy system which
elektrochemische Zellen in einen Energiespeicher mit variablem Druckniveau integriert. Elektrochemische Zellen, z.B. Elektrolyseure oder Brennstoffzellen oder Batterien, sind in der Lage reversibel chemische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. Im Falle eines Elektrolyseur-Brennstoffzellen-Systems wird Wasser im Elektrolyseur unter Zufuhr von elektrischer Energie und Wärme in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt, wobei die Speicherung des Wasserstoffs z.B. in einem Metallhydridspeicher erfolgt. Aus diesem Speicher wird Wasserstoff entnommen, um mittels einer Brennstoffzelle unter Zufuhr von Luftsauerstoff elektrische Energie zurückzugewinnen. integrated electrochemical cells in an energy storage device with variable pressure level. Electrochemical cells, e.g. Electrolysers or fuel cells or batteries are able to reversibly convert chemical energy into electrical energy. In the case of an electrolyzer fuel cell system, water in the electrolyzer is decomposed into hydrogen and oxygen with the supply of electrical energy and heat, the storage of the hydrogen being e.g. done in a metal hydride storage. From this memory, hydrogen is taken to recover electrical energy by means of a fuel cell under the supply of atmospheric oxygen.
Der Energiespeicher wird so ausgelegt, dass elektrochemische Zellen modular in das Speichergehäuse einführbar sind, wobei im beschriebenen Fall die Zellen vollständig vom Speichermedium umgeben sind. Durch den Druck im Gehäuse 2 werden die integrierten Zellen hydraulisch/pneumatisch verpresst. Zwischen den elektrochemischen Zellen und dem Speichermedium lassen sich energetisch günstige Rekuperationseffekte erzielen, die u.a. zu einer Steigerung des Systemwirkungsgrades beitragen. The energy store is designed such that electrochemical cells can be introduced modularly into the storage housing, in which case the cells are completely surrounded by the storage medium. Due to the pressure in the housing 2, the integrated cells are pressed hydraulically / pneumatically. Between the electrochemical cells and the storage medium can be energetically favorable Rekuperationseffekte achieve, u.a. contribute to an increase in system efficiency.

Claims

Ansprüche claims
1. Vorrichtung (1) zur Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie und/ oder elektrische Energie in chemische Energie, mit einem Gehäuse (2), in dem wenigstens eine elektrochemische Zelle (3, 4) zur Durchführung der Umwandlung zumindest teilweise einliegt, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) ein chemisches Speichermedium (5) angeordnet ist, in dem Wasserstoff gespeichert oder speicherbar ist, wobei das Speichermedium (5) die Zelle (3, 4) zumindest teilweise umgibt, mit ihr in Wärme übertragender Verbindung steht und unter Aufnahme von Wärme der Zelle (3, 4) Wasserstoff freigibt und/ oder unter Abgabe von Wärme an die Zelle (3, 4) Wasserstoff aufnimmt. 1. Device (1) for the conversion of chemical energy into electrical energy and / or electrical energy into chemical energy, with a housing (2), in which at least one electrochemical cell (3, 4) for performing the conversion at least partially rests, characterized in that a chemical storage medium (5) in which hydrogen is stored or storable is arranged in the housing (2), wherein the storage medium (5) at least partly surrounds the cell (3, 4) and is in heat-transferring connection with it absorbing heat from the cell (3, 4) and / or releasing hydrogen to the cell (3, 4) while releasing heat.
2. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle (3, 4) eine Brennstoffzelle (3) ist. 2. Device (1) according to claim 1, characterized in that the cell (3, 4) is a fuel cell (3).
3. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zelle (3, 4) eine Elektrolyseurzelle (4) ist. 3. Device (1) according to claim 1, characterized in that the cell (3, 4) is an electrolyzer cell (4).
4. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 4. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) eine, zwei oder mehr weitere elektrochemische Zelle(n) (3, 4) zumindest teilweise einliegt/ einhegen, die von dem Speichermedium (5) umgeben ist/sind.  in that in the housing (2) one, two or more further electrochemical cell (s) (3, 4) are at least partly inlaid / surrounded by the storage medium (5).
5. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass alle Zellen (3, 4) gleichartig sind. 5. Device (1) according to claim 4, characterized in that all cells (3, 4) are similar.
6. Vorrichtung (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass 6. Device (1) according to claim 4, characterized in that
wenigstens eine der Zellen (3, 4) eine Brennstoffzelle (3) und wenigstens eine der weiteren Zellen (3, 4) eine Elektrolyseurzelle (4) ist.  at least one of the cells (3, 4) is a fuel cell (3) and at least one of the further cells (3, 4) is an electrolyzer cell (4).
7. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 1 , 2, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Speichermedium (5) ein Metallhydrid oder eine heterocyclische chemische Verbindung ist. 7. Device according to one of the preceding claims 1, 2, 4, 5 or 6, characterized in that the storage medium (5) is a metal hydride or a heterocyclic chemical compound.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 , 3, 4, 5 oder 6, dadurch 8. Device according to one of claims 1, 3, 4, 5 or 6, characterized
gekennzeichnet, dass das Speichermedium (5) ein Metall, eine  characterized in that the storage medium (5) is a metal, a
Metalllegierung oder ein Gemisch aus diesen ist.  Metal alloy or a mixture of these is.
9. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das 9. Apparatus according to claim 6, characterized in that the
Speichermedium (5) zu Beginn ihres Betriebs als Brennstoffzelle (3) ein Metallhydrid ist, das im Betrieb der Brennstoffzelle (3) unter Abspaltung von Wasserstoff in das das Metallhydrid bildende Metall, die entsprechende Metalllegierung oder das Gemisch aus Metall und Metalllegierung übergeht, und das Metall, die Metalllegierung oder das Gemisch aus diesen im Betrieb der Vorrichtung als Elektrolyseurzelle (4) unter Aufnahme von Wasserstoff in das Metallhydrid übergeht.  Storage medium (5) at the beginning of its operation as a fuel cell (3) is a metal hydride, which passes in the operation of the fuel cell (3) with elimination of hydrogen in the metal hydride forming metal, the corresponding metal alloy or the mixture of metal and metal alloy, and Metal, the metal alloy or the mixture of these in the operation of the device as electrolyzer cell (4) merges with hydrogen into the metal hydride.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 10. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass die Zelle (3, 4) oder die Zellen (3, 4) vollständig von dem Speichermedium (5) umgeben sind.  in that the cell (3, 4) or the cells (3, 4) are completely surrounded by the storage medium (5).
1 1. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch 1 1. Device according to one of the preceding claims, characterized
gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (2) ein Temperiermittel (6, 7) zur Beheizung und/ oder Kühlung des Speichermediums (5) angeordnet ist.  characterized in that in the housing (2) a temperature control means (6, 7) for heating and / or cooling of the storage medium (5) is arranged.
12. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 2, 4 bis 7 oder 9 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der von dem Speichermedium (5) abgegebene Wasserstoff zu der Brennstoffzelle (3) oder den Brennstoffzellen (3) zur Verwendung in ihrem Energiewandlungsprozess geführt ist. 12. Device according to one of the preceding claims 2, 4 to 7 or 9 to 11, characterized in that the of the storage medium (5) discharged hydrogen to the fuel cell (3) or the fuel cell (3) is guided for use in their energy conversion process.
13. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 3 bis 6 oder 8 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der von der Elektrolyseurzelle (4) oder den Elektrolyseurzellen (4) aus der Elektrolyse von Wasser gebildete Wasserstoff dem Speichermedium (5) zugeführt ist. 13. Device according to one of the preceding claims 3 to 6 or 8 to 11, characterized in that the electrolysis of the cell (4) or the electrolyzer cells (4) from the electrolysis of water formed hydrogen is supplied to the storage medium (5).
14. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 13, dadurch 14. Device according to one of the preceding claims 6 to 13, characterized
gekennzeichnet, dass in den Gehäuse (2) abwechselnd eine plattenförmige Brennstoffzelle (3) und eine plattenförmige Elektrolyseurzelle (4)  characterized in that in the housing (2) alternately a plate-shaped fuel cell (3) and a plate-shaped electrolyzer cell (4)
nebeneinander angeordnet sind.  are arranged side by side.
15. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 14, dadurch 15. Device according to one of the preceding claims 6 to 14, characterized
gekennzeichnet, dass zwischen einer Brennstoffzelle (3) und einer  characterized in that between a fuel cell (3) and a
Elektrolyseurzelle (4) ein insbesondere plattenförmiges Temperiermittel (6) angeordnet ist.  Electrolysis cell (4) a particular plate-shaped temperature control (6) is arranged.
16. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche 6 bis 15, dadurch 16. Device according to one of the preceding claims 6 to 15, characterized
gekennzeichnet, dass die Versorgungsanschlüsse (1 1 a, 1 1b, 11 c, 11 d) für die Brennstoffzellen (3) oder Brennstoffzellen (3) und die  in that the supply connections (1 1 a, 1 lb, 11 c, 11 d) for the fuel cells (3) or fuel cells (3) and the
Versorgungsanschlüsse (1 1e, 1 1 h, 1 1 i, 11j) für die Elektrolyseurzelle (3) oder Elektrolyseurzellen (3) an gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses (2) angeordnet sind.  Supply terminals (1 1e, 1 1 h, 1 1 i, 11j) for the electrolyzer cell (3) or electrolyzer cells (3) are arranged on opposite sides of the housing (2).
PCT/EP2013/000047 2012-01-18 2013-01-10 Energy conversion device having reversible energy storage WO2013107619A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102012000755A DE102012000755A1 (en) 2012-01-18 2012-01-18 Device for energy conversion with reversible energy storage
DE102012000755.8 2012-01-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013107619A1 true WO2013107619A1 (en) 2013-07-25

Family

ID=47915143

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000047 WO2013107619A1 (en) 2012-01-18 2013-01-10 Energy conversion device having reversible energy storage

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012000755A1 (en)
WO (1) WO2013107619A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016007739A1 (en) * 2016-06-27 2017-12-28 Westfälische Hochschule Gelsenkirchen Bocholt Recklinghausen Device for energy conversion, in particular fuel cell or electrolyzer
DE102019217116A1 (en) * 2019-11-06 2021-05-06 Siemens Aktiengesellschaft Power-to-X system with optimized hydrogen drying and cleaning

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068335A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Honda Motor Co Ltd Fuel cell power generating system
EP1575116A1 (en) * 2004-03-08 2005-09-14 Micronas GmbH Autarkic fuel cell system comprising electrolytic cell
US20060051638A1 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Gross Karl J Hydrogen storage and integrated fuel cell assembly
US20070172715A1 (en) * 2006-01-11 2007-07-26 University Of Connecticut Compact, modular regenerative fuel cell
DE102009057494A1 (en) 2009-12-10 2011-06-16 Fachhochschule Gelsenkirchen Device for energy conversion, in particular fuel cell stack or Elektrolyseurstack

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4058783B2 (en) * 1997-11-07 2008-03-12 松下電器産業株式会社 Fuel cell device
DE10309978A1 (en) * 2003-03-07 2004-09-16 Howaldtswerke - Deutsche Werft Ag submarine
US20050079397A1 (en) * 2003-10-08 2005-04-14 Holger Winkelmann Metal hydride heating element
DE102006020393B4 (en) * 2006-04-28 2008-07-03 Daimler Ag Fuel cell system with a hydrogen storage and method for cooling a fuel cell
DE102008040211A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-14 Robert Bosch Gmbh A method of operating a fuel cell system and a fuel cell system
DE102009048455A1 (en) * 2009-10-07 2011-04-14 Linde Aktiengesellschaft Method and device for storing electrical energy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068335A (en) * 2001-08-23 2003-03-07 Honda Motor Co Ltd Fuel cell power generating system
EP1575116A1 (en) * 2004-03-08 2005-09-14 Micronas GmbH Autarkic fuel cell system comprising electrolytic cell
US20060051638A1 (en) * 2004-09-03 2006-03-09 Gross Karl J Hydrogen storage and integrated fuel cell assembly
US20070172715A1 (en) * 2006-01-11 2007-07-26 University Of Connecticut Compact, modular regenerative fuel cell
DE102009057494A1 (en) 2009-12-10 2011-06-16 Fachhochschule Gelsenkirchen Device for energy conversion, in particular fuel cell stack or Elektrolyseurstack

Also Published As

Publication number Publication date
DE102012000755A1 (en) 2013-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2510573B1 (en) Battery
EP2768043B1 (en) Improved technical apparatus for the large-scale storage of electrical energy
DE10125546B4 (en) Method for the reversible storage of gaseous hydrogen and apparatus for carrying out the method
DE10213134A1 (en) Fuel cell and method for cold starting such a fuel cell
WO2020002242A1 (en) Process that can withstand high currents, for producing ammonia
DE102010027690A1 (en) Energy storage device and method for reversibly storing energy
DE10317123A1 (en) Fuel cell with a cold start unit especially for a motor vehicle has an external metal hydride heating unit connected to the cell which generates heat to warm the cell
EP2859613B1 (en) Electrode unit
WO2013107619A1 (en) Energy conversion device having reversible energy storage
DE102011005599B4 (en) Electric energy storage and method for operating an electrical energy storage
DE102012220165A1 (en) Electrochemical process and apparatus for hydrogen production and storage
DE10219585C1 (en) Chemoelectric transducer for producing electrical energy has porous solid bodies as electrodes for conducting electrons and protons
WO2010003719A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
DE102018121669A1 (en) Reversible fuel cell unit and a reversible fuel cell
EP2850687B1 (en) Electrical energy store
DE102012213037A1 (en) Storage device for storing electrical energy, preferably e.g. battery, comprises first and second electrode, electrolyte layer comprising electrolytic fluid permeable to carbonate, and reservoir for ion transported through electrolyte layer
DE102010001760A1 (en) Energy storage and power generation system
DE102008025966A1 (en) Low temperature-polymer electrolyte membrane-fuel cell system, has power electronics for regulating electrical power supply to cleaning device e.g. high temperature proton pump, based on gaseous fuel requirement of fuel cell
WO2014000984A1 (en) Electrical energy store
DE102013207513A1 (en) Energy storage unit
DE102019126303A1 (en) Method for operating a fuel cell system and fuel cell system
DE102005000791A1 (en) Co-processor with inlet and outlet for guiding liquids, gases and steams has electrical and thermal connection, which has two guiding plates and frame which connects both guiding plates as interconnector, over which it is connected
DE202016007298U1 (en) Thermo-chemical-electrical converter
DE102011107331A1 (en) Electrode material for electrode used in electrochemical cell for battery, has percolating-dimensional metallic structure with metallic or metal compounds which are in electrical contact with electrochemically active material
EP1502320A2 (en) Chemoelectric transformer, chemoelectric transformer system, method for the production of electrical power, and method for operating a chemoelectric transformer system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13711285

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 13711285

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1