WO2025124802A1 - Verfahren zum konditionieren einer elektrochemische zelleneinheit - Google Patents

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electrochemical cell
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conditioning
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Florian Alexander Wolfangel
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Robert Bosch GmbH
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a method for conditioning an electrochemical cell unit.
  • Fuel cell units as galvanic cells, convert continuously supplied fuel and oxidant into electrical energy and water through redox reactions at an anode and cathode.
  • Fuel cells are used in a wide variety of stationary and mobile applications, for example, in homes without a power grid connection or in motor vehicles, in rail transport, aviation, aerospace, and shipping.
  • a large number of fuel cells are arranged in a fuel cell stack.
  • a gas space for the oxidant i.e., a flow space for the passage of oxidant, such as ambient air with oxygen.
  • the gas space for the oxidant is formed by channels on the bipolar plate and by a gas diffusion layer for a cathode. The channels are thus formed by a corresponding channel structure of a bipolar plate, and the oxidant, namely oxygen, flows through the gas diffusion layer to the cathode of the fuel cell.
  • a gas space for fuel is provided in a similar manner.
  • Electrolysis cell units made up of stacked electrolysis cells, similar to fuel cell units, are used, for example, for electrolytic Production of hydrogen and oxygen from water. Furthermore, fuel cell units are known that can be operated as reversible fuel cell units and thus as electrolysis cell units. Fuel cell units and electrolysis cell units form electrochemical cell units. Fuel cells and electrolysis cells form electrochemical cells.
  • process fluids are used to convert electrochemical energy into electrical energy and/or electrical energy into electrochemical energy.
  • the process fluids are thus channeled through process fluid channels in a stack of electrochemical cells. During operation, the process fluids are always channeled through the channels in the same flow direction.
  • an electrochemical cell unit Before commissioning, an electrochemical cell unit is typically conditioned to moisten the membrane and clean or activate the catalysts.
  • the objective of the present invention is to achieve the fastest, most homogeneous, and process-robust conditioning of the electrochemical cells possible.
  • the method for conditioning an electrochemical cell unit with stacked electrochemical cells comprises the following steps:
  • the primary process fluid is advantageously the oxidant or the fuel.
  • the secondary process fluid is advantageously the other corresponding fluid.
  • Channels can also be understood as pores in a porous layer, so that the fluid flows through the pores essentially in one direction between two media connections (i.e., inlet and outlet).
  • a conditioning step differs from normal operation of the cell unit in at least one additional measure, namely to moisten the membrane and/or clean or activate the catalysts.
  • the conditioning step can also be integrated into the normal operation of the cell unit.
  • the conditioning process is performed before commissioning of the cell unit, i.e., at the end of the cell unit manufacturing process; however, the conditioning process can also be performed during maintenance of the cell unit.
  • the conditioning process with two conditioning steps, which are carried out with opposite flow directions (at least for one of the process fluids), enables the membrane and the electrodes of the electrochemical cells to operate very homogeneously across the active area of the cell.
  • the performance of the individual cells required for commissioning the cell unit is achieved comparatively quickly using the proposed methods.
  • the conditioning method according to the invention conditioned the active surface more evenly and more quickly.
  • the efficiency of the conditioning process is strongly influenced by parameters within the cell stack, such as temperature, but also humidity and the concentration of the process fluids. Humidity and concentrations, in particular, vary along a channel between the media supply connection and the media discharge connection. This initially results in uneven conditioning in the electrochemical cell; reversing the flow direction before the second conditioning step then ensures homogenization of the conditioning processes.
  • the thermal, electrical, and/or chemical load during the conditioning process is thus significantly more homogeneous across the active area than with a conditioning process without reversing the flow direction. As a result, uneven aging of the electrochemical cells is even reduced to a certain extent during operation of the electrochemical cell unit, or even prevented.
  • the flow direction of the secondary process fluid is also reversed, so that the introduction of the secondary process fluid into the electrochemical cell unit is carried out through the second media connection for the secondary process fluid, the conduction of the secondary process fluid through channels for the secondary process fluid is carried out in a second direction opposite to the first direction, and the discharge of the secondary process fluid from the electrochemical cell unit is carried out through the first media connection for the secondary process fluid.
  • the reversal of the flow direction for the secondary process fluid preferably takes place before carrying out the second conditioning step or before carrying out a third Conditioning step. This means that the flow directions for the primary and secondary process fluids are switched either simultaneously or successively.
  • the following steps are performed: introducing a tertiary process fluid into the electrochemical cell unit through a first media connection for the tertiary process fluid; directing the tertiary process fluid through channels for the tertiary process fluid in a first direction; discharging the tertiary process fluid from the electrochemical cell unit through a second media connection for the tertiary process fluid.
  • the tertiary process fluid is a coolant.
  • the flow direction of the tertiary process fluid is now reversed, so that the tertiary process fluid is introduced into the electrochemical cell unit through the second media connection for the tertiary process fluid, the tertiary process fluid is conducted through channels for the tertiary process fluid in a second direction opposite to the first direction, and the tertiary process fluid is discharged from the electrochemical cell unit through the first media connection for the tertiary process fluid.
  • the reversal of the flow direction for the tertiary process fluid takes place either before the second conditioning step, before the third conditioning step, before a fourth conditioning step, or before a further conditioning step, i.e., either simultaneously with the reversal of the flow directions of the primary and/or secondary process fluid or successively thereafter. This achieves even better uniformity of conditioning across the active area.
  • the channels for the primary and secondary process fluids are exchanged, so that the primary process fluid is introduced into a media connection for the secondary process fluid, and the secondary process fluid is introduced into a media connection for the primary process fluid, and then a third, fourth, and/or further conditioning step is carried out.
  • the oxidant and fuel are preferably directed to the respective opposite sides of the electrochemical cell.
  • the electrochemical cell unit is a fuel cell unit as a fuel cell stack for converting electrochemical energy into electrical energy and/or an electrolysis cell unit for converting electrical energy into electrochemical energy.
  • the primary process fluid is preferably the oxidant and the secondary process fluid is the fuel.
  • the bipolar plates are expediently designed as separator plates and an electrical insulation layer, in particular a proton exchange membrane, is arranged between each anode and each cathode.
  • Fig. 1 shows a longitudinal section through electrochemical cells designed as fuel cells, with only the essential areas being shown,
  • Fig. 2 is a perspective, schematic view of a bipolar plate, showing only the essential areas.
  • FIG 1 shows the basic structure of an electrochemical cell 2 designed as a fuel cell.
  • the principle of fuel cells 2 is that electrical energy or electrical current is generated by means of an electrochemical reaction.
  • Hydrogen as a gaseous fuel is fed to an anode 7, and the anode 7 forms the negative pole.
  • a gaseous oxidant namely air with oxygen, is fed to a cathode 8, ie the oxygen in the air provides the necessary gaseous
  • An oxidizing agent is available.
  • Reduction electroctron absorption
  • Oxidation occurs at anode 7.
  • a fuel cell unit 1 is a series connection of several fuel cells 2 and is often also referred to as a fuel cell stack 1.
  • the fuel cell 2 comprises a membrane 5, which is arranged between the anode 7 and the cathode 8.
  • the anode 7 and the cathode 8 are layered or disc-shaped.
  • the membrane 5 functions as an electrolyte, catalyst carrier, and separator for the reaction gases.
  • the membrane 5 also functions as an electrical insulator and prevents an electrical short circuit between the anode 7 and cathode 8.
  • the membrane 5 is essentially impermeable to the reaction gases oxygen O2 and hydrogen H2, i.e., it blocks the flow of oxygen and hydrogen between a gas space 31 at the anode 7 containing hydrogen fuel and the gas space 32 at the cathode 8 containing air or oxygen as the oxidizing agent.
  • the proton conductivity of the membrane 5 increases with increasing temperature and increasing water content.
  • a unit comprising the membrane 5 and the electrodes 7, 8 is referred to as a membrane electrode assembly (MEA).
  • MEA membrane electrode assembly
  • the electrodes 7, 8 comprise, for example, platinum-containing carbon particles.
  • a gas diffusion layer 9 is located on the anode 7 and the cathode 8.
  • the gas diffusion layer 9 on the anode 7 distributes the fuel from channels 12 for fuel evenly to the catalysts on the anode 7.
  • the gas diffusion layer 9 on the cathode 8 distributes the oxidant from channels 13 for oxidant evenly to the catalysts on the cathode 8.
  • the GDL 9, in particular on the cathode 8, also draws off reaction water in the opposite direction to the flow direction of the reaction gases, i.e. in a direction from the cathode 8 to the channels 13. Furthermore, the GDL 9 keeps the membrane 5 moist and conducts electricity.
  • the GDL 9, for example, is constructed from a hydrophobic carbon paper as the carrier and substrate layer and a bonded carbon powder layer as the microporous layer.
  • a bipolar plate 10 rests on the GDL 9.
  • the electrically conductive bipolar plate 10 serves as a current collector, for water drainage and for conducting the reaction gases as process fluids through the channel structures 12, 13, 14, and for dissipating the waste heat, which occurs particularly during the exothermic electrochemical reaction at the cathode 8.
  • channels 14 for conducting a liquid or gaseous coolant as a process fluid are incorporated into the bipolar plate 10.
  • the channel structure in the gas space for fuel is formed by channels 12.
  • the channel structure in the gas space 32 for oxidizing agent is formed by channels 13.
  • the material used for the bipolar plates 10 includes, for example, metal, conductive plastics, composite materials, and/or graphite.
  • a fuel cell unit 1 In a fuel cell unit 1, several fuel cells 2 are arranged in alignment and stacked.
  • An electrolysis cell unit 1 is fundamentally constructed in a very similar manner and could therefore also be described by Fig. 1.
  • electrochemical cells 2 designed as electrolysis cells it is common for their bipolar plates 10 not to have channel structures 14 for coolant, but rather the cooling function is provided by the process water, i.e., by the channel structures 12 on the anode 7 side.
  • FIG. 2 shows a perspective view of a bipolar plate 10 in a schematic representation.
  • the bipolar plate 10 has three media connections 31, 32, 33 on its narrow left end face for the supply of the media fuel, oxidant and coolant, and opposite on its narrow right end face three media connections 41, 42, 43 for the discharge of the media fuel, oxidant and coolant.
  • the so-called distributor region 22 is formed, which serves to distribute (supply side) or collect (discharge side) the media from the comparatively narrow media connections 31, 32, 33, 41, 42, 43 to the comparatively wide active area 21.
  • the three media fuel, oxidant and coolant flow during operation of the electrochemical cell 2 from left to right in a first direction 51, i.e. from the media supply connections 31, 32, 33 to the media discharge connections 41, 42, 43.
  • the primary process fluid is supplied as the oxidant through the media connection 31, the secondary process fluid as the fuel through the media connection 32, and the tertiary process fluid as the coolant through the media connection 33 to the channels 13, 12, 14 in the fuel cell unit 1.
  • the end region of the bipolar plate 10 shown on the left in Figure 2 forms an inlet region for the primary, secondary, and tertiary process fluids.
  • the channels 12, 13, in particular can also be formed by open-pore structures and arise in a quasi-chaotic manner.
  • the primary process fluid as the oxidant is discharged from the channels 13, 12, 14 through the media connection 41, the secondary process fluid as the fuel is discharged through the media connection 42, and the tertiary process fluid as the coolant is discharged through the media connection 43.
  • the end region of the bipolar plate 10 shown on the right in Figure 2 forms an outlet region for the primary, secondary, and tertiary process fluids.
  • the process fluids can also flow in different directions 51a, 51b, 51c; for example, the first process fluid can flow in one direction 51a and the second process fluid in the opposite direction 51b.
  • the electrochemical cell unit 1 can also have only two process fluids; in this case, the channels 14 for the coolant are typically omitted.
  • the ionomer of the membrane 5 and the electrodes 7, 8 is primarily moistened. This also purifies the catalysts embedded in the electrodes 7, 8, particularly removing contaminants. This increases the activation of the catalysts, for example, by removing process agents used in production, such as solvents.
  • the process fluids e.g., the gases and the coolant
  • the cells 2 in the embodiment of Figure 2 typically from left to right, i.e., in a first direction 51, 51a, 51b, 51c. Therefore, for example, the electrochemical reactions create different states along the length of the channels 12, 13 in the active region 21. Depending on the conditioning protocol and the conditioning conditions used, this can result in uneven conditioning of the cell surface (of membrane 5 and electrodes 7, 8) along the channels 12, 13.
  • the conditioning method is now optimized such that, after a first conditioning step of the conditioning protocol, the media supply connections 31, 32, 33 and the media discharge connections 41, 42, 43 of the cathode, anode, and/or coolant are interchanged via a valve circuit, and a second conditioning step is subsequently performed.
  • a conditioning step can, for example, be the application of an electrical load or an electrical load profile over a certain period of time, while simultaneously supplying fuel and oxidant in certain—also variable—mass flows via the media connections 31, 32.
  • the surfaces of the membrane 5 and the electrodes 7, 8, in particular the active surfaces 21, are conditioned very evenly along the channels 12, 13.
  • the humidification of the membrane 5, which is very important for proton transport, is thus very homogeneous, the contamination on the catalysts was removed very efficiently over the entire active area 21.
  • An exemplary conditioning process according to the invention comprises the following process steps:
  • a primary process fluid e.g., oxidizing agent
  • a secondary process fluid e.g., fuel
  • a first conditioning step e.g., applying a constant electrical load for a period of 5 minutes
  • Perform a second conditioning step (e.g. applying a constant electrical load for a period of 5 minutes).
  • the second conditioning step can therefore be the same as the first conditioning step, but at least with an exchanged flow direction 51a, 52a.
  • the flow direction can of course also be of the second process fluid from a first direction 51b to a second direction 52b.
  • the electrochemical cell 2 can also be operated in a countercurrent flow principle, i.e., the first directions 51a, 51b of the first and second process fluids are opposite during normal operation. Even then, the second conditioning step takes place with the flow direction 52a, 52b opposite at least for one of the two process fluids.
  • a further conditioning method may comprise the following steps: introducing primary, secondary and tertiary process fluid into the electrochemical cell 1.
  • the three process fluids thus flow through the cell 1 in a first direction 51a, 51b, 51c.
  • the flow directions of the process fluids during the conditioning process are therefore reversed before individual conditioning steps, and in certain cases the process fluids are even swapped.
  • the inlet and outlet areas of the electrochemical cells 1 for individual process fluids are swapped for individual conditioning steps; over the cumulative time of the entire conditioning process, individual locations on the active surface 21 still look very similar boundary conditions (especially thermal, electrical and chemical), so the conditioning is as homogeneous as possible.

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Abstract

Verfahren zum Konditionieren einer elektrochemischen Zelleneinheit (1) mit gestapelten elektrochemischen Zellen (2) mit den Schritten: - Einleiten eines primären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss (31) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1), Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle (13) für das primäre Prozessfluid in einer ersten Richtung (51a), Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch einen zweiten Medienanschluss (41) für das primäre Prozessfluid, - Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss (32) für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1), Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle (12) für das sekundäre Prozessfluid in einer ersten Richtung (51b), Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch einen zweiten Medienanschluss (42) für das sekundäre Prozessfluid, - Durchführen eines ersten Konditionierschrittes, - Umkehren der Strömungsrichtung des primären Prozessfluides, so dass das Einleiten des primären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss (41) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1) ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle (13) für das primäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung (52a) entgegengesetzt zu der ersten Richtung (51a) ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch den ersten Medienanschluss (31) für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird, - Durchführen eines zweiten Konditionierschrittes.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Konditionieren einer elektrochemische Zelleneinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Konditionieren einer elektrochemische Zelleneinheit.
Stand der Technik
Brennstoffzelleneinheiten als galvanische Zellen wandeln mittels Redoxreaktionen an einer Anode und Kathode kontinuierlich zugeführten Brennstoff und Oxidationsmittel in elektrische Energie und Wasser um. Brennstoffzellen werden in den unterschiedlichsten stationären und mobilen Anwendungen eingesetzt, beispielsweise in Häusern ohne Anschluss an ein Stromnetz oder in Kraftfahrzeugen, im Schienenverkehr, in der Luftfahrt, in der Raumfahrt und in der Schifffahrt. In Brennstoffzelleneinheiten sind eine große Anzahl von Brennstoffzellen in einem Brennstoffzellenstapel als Brennstoffzellenstack angeordnet. Innerhalb der Brennstoffzellen ist jeweils ein Gasraum für Oxidationsmittel vorhanden, das heißt ein Strömungsraum zum Durchleiten von Oxidationsmittel, wie beispielsweise Luft aus der Umgebung mit Sauerstoff. Der Gasraum für Oxidationsmittel ist von Kanälen an der Bipolarplatte und von einer Gasdiffusionsschicht für eine Kathode gebildet. Die Kanäle sind somit von einer entsprechenden Kanalstruktur einer Bipolarplatte gebildet und durch die Gasdiffusionsschicht gelangt das Oxidationsmittel, nämlich Sauerstoff, zu der Kathode der Brennstoffzellen. In analoger Weise ist ein Gasraum für Brennstoff vorhanden.
Elektrolysezelleneinheiten aus gestapelt angeordneten Elektrolysezellen, analog wie bei Brennstoffzelleneinheiten, dienen beispielsweise zur elektrolytischen Gewinnung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser. Ferner sind Brennstoffzelleneinheiten bekannt, die als reversible Brennstoffzelleneinheiten und damit als Elektrolysezelleneinheiten betrieben werden können. Brennstoffzelleneinheiten und Elektrolysezelleinheiten bilden elektrochemische Zelleneinheiten. Brennstoffzellen und Elektrolysezellen bilden elektrochemische Zellen.
In elektrochemischen Zelleneinheiten werden Prozessfluide zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie eingesetzt. Die Prozessfluide werden somit durch Kanäle für die Prozessfluide in einem Stapel mit elektrochemischen Zellen geleitet. Die Prozessfluide werden dabei im Betrieb stets in der gleichen Strömungsrichtung durch die Kanäle geleitet.
Vor der Inbetriebnahme einer elektrochemischen Zelleneinheit wird diese üblicherweise konditioniert, um die Membran zu befeuchten und die Katalysatoren zu reinigen bzw. zu aktivieren. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine möglichst schnelle, homogene und prozessrobuste Konditionierung der elektrochemischen Zellen zu erreichen.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren zum Konditionieren einer elektrochemischen Zelleneinheit mit gestapelten elektrochemischen Zellen weist dazu folgende Schritte auf:
Einleiten eines primären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle für das primäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch einen zweiten Medienanschluss für das primäre Prozessfluid, Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle für das sekundäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch einen zweiten Medienanschluss für das sekundäre Prozessfluid, Durchführen eines ersten Konditionierschrittes,
Umkehren der Strömungsrichtung des primären Prozessfluides, so dass das Einleiten des primären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle für das primäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch den ersten Medienanschluss für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird, Durchführen eines zweiten Konditionierschrittes.
Das primäre Prozessfluid ist dabei vorteilhafterweise das Oxidationsmittel oder der Brennstoff. Das sekundäre Prozessfluid ist vorteilhafterweise das entsprechend andere Fluid. Unter Kanälen können auch Poren einer porösen Schicht verstanden werden, so dass das Fluid durch die Poren im Wesentlichen in einer Richtung zwischen zwei Medienanschlüssen (also Einlass und Auslass) strömt.
Ein Konditionierschritt unterscheidet sich von einem Normalbetrieb der Zelleneinheit mindestens in einer zusätzlichen Maßnahme, eben um die Membran zu befeuchten und/oder die Katalysatoren zu reinigen bzw. zu aktivieren. Der Konditionierschritt kann dazu auch in den Ablauf des Normalbetriebs der Zelleneinheit integriert sein. Üblicherweise jedoch wird das Konditionierverfahren vor einer Inbetriebnahme der Zelleneinheit durchgeführt, also am Ende des Fertigungsprozesses der Zelleneinheit; das Konditionierverfahren kann jedoch auch während einer Wartung der Zelleneinheit durchgeführt werden.
In vorteilhafter Weise werden durch das Konditionierverfahren mit zwei Konditionierschritten, welche mit gegenorientierten Strömungsrichtungen (zumindest für eines der Prozessfluide) durchgeführt werden, die Befähigungen der Membran und der Elektroden der elektrochemischen Zellen für den Betrieb sehr homogen über den aktiven Bereich der Zelle vorgenommen. Es erfolgt eine Verbesserung der Protonenleitfähigkeit von Membran und Elektrodenschichtungen, eine Verbesserung der Aktivität der Katalysatoren und eine Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeiten; erfindungsgemäß erfolgen diese Verbesserungen nun auch gleichverteilter über die aktive Fläche der elektrochemischen Zelle.
Die für die Inbetriebnahme der Zelleneinheit erforderliche Leistungsfähigkeit der einzelnen Zelle wird durch die vorgeschlagenen Verfahren vergleichsweise schnell erreicht. Durch das erfindungsgemäße Konditionierverfahren wird die aktive Fläche gleichmäßiger und auch schneller konditioniert.
Die Effizienz des Konditionierverfahrens wird stark beeinflusst durch Parameter in dem Zellenstapel wie der Temperatur, aber auch der Feuchtigkeit und der Konzentration der Prozessfluide. Gerade Feuchtigkeit und Konzentrationen variieren entlang eines Kanals zwischen Medienzufuhranschluss und Medienabfuhranschluss. Dadurch tritt zunächst eine ungleichmäßige Konditionierung in der elektrochemischen Zelle auf; die Umkehr der Strömungsrichtung vor dem zweiten Konditionierschritt sorgt nun für eine Homogenisierung der Konditionierprozesse. Die thermische, elektrische und/oder chemische Belastung während des Konditionierverfahrens ist somit über den aktiven Bereich deutlich homogener als mit einem Konditionierverfahren ohne Umkehrung der Strömungsrichtung. In der Folge wird dadurch im Betrieb der elektrochemischen Zelleneinheit sogar in einem gewissen Maße eine ungleichmäßige Alterung der elektrochemischen Zellen reduziert bzw. es wird der Alterung vorgebeugt.
In vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens wird auch die Strömungsrichtung des sekundären Prozessfluides umgekehrt, so dass das Einleiten des sekundären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle für das sekundäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch den ersten Medienanschluss für das sekundäre Prozessfluid ausgeführt wird. Die Umkehrung der Strömungsrichtung für das sekundäre Prozessfluid erfolgt bevorzugt vor der Durchführung des zweiten Konditionierschrittes oder vor der Durchführung eines dritten Konditionierschrittes. Das heißt die Strömungsrichtungen für das primäre und sekundäre Prozessfluid werden entweder gleichzeitig oder sukzessive umgeschaltet.
In einer ergänzenden Ausführungsform werden die nachfolgenden Schritte ausgeführt: Einleiten eines tertiären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit, Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle für das tertiäre Prozessfluid in einer ersten Richtung, Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch einen zweiten Medienanschluss für das tertiäre Prozessfluid. Bevorzugt ist das tertiäre Prozessfluid ein Kühlmittel.
Bevorzugt wird nun die Strömungsrichtung des tertiären Prozessfluides umgedreht, so dass das Einleiten des tertiären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit ausgeführt wird und das Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle für das tertiäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit durch den ersten Medienanschluss für das tertiäre Prozessfluid ausgeführt wird. Die Umkehrung der Strömungsrichtung für das tertiäre Prozessfluid erfolgt dabei entweder vor dem zweiten Konditionierschritt, vor dem dritten Konditionierschritt, vor einem vierten Konditionierschritt oder vor einem weiteren Konditionierschritt, also entweder zeitgleich mit der Umkehrung der Strömungsrichtungen von primärem und/oder sekundärem Prozessfluid oder sukzessive danach. Dadurch wird eine noch bessere Vergleichmäßigung der Konditionierung über die aktive Fläche erreicht.
In einer Weiterbildung des Konditionierverfahrens werden die Kanäle für das primäre und sekundäre Prozessfluid getauscht, so dass das primäre Prozessfluid in einen Medienanschluss für das sekundäre Prozessfluid eingeleitet wird und das sekundäre Prozessfluid in einen Medienanschluss für das primäre Prozessfluid eingeleitet wird und danach ein dritter, vierter und/oder weiterer Konditionierschritt durchgeführt wird. Bevorzugt werden also Oxidationsmittel und Brennstoff auf die jeweils andere Seite der elektrochemischen Zelle geleitet. Im Falle einer Brennstoffzelle wird somit für zumindest einen der Konditionierschritte Wasserstoff auf die Kathode und/oder Luft auf die Anode gebracht, um dadurch beispielsweise Kontaminationen auf der Anoden-Katalysatorschicht zu entfernen.
In einer ergänzenden Ausgestaltung ist die elektrochemische Zelleneinheit eine Brennstoffzelleneinheit als Brennstoffzellenstapel zur Wandlung elektrochemischer Energie in elektrische Energie und/oder eine Elektrolysezelleneinheit zur Wandlung elektrischer Energie in elektrochemische Energie. Im Falle einer Brennstoffzelleneinheit ist bevorzugt das primäre Prozessfluid das Oxidationsmittel und das sekundäre Prozessfluid der Brennstoff.
Zweckmäßig sind die Bipolarplatten als Separatorplatten ausgebildet und zwischen je einer Anode und je einer Kathode ist eine elektrische Isolationsschicht, insbesondere eine Protonenaustauschermembran, angeordnet.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Im Nachfolgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch als Brennstoffzelle ausgeführte elektrochemische Zellen, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind,
Fig. 2 eine perspektivische, schematische Ansicht einer Bipolarplatte, wobei nur die wesentlichen Bereiche dargestellt sind.
In Figur 1 ist der grundlegende Aufbau einer als Brennstoffzelle ausgeführten elektrochemischen Zelle 2 dargestellt. Das Prinzip von Brennstoffzellen 2 besteht darin, dass mittels einer elektrochemischen Reaktion elektrische Energie bzw. elektrischer Strom erzeugt wird. An eine Anode 7 wird Wasserstoff als gasförmiger Brennstoff geleitet und die Anode 7 bildet den Minuspol. An eine Kathode 8 wird ein gasförmiges Oxidationsmittel, nämlich Luft mit Sauerstoff, geleitet, d. h. der Sauerstoff in der Luft stellt das notwendige gasförmige Oxidationsmittel zur Verfügung. An der Kathode 8 findet eine Reduktion (Elektronenaufnahme) statt. Die Oxidation als Elektronenabgabe wird an der Anode 7 ausgeführt.
Eine Brennstoffzelleneinheit 1 ist eine Reihenschaltung von mehreren Brennstoffzellen 2 und wird oft auch als Brennstoffzellenstapel 1 bezeichnet.
Die Brennstoffzelle 2 umfasst eine Membran 5, welche zwischen der Anode 7 und der Kathode 8 angeordnet ist. Die Anode 7 und die Kathode 8 sind schichtförmig bzw. scheibenförmig ausgebildet. Die Membran 5 fungiert als Elektrolyt, Katalysatorträger und Separator für die Reaktionsgase. Die Membran 5 fungiert außerdem als elektrischer Isolator und verhindert einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anode 7 und Kathode 8. Die Membran 5 ist für die Reaktionsgase Sauerstoff O2 und Wasserstoff H2 im Wesentlichen undurchlässig, d. h. sperrt die Strömung von Sauerstoff und Wasserstoff zwischen einem Gasraum 31 an der Anode 7 mit Brennstoff Wasserstoff und dem Gasraum 32 an der Kathode 8 mit Luft bzw. Sauerstoff als Oxidationsmittel. Die Protonenleitfähigkeit der Membran 5 vergrößert sich mit steigender Temperatur und steigenden Wassergehalt.
Auf den beiden Seiten der Membran 5, jeweils zugewandt zu den Gasräumen 31 , 32, liegen die Elektroden 7, 8 als die Anode 7 und Kathode 8 auf. Eine Einheit aus der Membran 5 und den Elektroden 7, 8 wird als Membranelektrodenanordnung 6 (Membran Electrode Assembly, MEA) bezeichnet. Die Elektroden 7, 8 umfassen beispielsweise platinhaltige Kohlenstoffpartikel.
Auf der Anode 7 und der Kathode 8 liegt eine Gasdiffusionsschicht 9 (Gas Diffusion Layer, GDL) auf. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Anode 7 verteilt den Brennstoff aus Kanälen 12 für Brennstoff gleichmäßig auf die Katalysatoren an der Anode 7. Die Gasdiffusionsschicht 9 an der Kathode 8 verteilt das Oxidationsmittel aus Kanälen 13 für Oxidationsmittel gleichmäßig auf die Katalysatoren an der Kathode 8. Die GDL 9, insbesondere an der Kathode 8, zieht außerdem Reaktionswasser in umgekehrter Richtung zur Strömungsrichtung der Reaktionsgase ab, d. h. in einer Richtung von der Kathode 8 zu den Kanälen 13. Ferner hält die GDL 9 die Membran 5 feucht und leitet den Strom. Die GDL 9 ist beispielsweise aus einem hydrophobierten Kohlepapier als Träger- und Substratschicht und einer gebundenen Kohlepulverschicht als mikroporöser Schicht (microporous layer) aufgebaut.
Auf der GDL 9 liegt eine Bipolarplatte 10 auf. Die elektrisch leitfähige Bipolarplatte 10 dient als Stromkollektor, zur Wasserableitung und zur Leitung der Reaktionsgase als Prozessfluide durch die Kanalstrukturen 12, 13, 14 und zur Ableitung der Abwärme, welche insbesondere bei der exotherm ischen elektrochemischen Reaktion an der Kathode 8 auftritt. Zum Ableiten der Abwärme sind in die Bipolarplatte 10 Kanäle 14 zur Durchleitung eines flüssigen oder gasförmigen Kühlmittels als Prozessfluid eingearbeitet. Die Kanalstruktur an dem Gasraum für Brennstoff ist von Kanälen 12 gebildet. Die Kanalstruktur an dem Gasraum 32 für Oxidationsmittel ist von Kanälen 13 gebildet. Als Material für die Bipolarplatten 10 werden beispielsweise Metall, leitfähige Kunststoffe und Kompositwerkstoffe und/oder Graphit eingesetzt.
In einer Brennstoffzelleneinheit 1 sind mehrere Brennstoffzellen 2 fluchtend gestapelt angeordnet.
Eine Elektrolysezelleneinheit 1 ist prinzipiell sehr ähnlich aufgebaut, und könnte daher ebenso durch die Fig.1 beschrieben werden. Für als Elektrolysezellen ausgeführte elektrochemische Zellen 2 ist es jedoch üblich, dass deren Bipolarplatten 10 keine Kanalstrukturen 14 für Kühlmittel aufweisen, sondern die Kühlfunktion über das Prozesswasser, also über die Kanalstrukturen 12 auf der Seite der Anode 7, erfolgt.
Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Bipolarplatte 10 in einer schematischen Darstellung. In der Mitte der Bipolarplatte 10 befindet sich der bevorzugt rechteckige aktive Bereich 21 mit den schematisch angedeuteten Kanalstrukturen 12, 13. In der Ausführung der Figur 2 weist die Bipolarplatte 10 an ihrer schmalen linken Stirnseite drei Medienanschlüsse 31 , 32, 33 auf für die Zufuhr der Medien Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel, und gegenüberliegend an ihrer schmalen rechten Stirnseite drei Medienanschlüsse 41 , 42, 43 für die Abfuhr der Medien Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel. Zwischen den Medienanschlüssen 31 , 32, 33, 41 , 42, 43 und dem aktiven Bereich 21 ist jeweils der sogenannte Verteilerbereich 22 ausgebildet, welcher der Verteilung (zufuhrseitig) bzw. dem Sammeln (abfuhrseitig) der Medien von den vergleichsweise schmalen Medienanschlüssen 31 , 32, 33, 41 , 42, 43 zu dem vergleichsweise breiten aktiven Bereich 21 dient.
In der Ausführung der Figur 2 strömen die drei Medien Brennstoff, Oxidationsmittel und Kühlmittel im Betrieb der elektrochemischen Zelle 2 von links nach rechts in einer ersten Richtung 51 , also von den Medienzufuhranschlüssen 31 , 32, 33 zu den Medienabfuhranschlüssen 41 , 42, 43.
In der in Figur 2 dargestellten Bipolarplatte 10 wird das primäre Prozessfluid als das Oxidationsmittel durch den Medienanschluss 31 , das sekundäre Prozessfluid als der Brennstoff durch den Medienanschluss 32 und das tertiäre Prozessfluid als das Kühlmittel durch den Medienanschluss 33 den Kanälen 13, 12, 14 in der Brennstoffzelleneinheit 1 zugeführt. Damit bildet der in Figur 2 links dargestellte Endbereich der Bipolarplatte 10 einen Einlassbereich für die primären, sekundären und tertiären Prozessfluide. Alternativ können insbesondere die Kanäle 12, 13 auch durch offenporöse Strukturen gebildet sein und sich quasi chaotisch ergeben.
Das primäre Prozessfluid als das Oxidationsmittel wird durch den Medienanschluss 41 , das sekundäre Prozessfluid als der Brennstoff wird durch den Medienanschluss 42 und das tertiäre Prozessfluid als das Kühlmittel wird durch den Medienanschluss 43 aus den Kanälen 13, 12, 14 abgeleitet. Damit bildet der in Figur 2 rechts dargestellte Endbereich der Bipolarplatte 10 einen Auslassbereich für die primären, sekundären und tertiären Prozessfluide.
Alle drei Prozessfluide strömen also im Normalbetrieb der Brennstoffzelleneinheit in einer ersten Richtung 51. In alternativen Ausführungen können die Prozessfluide auch in unterschiedlichen Richtungen 51a, 51b, 51c strömen, beispielsweise können das erste Prozessfluid in einer Richtung 51a und das zweite Prozessfluid in Gegenrichtung 51b strömen. In weiteren alternativen Ausführungen kann die elektrochemische Zelleneinheit 1 auch nur zwei Prozessfluide aufweisen; üblicherweise entfallen dann die Kanäle 14 für das Kühlmittel. Vor der Inbetriebnahme einer elektrochemischen Zelleneinheit 1 wird diese auf einem Prüfstand angeschlossen und über verschiedene Schritte konditioniert, um die sogenannte Begin of Life Performance der elektrochemischen Zelleneinheit 1 bzw. der darin verbauten elektrochemischen Zellen 2 zu erreichen.
In den Konditionierschritten wird dabei hauptsächlich das Ionomer der Membran 5 und der Elektroden 7, 8 befeuchtet. Dabei werden auch die in den Elektroden 7, 8 eingebetteten Katalysatoren aufgereinigt und insbesondere von Kontaminationen befreit. Die Aktivierung der Katalysatoren wird dadurch erhöht, beispielsweise auch durch die Entfernung von in der Fertigung verwendeten Prozessmitteln wie Lösungsmitteln.
In der elektrochemischen Zelleneinheit 1 durchströmen die Prozessfluide (also beispielsweise die Gase und das Kühlmittel) die Zellen 2, in der Ausführung der Figur 2 üblicherweise von links nach rechts, also in einer ersten Richtung 51 , 51a, 51b, 51c. Daher entstehen beispielsweise durch die elektrochemischen Reaktionen über die Länge der Kanäle 12, 13 im aktiven Bereich 21 unterschiedliche Zustände. Abhängig vom Konditionierprotokoll und den verwendeten Konditionierbedingungen kann so eine ungleichmäßige Konditionierung der Zellfläche (von Membran 5 und Elektroden 7, 8) entlang der Kanäle 12, 13 entstehen.
Erfindungsgemäß wird nun das Konditionierverfahren so optimiert, dass nach einem ersten Konditionierschritt des Konditionierprotokolls über eine Ventilschaltung die Medienzufuhranschlüsse 31 , 32, 33 und die Medienabfuhranschlüsse 41 , 42, 43 von Kathode, Anode und/oder Kühlmittel vertauscht werden und daran anschließend ein zweiter Konditionierschritt durchgeführt wird. Ein Konditionierschritt kann dabei beispielsweise das Anlegen einer elektrischen Last oder eines elektrischen Lastprofils über eine gewisse Zeit sein, während gleichzeitig Brennstoff und Oxidationsmittel in gewissen - auch variablen - Massenströmen über die Medienanschlüsse 31, 32 zugeführt wird.
Durch das erfindungsgemäße Konditionierverfahren werden die Flächen der Membran 5 und der Elektroden 7, 8, insbesondere die aktiven Flächen 21, entlang der Kanäle 12, 13 sehr gleichmäßig konditioniert. Die für den Protonentransport sehr wichtige Befeuchtung der Membran 5 ist damit sehr homogen ausgeführt worden, die Kontaminationen an den Katalysatoren sind über den gesamten aktiven Bereich 21 sehr effizient beseitigt worden.
Ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Konditionierverfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
Einleiten eines primären Prozessfluides (z.B. Oxidationsmittel) durch den ersten Medienanschluss 31 für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit 1 , Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle 13 für das primäre Prozessfluid in der ersten Richtung 51a, Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit 1 durch den zweiten Medienanschluss 41 für das primäre Prozessfluid, Einleiten eines sekundären Prozessfluides (z.B. Brennstoff) durch den ersten Medienanschluss 32 für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit 1 , Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle 12 für das sekundäre Prozessfluid in der ersten Richtung 51 b, Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit 1 durch den zweiten Medienanschluss 42 für das sekundäre Prozessfluid, Durchführen eines ersten Konditionierschrittes (z.B. Anlegen einer elektrischen konstanten Last über eine Zeitdauer von 5 Minuten),
Umkehren der Strömungsrichtung des primären Prozessfluides, so dass das Einleiten des primären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss 41 für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit 1 ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle 13 für das primäre Prozessfluid in der zweiten Richtung 52a entgegengesetzt zu der ersten Richtung 51a ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit 1 durch den ersten Medienanschluss 31 für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird,
Durchführen eines zweiten Konditionierschrittes (z.B. Anlegen einer elektrischen konstanten Last über eine Zeitdauer von 5 Minuten).
Der zweite Konditionierschritt kann also durchaus der gleiche wie der erste Konditionierschritt sein, aber eben zumindest mit einer vertauschten Strömungsrichtung 51a, 52a. Ergänzend oder für einen weiteren Konditionierschritt kann selbstverständlich analog auch die Strömungsrichtung des zweiten Prozessfluides von einer ersten Richtung 51 b zu einer zweiten Richtung 52b gegenorientiert werden.
In alternativen Ausführungen kann die elektrochemische Zelle 2 auch im Gegenstromprinzip betrieben werden, das heißt die ersten Richtungen 51a, 51b des ersten und zweiten Prozessfluides sind im Normalbetrieb gegengerichtet. Auch dann erfolgt der zweite Konditionierschritt mit zumindest für eines der beiden Prozessfluide entgegengesetzter Strömungsrichtung 52a, 52b.
Beispielhaft kann ein weiteres Konditionierverfahren folgende Schritte aufweisen: Einleiten von primärem, sekundärem und tertiärem Prozessfluid in die elektrochemische Zelle 1. Die drei Prozesssfluide durchströmen die Zelle 1 somit in je einer ersten Richtung 51a, 51b, 51c.
Durchführen eines ersten Konditionierschrittes.
Umkehren der Strömungsrichtungen für das primäre Prozessfluid (von 51a zu 52a) und das sekundäre Prozessfluid (von 51 b zu 52b).
Durchführen eines zweiten Konditionierschrittes.
Umkehren der Strömungsrichtung für das tertiäre Prozessfluid (von 51c zu 52c).
Durchführen eines dritten Konditionierschrittes.
Tauschen der Kanäle 12, 13 bzw. Medienanschlüsse 31 , 32, 41 , 42 für das primäre und das sekundäre Prozessfluid.
Durchführen eines vierten Konditionierschrittes.
Ein Konditionierschritt kann dabei beispielsweise das Anlegen einer elektrischen Last über eine Zeitdauer von beispielsweise 5 Minuten sein, oder die unterstöchiometrische Versorgung einer Elektrode mit dem Oxidationsmittel über beispielsweise 3 Minuten.
Die Strömungsrichtungen der Prozessfluide während des Konditionierverfahrens werden vor einzelnen Konditionierschritten also umgekehrt und in bestimmten Fällen die Prozessfluide sogar vertauscht. Damit sind Ein- und Auslassbereiche der elektrochemischen Zellen 1 für einzelne Prozessfluide für einzelne Konditionierschritte vertauscht; über die kumulierte Zeit des gesamten Konditionierverfahrens sehen einzelne Orte der aktiven Fläche 21 somit dennoch sehr ähnliche Randbedingungen (insbesondere thermisch, elektrisch und chemisch), die Konditionierung erfolgt also bestmöglich homogen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Konditionieren einer elektrochemischen Zelleneinheit (1) mit gestapelten elektrochemischen Zellen (2) mit den Schritten:
Einleiten eines primären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss (31) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1), Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle (13) für das primäre Prozessfluid in einer ersten Richtung (51a), Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch einen zweiten Medienanschluss (41) für das primäre Prozessfluid, Einleiten eines sekundären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss (32) für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1), Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle (12) für das sekundäre Prozessfluid in einer ersten Richtung (51b), Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch einen zweiten Medienanschluss (42) für das sekundäre Prozessfluid, Durchführen eines ersten Konditionierschrittes,
Umkehren der Strömungsrichtung des primären Prozessfluides, so dass das Einleiten des primären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss (41) für das primäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1) ausgeführt wird und das Leiten des primären Prozessfluides durch Kanäle (13) für das primäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung (52a) entgegengesetzt zu der ersten Richtung (51a) ausgeführt wird und das Ausleiten des primären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch den ersten Medienanschluss (31) für das primäre Prozessfluid ausgeführt wird, Durchführen eines zweiten Konditionierschrittes.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des sekundären Prozessfluides umgekehrt wird, so dass das Einleiten des sekundären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss (42) für das sekundäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1) ausgeführt wird und das Leiten des sekundären Prozessfluides durch Kanäle (12) für das sekundäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung (52b) entgegengesetzt zu der ersten Richtung (51b) ausgeführt wird und das Ausleiten des sekundären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch den ersten Medienanschluss (32) für das sekundäre Prozessfluid ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass nach der Umkehrung der Strömungsrichtung für das sekundäre Prozessfluid ein dritter Konditionierschritt durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die nachfolgenden Schritte ausgeführt werden:
Einleiten eines tertiären Prozessfluides durch einen ersten Medienanschluss (33) für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1),
Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle (14) für das tertiäre Prozessfluid in einer ersten Richtung (51c), Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch einen zweiten Medienanschluss (43) für das tertiäre Prozessfluid.
Durchführen des zweiten, dritten und/oder eines vierten Konditionierschritts.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Strömungsrichtung des tertiären Prozessfluides umgedreht wird, so dass das Einleiten des tertiären Prozessfluides durch den zweiten Medienanschluss (43) für das tertiäre Prozessfluid in die elektrochemische Zelleneinheit (1) ausgeführt wird und das Leiten des tertiären Prozessfluides durch Kanäle (14) für das tertiäre Prozessfluid in einer zweiten Richtung (52c) entgegengesetzt zu der ersten Richtung ausgeführt wird und das Ausleiten des tertiären Prozessfluides aus der elektrochemischen Zelleneinheit (1) durch den ersten Medienanschluss (33) für das tertiäre Prozessfluid ausgeführt wird, wobei nach der Umkehrung der Strömungsrichtung für das tertiäre Prozessfluid ein weiterer Konditionierschritt durchgeführt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanäle (12, 13) für das primäre und sekundäre Prozessfluid getauscht werden, so dass das primäre Prozessfluid in einen Medienanschluss (32, 42) für das sekundäre Prozessfluid eingeleitet wird und das sekundäre Prozessfluid in einen Medienanschluss (31, 41) für das primäre Prozessfluid eingeleitet wird und danach ein dritter, vierter und/oder weiterer Konditionierschritt durchgeführt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelleneinheit (1) als Brennstoffzelleneinheit ausgeführt ist und das primäre Prozessfluid Oxidationsmittel und das sekundäre Prozessfluid Brennstoff ist.
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