DE102019217219A1

DE102019217219A1 - Zellanordnung zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff

Info

Publication number: DE102019217219A1
Application number: DE102019217219.9A
Authority: DE
Inventors: Peter SCHUETZBACH; Dietmar Steiner; Andreas Gehrold; Stefan Martin
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Zellanordnung (100) zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff. Die Zellanordnung (100) umfasst dabei ein Gehäuse (10), welches eine erste Anschlussstelle (11) zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle (12) zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist.Die Erfindung betrifft ferner ein Energieversorgungssystem, das mindestens eine Zellanordnung (100) zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mindestens eine Zellanordnung (100) zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff oder ein Energieversorgungssystem aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zellanordnung zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff. Die Zellanordnung umfasst dabei ein Gehäuse, welches eine erste Anschlussstelle zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Energieversorgungssystem, das mindestens eine erfindungsgemäße Zellanordnung umfasst.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mindestens eine erfindungsgemäße Zellanordnung oder ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem aufweist.
Stand der Technik
Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft insbesondere in Fahrzeugen vermehrt elektrische Systeme zum Einsatz kommen, die fortschrittliche Technologie zur Energieerzeugung mit elektrischer Antriebstechnik kombinieren. Eine Möglichkeit zur Erzeugung elektrischer Energie für ein elektrisches Antriebssystem eines Fahrzeugs bilden Brennstoffzellen.
Eine Brennstoffzelle ist eine galvanische Zelle, welche die chemische Reaktionsenergie eines kontinuierlich zugeführten Brennstoffes und eines Oxidationsmittels in elektrische Energie wandelt. Eine Brennstoffzelle ist also ein elektrochemischer Energiewandler. Bei bekannten Brennstoffzellen werden insbesondere Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) in Wasser (H2O), elektrische Energie und Wärme gewandelt.
Zur Erzeugung von Wasserstoff findet üblicherweise ein Elektrolyseur Anwendung. Ein Elektrolyseur ist ein elektrochemischer Energiewandler, welcher Wasser (H2O) mittels elektrischer Energie in Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) spaltet. Neben dem klassischen alkalischen Elektrolyseuer gewinnt der Elektrolyseur auf Basis von Polymerelektrolytmembranen, die auch als Protonen-Austausch-Membrane (PEM) bezeichnet werden, immer mehr an Bedeutung. Ein PEM-Elektrolyseur besteht ähnlich wie eine Brennstoffzelle aus einer protonendurchlässigen Polymerelektrolytmembran, welche kathodenseitig mit einer porösen Elektrode aus auf Kohlenstoff getragenem Platin und anodenseitig mit metallischen oder als Oxid vorliegenden Edelmetallen, wie z.B. Iridium und Ruthenium, beschichtet ist. An diese Elektroden wird eine äußere Spannung angelegt. Auf der Anodenseite des Elektrolyseurs wird Wasser zugeführt. Es entstehen an der Anodenseite Sauerstoff, freie Elektronen und positiv geladene Wasserstoffionen. Die Wasserstoffionen diffundieren durch die Membran auf die Kathodenseite, wo sie mit den Elektronen zu Wasserstoff kombinieren.
Damit der erzeugte Wasserstoff in einem Hochdruckspeicher gespeichert werden kann, werden üblicherweise Verdichter eingesetzt. Dabei kann der Verdichter als ein elektrochemischer Kompressor ausgestaltet sein. Ein solcher elektrochemischer Kompressor wird auch als „Electrochemical Hydrogen Compressor“ (EHC) bezeichnet. Ein elektrochemischer Kompressor ermöglicht eine Druckerhöhung des Brennstoffs, insbesondere Wasserstoff, auf mehrere 100 bar und benötigt dazu keine mechanisch bewegten Bauteile.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Zellanordnung zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff vorgeschlagen. Die Zellanordnung umfasst dabei ein Gehäuse, das eine erste Anschlussstelle zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist.
Erfindungsgemäß sind im Gehäuse mindestens ein Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers und mindestens ein Verdichter zur Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs angeordnet. Dabei weist der mindestens eine Elektrolyseur eine Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit mit einer Elektrolyseuranode und einer Elektrolyseurkathode, welche voneinander durch eine Elektrolyseurmembran getrennt sind, einen Elektrolyseur-Zufuhrbereich zur Zuführung des aufzuspaltenden Wassers an die Elektrolyseuranode und einen Elektrolyseur-Abfuhrbereich zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs von der Elektrolyseurkathode auf. Der mindestens eine Verdichter ist dabei als ein elektrochemischer Kompressor ausgestaltet und weist eine Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit mit einer Verdichteranode und einer Verdichterkathode, welche voneinander durch eine Verdichtermembran getrennt sind, einen Verdichter-Zufuhrbereich zur Zuführung des vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich abgeführten Wasserstoffs an die Verdichteranode und einen Verdichter-Abfuhrbereich zur Abführung des verdichtetem Wasserstoffs von der Verdichterkathode auf. Der Elektrolyseur-Abfuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs und der Verdichter-Zufuhrbereich des mindestens einen Verdichters sind dabei fluidisch miteinander verbunden.
Durch die fluidische Verbindung zwischen dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich und dem Verdichter-Zufuhrbereich entnimmt der mindestens eine Verdichter den durch den mindestens einen Elektrolyseur erzeugten Wasserstoff aus dem ersten Abfuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs.
Der mindesten eine Elektrolyseur und der mindestens eine Verdichter umfassen jeweils ein stützendes Element für die jeweiligen Membran-Elektroden-Einheiten, das zur elektrischen, flächigen Kontaktierung dient.
Im Betrieb des mindestens einen Elektrolyseurs wird das aufzuspaltende Wasser über den Elektrolyseur-Zufuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs der Elektrolyseuranode des mindestens einen Elektrolyseurs zugeführt. Durch Zufuhr elektrischer Energie wird das Wasser aufgespalten. Die dabei entstandenen Protonen werden durch lonenleitung durch die Elektrolyseurmembran des mindestens einen Elektrolyseurs geleitet. Die Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis zu der Elektrolyseurkathode des mindestens einen Elektrolyseurs. An der Elektrolyseurkathode des mindestens einen Elektrolyseurs rekombinieren Protonen und Elektronen zu Wasserstoff.
Zwischen der Elektrolyseuranode und dem Elektrolyseur-Zufuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs sowie zwischen der Elektrolyseurkathode und dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs kann jeweils eine Gasdiffusionsschicht angeordnet werden, die zur gleichmäßigen Verteilung des Reaktanten, wie z.B. des aufzuspaltenden Wassers und des Produkts, wie z.B. des erzeugten Wasserstoffs/Sauerstoffs, dient.
Im Betrieb des mindestens einen Verdichters wird der erzeugte Wasserstoff über den Verdichter-Zufuhrbereich des mindestens einen Verdichters der Verdichteranode des mindestens einen Verdichters zugeführt. Durch Zufuhr elektrischer Energie wird der Wasserstoff aufgespalten. Die dabei entstandenen Protonen werden durch lonenleitung durch die Verdichtermembran des mindestens einen Verdichters geleitet. Die Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis zu der Verdichterkathode des mindestens einen Verdichters. An der Verdichterkathode des mindestens einen Verdichters rekombinieren Protonen und Elektronen wieder zu Wasserstoff. Durch diese kontinierliche Pumpwirkung erhöht sich bei einer geschlossenen Zellanordnung der Druck an der Verdichterkathode des mindestens einen Verdichters in dem Verdichter-Abfuhrbereich des mindestens einen Verdichters.
Zwischen der Verdichteranode und dem Verdichter-Zufuhrbereich des mindestens einen Verdichters sowie zwischen der Verdichterkathode und dem Verdichter-Abfuhrbereich des mindestens einen Verdichters kann ebenfalls jeweils eine Gasdiffusionsschicht angeordnet werden, die zur gleichmäßigen Verteilung der Reaktanten, hier der erzeugte zu verdichtende Wasserstoff und des Produkts, hier der verdichtete Wasserstoff, dient.
Bevorzugt ist eine gasdurchlässige Schicht zwischen dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs und dem Verdichter-Zufuhrbereich des mindestens einen Verdichters angeordnet. Diese gasdurchlässige Schicht dient sowohl zur gleichmäßigen Verteilung des durch den mindestens einen Elektrolyseur erzeugten Wasserstoffs an die Verdichteranode des mindestens einen Verdichters, als auch zur elektrischen Trennung des mindestens einen Elektrolyseurs und des mindestens einen V erd ichters.
Vorzugsweise weist das Gehäuse eine dritte Anschlussstelle zur Abführung von Sauerstoff auf, welcher durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers in dem Elektrolyseur-Zufuhrbereich des mindestens einen Elektrolyseurs entstanden ist. Der Sauerstoff kann beispielsweise als Oxidationsmittel direkt zu einer Brennstoffzelle oder zu einem Speicher über die dritte Anschlussstelle überführt werden. Der Sauerstoff kann aber auch über die dritte Anschlussstelle in die Umwelt abgegeben und verworfen werden.
Bevorzugt umfasst das Gehäuse eine vierte Anschlussstelle, die zur Abführung des durch den mindestens einen Elektrolyseur erzeugten Wasserstoffs vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich dient. Dieser Wasserstoff kann beispielsweise als Brennstoff direkt zu einer Brennstoffzelle oder zu einem weiteren Speicher über die vierte Anschlussstelle überführt werden, ohne durch den mindestens einen Verdichter verdichtet zu werden.
Vorzugsweise umfasst das Gehäuse eine fünfte Anschlussstelle zur Zuführung von Wasser zur Befeuchtung der Verdichteranode des mindestens einen Verdichters und eine sechste Anschlussstelle zur Abführung des Wassers zur Befeuchtung der Verdichteranode des mindestens einen Verdichters. Aufgrund von Osmoseeffekten durchquert ein Teil des aufzuspaltenden Wassers die Elektrolyseurmembran des mindestens einen Elektrolyseurs und gegebenenfalls auch die gasdurchlässige Schicht zwischen dem mindestens einen Elektrolyseur und dem mindestens einen Verdichter, was einen Wasserüberschuss verursacht. Dieses Wasser kann über die sechste Anschlussstelle abgelassen werden oder wieder zur Befeuchtung der Verdichteranode zugeführt werden. Denkbar ist aber auch, dass dieses Wasser nach Entgasung von Wasserstoff über die sechste Anschlussstelle wieder zur Elektrolyseuranode des mindestens einen Elektrolyseurs zugeführt wird.
Vorteilhaft umfasst das Gehäuse ferner Kanäle zur Durchleitung eines Temperierungsmediums. Dabei dient das Temperierungsmedium zum Kühlen oder Heizen der erfindungsgemäßen Zellanordnung zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff. Hierbei umfasst das Gehäuse zwei weitere Anschlussstellen, die zur Zu- und Abführung des Temperierungsmediums dienen.
Bevorzugt sind der mindestens eine Elektrolyseur durch eine erste elektrische Energiequelle und der mindestens eine Verdichter durch eine zweite elektrische Energiequelle versorgt, wobei ein erster Versorgungsstrom oder eine erste Versorgungsspannung der ersten elektrischen Energiequelle und ein zweiter Versorgungsstrom oder eine zweite Versorgungsspannung der zweiten elektrischen Energiequelle unabhängig voneinander einstellbar sind. Der mindestens eine Elektrolyseur und der mindestens eine Verdichter können auch durch eine gemeinsame elektrische Energiequelle versorgt werden, wobei die gemeinsame elektrische Energiequelle derart eingerichtet ist, dass der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Elektrolyseur und der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Verdichter unabhängig voneinander einstellbar sind.
Dabei kann der Druck des durch den mindestens einen Elektrolyseur erzeugten Wasserstoffs durch Einstellung des ersten Versorgungsstroms oder der ersten Versorgungsspannung eingestellt werden. Beispielsweise kann der Druck des erzeugten Wasserstoffs auf einen Druck von kleiner als 10 bar eingestellt werden, damit der Wasserstoff direkt nach der Erzeugung zu einer Brennstoffzelle zur Verwendung überführt werden kann. Der Druck des erzeugten Wasserstoffs kann auch auf einen Druck von 10 bar oder mehr, insbesondere auf einen Druck im Bereich von 30 bar bis 100 bar eingestellt werden, damit der erzeugte Wasserstoff nach der Erzeugung zu einem Niederdruckspeicher zur Speicherung überführt werden kann.
Der Druck des durch den mindestens einen Verdichter verdichteten Wasserstoffs kann dabei durch Einstellung des zweiten Versorgungsstroms oder der zweiten Versorgungsspannung eingestellt werden. Beispielsweise kann der Druck des verdichteten Wasserstoff auf einen Druck von 100 bar oder mehr, insbesondere auf einen Druck im Bereich von 700 bar bis 800 bar eingestellt werden, damit der verdichtete Wasserstoff nach Verdichtung zu einem Hochdruckspeicher zur Speicherung überführt werden kann.
Vorzugsweise sind die elektrischen Energiequellen jeweils als eine Gleichstromquelle ausgebildet, deren Versorgungsstrom einstellbar ist.
Der mindestens eine Elektrolyseur kann auf seiner Anodenseite sowie Kathodenseite jeweils mit einer Platte versehen sein, die der Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit zugewandt ist und kanalartige Strukturen aufweist. Die anodenseitige und die kathodenseitige Platte können dabei jeweils als ein stützendes Element für die Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit, das zur elektrischen, flächigen Kontaktierung dient, ausgebildet werden. Dabei dienen die anodenseitigen kanalartigen Strukturen zur Zuführung des aufzuspaltenden Wasser an die Elektrolyseuranode und ggf. an die anodenseitige Gasdiffusionsschicht sowie zur Abführung des durch Elektrolyse erzeugten Sauerstoffs von der Elektrolyseuranode und ggf. von der anodenseitigen Gasdiffusionsschicht, während die kathodenseitigen kanalartigen Strukturen zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs sowie des aufgrund von Osmoseeffekten durch die Elektrolyseurmembran durchquerten Wassers von der Elektrolyseurkathode und ggf. der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht dienen.
Die anodenseitige und kathodenseitige Platte können ferner Strukturen zur Durchleitung eines Temperierungsmediums durch den Elektrolyseur aufweisen.
Sind mehrere Elektrolyseure mechanisch hintereinander zu einem Elektrolyseurstapel angeordnet, können Bipolarplatten zwischen den einzelnen Elektrolyseuren verwendet werden. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Zuführung des aufzuspaltenden Wassers an die Elektrolyseuranode sowie zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs von der Elektrolyseurkathode auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des aufgrund von Osmoseeffekten durch die Elektrolyseurmembran durchquerten Wassers. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Durchleitung eines Temperierungsmediums durch den Elektrolyseur aufweisen.
Die mehreren mechanisch hintereinander zu dem Elektrolyseurstapel angeordneten Elektrolyseure sind dabei fluidisch parallel zueinander geschaltet und können elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Bevorzugt werden die Elektrolyseure parallel zueinander geschaltet.
Der mindestens eine Verdichter kann ebenfalls auf seiner Anodenseite sowie Kathodenseite jeweils mit einer Platte versehen sein, die der Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit zugewandt ist und kanalartige Strukturen aufweist. Die anodenseitige und die kathodenseitige Platte können dabei jeweils als ein stützendes Element für die Verdichter-Membran-Elektroden-Einheiten, das zur elektrischen, flächigen Kontaktierung dient, ausgebildet werden. Dabei dienen die anodenseitigen kanalartigen Strukturen zur Zuführung des zu verdichtenden Wasserstoffs an die Verdichteranode und ggf. an die anodenseitige Gasdiffusionsschicht, während die kathodenseitigen kanalartigen Strukturen zur Abführung des verdichteten Wasserstoffs sowie des aufgrund von Osmoseeffekten durch die Verdichtermembran durchquerten Wassers von der Verdichterkathode und ggf. der kathodenseitigen Gasdiffusionsschicht dienen. Die anodenseitige und kathodenseitige Platte können ferner Strukturen zur Durchleitung eines Temperierungsmediums durch den Verdichter aufweisen.
Werden mehrere Verdichter zur Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs eingesetzt, so können sie mechanisch hintereinander zu einem Verdichterstapel angeordnet werden.
Die mehreren mechanisch hintereinander zu dem Verdichterstapel angeordneten Verdichter können dabei fluidisch parallel zueinander geschaltet werden. Dabei wird der erzeugte Wasserstoff einstufig verdichtet. Hierbei können Bipolarplatten zwischen den einzelnen Verdichtern verwendet werden. Die Bipolarplatten weisen beispielsweise kanalartige Strukturen zur Verteilung des erzeugten Wasserstoffs an die Verdichteranode sowie zur Abführung des verdichteten Wasserstoffs von der Verdichterkathode auf. Die kanalartigen Strukturen dienen ferner zur Ableitung des Wassers Befeuchtung der Verdichteranode. Die Bipolarplatten können ferner Strukturen zur Durchleitung eines Temperierungsmediums durch den Verdichter aufweisen.
Um den erzeugten Wasserstoff mehrstufig zu verdichten, können die mehreren mechanisch hintereinander zu dem Verdichterstapel angeordneten Verdichter fluidisch in Reihe geschaltet werden. Somit kann ein zu großer Druckunterschied an der Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit des Verdichters bei nur einer Druckstufe vermieden werden. In diesem Fall ist die Anwendung von Bipolarplatten nicht erforderlich.
Die mehreren mechanisch hintereinander angeordneten und gestapelten Verdichter können dabei elektrisch in Reihe oder parallel zueinander geschaltet werden. Bevorzugt werden die Verdichter parallel zueinander geschaltet.
Der Elektrolyseurstapel und der Verdichterstapel können vorteilhaft aneinander gesetzt werden und einen Gesamtstapel bilden. Die einzelnen Elektrolyseure des Elektrolyseurstapels und die einzelnen Verdichter des Verdichterstapels werden dabei mit Spannplatten an den jeweiligen Enden des Elektrolyseurstapels und des Verdichterstapels zusammengebaut. Zwischen dem Elektrolyseurstapel und dem Verdichterstapel kann eine Adapterplatte angeordnet werden.
Mehrere erfindungsgemäße Zellanordnungen können parallel zueinander geschaltet werden. Dabei können die erfindungsgemäßen Zellanordnungen einzeln angesteuert werden.
Ferner wird ein Energieversorgungssystem vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäße Zellanordnung und mindestens eine Brennstoffzelle umfasst. Das Energieversorgungssystem kann ferner eine erste und eine zweite elektrische Energiequelle umfassen, wobei die erste elektrische Energiequelle für den mindestens einen Elektrolyseur vorgesehen ist und die zweite elektrische Energiequelle für den mindestens einen Verdichter vorgesehen ist. Alternativ kann das Energieversorgungssystem eine gemeinsame elektrische Energiequelle aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Elektrolyseur und der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Verdichter unabhängig voneinander einstellbar sind.
Das Energieversorgungssystem kann aber eine elektrische Anschlussstelle aufweisen, mittels der die erfindungsgemäße Zellanordnung mit einer externen elektrischen Energiequelle elektrisch verbunden werden kann. Die externe elektrische Energiequelle ist dabei derart eingerichtet, dass der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Elektrolyseur und der Versorgungsstrom oder die Versorgungsspannung für den mindestens einen Verdichter unabhängig voneinander einstellbar sind.
Es wird auch ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, das mindestens eine erfindungsgemäße Zellanordnung umfasst oder das ein erfindungsgemäßes Energieversorgungssystem umfasst.
Stationäre Anwendungen der erfindungsgemäßen Zellanordnung oder des erfindungsgemäßen Energieversorgungssystems, beispielsweise zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff bei einer Tankstelle oder bei einem Kraftwerk zur Erzeugung von elektrischer Energie, sind auch denkbar.
Vorteile der Erfindung
Mit der erfindungsgemäßen Zellanordnung können die Komponenten des Elektrolyseurs und des Verdichters bei kontinuierlichem Wasserstoffbedarf optimiert ausgenutzt werden. Einerseits kann der Wasserstoff bei einem kontinuierlichen Wasserstoffbedarf bedarfsorientiert erzeugt werden. Dabei kann der erzeugte Wasserstoff direkt nach der Erzeugung ohne vorherige, energieintensive Verdichtung, Reinigung, Speicherung und Entspannung entnommen werden. Andererseits, wenn kein permanenter Wasserstoffverbraucher vorliegt, kann der erzeugte Wasserstoff direkt durch den als elektrochemischer Kompressor ausgebildeten Verdichter zur Speicherung verdichtet werden. Dadurch werden die Kosten zur Erzeugung von Wasserstoff reduziert.
Durch den auf PEM basierenden Elektrolyseur ist der erzeugte Wasserstoff bereits befeuchtet für die Verdichtung mittels eines als elektrochemischer Kompressor ausgestalteten Verdichters. Dies reduziert auch die Betriebskosten des Verdichters.
Vorteilhaft kann der Druck des erzeugten Wasserstoffs mit der erfindungsgemäßen Zellanordnung eingestellt werden. Dabei kann der Druck des erzeugten Wasserstoffs auf einen Druck von beispielsweise kleiner als 10 bar eingestellt werden, damit der Wasserstoff nach der Erzeugung direkt durch eine Brennstoffzelle zur Erzeugung von elektrischer Energie verwendet werden kann. Besonders vorteilhaft kann der Druck des erzeugten Wasserstoffs auch auf einen Vordruck des Verdichters, der beispielsweise zwischen 30 bar und 100 bar liegt, zur Erleichterung der weiteren Verdichtung durch den als elektrochemischer Kompressor ausgestalteten Verdichter eingestellt werden. Der Wasserstoff mit diesem Druck kann auch in einem Niederdruckspeicher zur Speicherung überführt werden.
Darüber hinaus kann durch das Anordnen eines auf PEM basierenden Elektrolyseurs und eines als elektrochemischer Kompressor ausgestalteten Verdichter ein einziges Temperierungssystem zum Kühlen oder Heizen der erfindungsgemäßen Zellanordnung ausgelegt werden. Weiterhin wird die Abdichtung der erfindungsgemäßen Zellanordnung zum Umwelt vereinfacht. Somit werden die Herstellungskosten auch reduziert.
Ferner kann die Reinheit, insbesondere die Wasserfreiheit des Wasserstoffs an der Verdichterkathode über den Druck beeinflusst werden. Je höher der Druck ist, desto trockener ist der Wasserstoff. Umgekehrt kann durch eine Zugabe von Wasser an der Verdichterkathode und die entstehende Abwärme von beispielsweise 80°C eine Befeuchtung des Wasserstoffs vorgenommen werden. Eine solche Befeuchtung kann für die Verdichtermembran vorteilhaft sein. Die Feuchte ist dabei über den Druck regelbar. Die erfindungsgemäße Zellanordnung arbeitet dabei auch sehr geräuscharm.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Zellanordnung gemäß einer ersten Ausgestaltung und
2 eine schematische Darstellung einer Zellanordnung gemäß einer zweiten Ausgestaltung.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Zellanordnung 100 gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung.
Dabei umfasst die Zellanordnung 100 ein Gehäuse 10, das eine erste Anschlussstelle 11 zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle 12 zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist.
Im Gehäuse 10 sind ein Elektrolyseur 20 zur Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers und ein Verdichter 40 zur Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs angeordnet.
Dabei weist der Elektrolyseur 20 eine Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit 30 mit einer Elektrolyseuranode 31 und einer Elektrolyseurkathode 32 auf, welche durch eine Elektrolyseurmembran 33 getrennt sind. Der Elektrolyseur 20 umfasst ferner einen Elektrolyseur-Zufuhrbereich 35 zur Zuführung des aufzuspaltenden Wassers an die Elektrolyseuranode 31 und einen Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs von der Elektrolyseurkathode 32.
Der Verdichter 40 ist dabei als ein elektrochemischer Kompressor ausgestaltet und weist eine Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit 50 mit einer Verdichteranode 51 und einer Verdichterkathode 52 auf, welche durch eine Verdichtermembran 53 getrennt sind. Der Verdichter 40 weist ferner einen Verdichter-Zufuhrbereich 55 zur Zuführung des vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 abgeführten Wasserstoffs an die Verdichteranode 51 und einen Verdichter-Abfuhrbereich 56 zur Abführung des durch den Verdichter 40 verdichteten Wasserstoffs von der Verdichterkathode 52 auf.
Der Elektrolyseur 20 und der Verdichter 40 umfassen jeweils ein stützendes Element (nicht dargestellt) für die Elektrolyseur- bzw. Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit 30, 50, das zur elektrischen, flächigen Kontaktierung dient.
Im Betrieb des Elektrolyseurs 20 wird das aufzuspaltende Wasser über den Elektrolyseur-Zufuhrbereich 35 der Elektrolyseuranode 31 zugeführt. Durch Zufuhr elektrischer Energie wird das Wasser aufgespalten. Die dabei entstandenen Protonen werden durch Ionenleitung durch die Elektrolyseurmembran 33 geleitet. Die Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis zu der Elektrolyseurkathode 32. An der Elektrolyseurkathode 32 rekombinieren Protonen und Elektronen zu Wasserstoff.
Zwischen der Elektrolyseuranode 31 und dem Elektrolyseur-Zufuhrbereich 35 sowie zwischen der Elektrolyseurkathode 32 und dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 kann jeweils eine Gasdiffusionsschicht (nicht dargestellt) angeordnet werden, die zur gleichmäßigen Verteilung des Reaktanten, hier der aufzuspaltende Wasser und des Produkts, hier der erzeugte Wasserstoff/Sauerstoff, dient.
Im Betrieb des Verdichters 40 wird der erzeugte Wasserstoff über den Verdichter-Zufuhrbereich 55 der Verdichteranode 51 zugeführt. Durch Zufuhr elektrischer Energie wird der Wasserstoff aufgespalten. Die dabei entstandenen Protonen werden durch Ionenleitung durch die Verdichtermembran 53 geleitet. Die Elektronen fließen über einen äußeren Stromkreis zu der Verdichterkathode 52. An der Verdichterkathode 52 rekombinieren Protonen und Elektronen wieder zu Wasserstoff. Durch diese kontinierliche Pumpwirkung erhöht sich bei einer geschlossenen Zellanordnung 100 der Druck an der Verdichterkathode 52 in dem Verdichter-Abfuhrbereich 56.
Zwischen der Verdichteranode 51 und dem Verdichter-Zufuhrbereich 55 sowie zwischen der Verdichterkathode 52 und dem Verdichter-Abfuhrbereich 56 kann ebenfalls jeweils eine Gasdiffusionsschicht (nicht dargestellt) angeordnet werden, die zur gleichmäßigen Verteilung des Reaktanten, hier der erzeugte zu verdichtende Wasserstoff und des Produkts, hier der verdichtete Wasserstoff, dient.
Der Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 des Elektrolyseurs 20 steht in fluidischer Verbindung mit dem Verdichter-Zufuhrbereich 55 des Verdichters 40. Durch diese fluidische Verbindung entnimmt der Verdichter 40 den durch den Elektrolyseur 20 erzeugten Wasserstoff aus dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 des Elektrolyseurs 20.
Zwischen dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 des Elektrolyseurs 20 und dem Verdichter-Zufuhrbereich 55 des Verdichters 40 ist eine gasdurchlässige Schicht 60 angeordnet, die sowohl zur gleichmäßigen Verteilung des durch den Elektrolyseur 20 erzeugten Wasserstoffs an die Verdichteranode 51 des Verdichters 40, als auch zur elektrischen Trennung des Elektrolyseurs 20 und des Verdichters 40 dient.
Das Gehäuse 10 umfasst weiterhin eine dritte Anschlussstelle 13 zur Abführung von Sauerstoff, welcher durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers in dem Elektrolyseur-Zufuhrbereich 35 des Elektrolyseurs 20 entstanden ist. Der Sauerstoff kann beispielsweise als Oxidationsmittel direkt zu einer Brennstoffzelle (nicht dargestellt) oder zu einem Speicher (nicht dargestellt) über die dritte Anschlussstelle 13 überführt werden. Der Sauerstoff kann aber auch über die dritte Anschlussstelle 13 in die Umwelt abgegeben und verworfen werden.
Weiterhin weist das Gehäuse 10 eine vierte Anschlussstelle 14 auf, die zur Abführung des durch den Elektrolyseur 20 erzeugten Wasserstoffs vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36 dient. Dieser Wasserstoff kann beispielsweise als Brennstoff direkt zu einer Brennstoffzelle (nicht dargestellt) oder zu einem weiteren Speicher (nicht dargestellt) über die vierte Anschlussstelle 14 überführt werden, ohne zuvor durch den Verdichter 40 verdichtet zu werden.
Das Gehäuse 10 umfasst eine fünfte Anschlussstelle 15 zur Zuführung von Wasser zur Befeuchtung der Verdichteranode 51 des Verdichters 40 und eine sechste Anschlussstelle 16 zur Abführung des Wassers zur Befeuchtung der Verdichteranode 51 des Verdichters 40. Aufgrund von Osmoseeffekten kann das aufzuspaltende Wasser die Elektroyseurmembran 33 und die gasdurchlässige Schicht 60 zwischen dem Elektrolyseur 20 und dem Verdichter 40 durchqueren, was einen Wasserüberschuss verursacht. Dieses Wasser kann über die sechste Anschlussstelle 16 abgelassen werden oder wieder zur Befeuchtung der Verdichteranode 51 zugeführt werden. Denkbar ist aber auch, dass dieses Wasser nach Entgasung von Wasserstoff über die sechste Anschlussstelle 16 wieder der Elektrolyseuranode 31 des Elektrolyseurs 20 zugeführt wird.
Das Gehäuse 10 umfasst ferner Kanäle 17 zur Durchleitung eines Temperierungsmediums. Dabei dient das Temperierungsmedium zum Kühlen oder Heizen der Zellanordnung 100 zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff. Hierbei umfasst das Gehäuse 10 zwei weiteren Anschlussstellen (nicht dargestellt), die der Zu- und Abführung des Temperierungsmediums dienen.
In 1 sind eine erste elektrische Energiequelle 80 mit einem ersten Pluspol 81 und einem ersten Minuspol 82 und eine zweite elektrische Energiequelle 90 mit einem zweiten Pluspol 91 und einem zweiten Minuspol 92 dargestellt.
Die Elektrolyseuranode 31 ist dabei mit dem ersten Pluspol 81 der ersten elektrischen Energiequelle 80 elektrisch verbunden, während die Elektrolyseurkathode 32 mit dem ersten Minuspol 82 der ersten elektrischen Energiequelle 80 elektrisch verbunden ist.
Die Verdichteranode 51 ist dabei mit dem zweiten Pluspol 91 der zweiten elektrischen Energiequelle 90 elektrisch verbunden, während die Verdichterkathode 52 mit dem zweiten Minuspol 92 der zweiten elektrischen Energiequelle 90 elektrisch verbunden ist.
Ein Vorteil der Verwendung von zwei elektrischen Energiequellen 80, 90 liegt darin, dass eine erster Versorgungsstrom oder eine erste Versorgungsspannung der ersten elektrischen Energiequelle 80 und ein zweiter Versorgungsstrom oder eine zweite Versorgungsspannung der zweiten elektrischen Energiequelle 90 unabhängig voneinander einstellbar sind. Denkbar ist aber auch, dass der Elektrolyseur 20 und der Verdichter 40 durch eine gemeinsame elektrische Energiequelle versorgt werden, wobei ggf. ein erster Versorgungsstrom oder ein erste Versorgungsspannung für den Elektrolyseur 20 und ein zweiter Versorgungsstrom oder eine zweite Versorgungsspannung für den Verdichter 40 über eine Steuerungsschaltung unabhängig voneinander eingestellt werden können.
Vorzugsweise können die erste und die zweite elektrische Energiequelle 80, 90 jeweils als eine Gleichstromquelle ausgebildet sein, deren Versorgungsstrom einstellbar ist.
Der Druck des durch den Elektrolyseur 20 erzeugten Wasserstoffs kann dabei durch Einstellung des ersten Versorgungsstroms eingestellt werden. Beispielsweise kann der Druck des erzeugten Wasserstoffs auf einen Druck von kleiner als 10 bar eingestellt werden, damit der Wasserstoff direkt nach der Erzeugung einer Brennstoffzelle zur Verwendung überführt werden kann. Der Druck des erzeugten Wasserstoff kann auch auf einen Druck zwischen 30 bar und 100 bar eingestellt werden, damit der erzeugte Wasserstoff nach der Erzeugung einem Niederdruckspeicher zur Speicherung überführt werden kann.
Der Druck des durch den Verdichter 40 verdichteten Wasserstoffs kann dabei durch Einstellung des zweiten Versorgungsstroms eingestellt werden. Beispielsweise kann der Druck des verdichteten Wasserstoff auf einen Druck von 100 bar oder mehr, insbesondere auf einen Druck im Bereich von 700 bar bis 800 bar eingestellt werden, damit der verdichtete Wasserstoff nach Verdichtung zu einem Hochdruckspeicher zur Speicherung überführt werden kann.
In 2 ist eine Zellanordnung 100 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung schematisch dargestellt.
Dabei umfasst die Zellanordnung 100 ein Gehäuse 10, das eine erste Anschlussstelle 11 zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle 12 zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist.
Im Gehäuse 10 sind zwei Elektrolyseure 20, und zwar ein erster Elektrolyseur 20a und ein zweiter Elektrolyseur 20b, zur Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers angeordnet. Im Gehäuse 10 sind ferner zwei Verdichter 40, und zwar ein erster Verdichter 40a und ein zweiter Verdichter 40b, zur Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs angeordnet.
Dabei weisen die beiden Elektrolyseure 20a, 20b jeweils eine Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit 30a, 30b mit einer Elektrolyseuranode 31a, 31b und einer Elektrolyseurkathode 32a, 32b auf, welche durch eine Elektrolyseurmembran 33a, 33b getrennt sind. Die beiden Elektrolyseure 20a, 20b umfassen ferner jeweils einen Elektrolyseur-Zufuhrbereich 35a, 35b zur Zuführung des aufzuspaltenden Wassers an die Elektrolyseuranode 31a, 31b und einen Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36a, 36b zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs von der Elektrolyseurkathode 32a, 32b. Dabei stehen. Die beiden Elektrolyseure 20a, 20b sind dabei mechanisch hintereinander zu einem Elektrolyseurstapel 200 angeordnet und fluidisch parallel zueinander geschaltet, wobei die beiden Elektrolyseur-Zufuhrbereiche 35a, 35b fluidisch miteinander verbunden sind und die beiden Elektrolyseur-Abfuhrbereiche 36a, 36b fluidisch miteinander verbunden sind. Elektrisch sind die beiden Elektrolyseure 20a, 20b parallel zueinander geschaltet.
Zwischen den beiden Elektrolyseuren 20a, 20b ist eine Bipolarplatte 70 angeordnet. Die Bipolarplatte 70 weist Kanäle 17 zur Durchleitung von Temperierungsmedium zum Kühlen oder Heizen der beiden Elektrolyseure 20a, 20b auf.
Die beiden Verdichter 40a, 40b sind dabei als elektrochemischer Kompressor ausgestaltet und weisen jeweils eine Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit 50a, 50b mit einer Verdichteranode 51a, 51b und einer Verdichterkathode 52a, 52b auf, welche durch eine Verdichtermembran 53a, 53b getrennt sind. Die beiden Verdichter 40a, 40b weisen ferner jeweils einen Verdichter-Zufuhrbereich 55a, 55b zur Zuführung des zu verdichtenden Wasserstoffs an die Verdichteranode 51a, 51b und einen Verdichter-Abfuhrbereich 56a, 56b zur Abführung des verdichteten Wasserstoffs von der Verdichterkathode 52a, 52b auf. Die beiden Verdichter 40a, 40b sind dabei mechanisch hintereinander zu einem Verdichterstapel 400 angeordnet und fluidisch in Reihe geschaltet, wobei ein erster Verdichter-Abfuhrbereich 56a des ersten Verdichters 40a und ein zweiter Verdichter-Zufuhrbereich 55b des zweiten Verdichters 40b fluidisch verbunden sind. Somit wird der erzeugte Wasserstoff zweistufig verdichtet. Elektrisch sind die beiden Verdichter 40a, 40b parallel zueinander geschaltet.
Die Elektrolyseur-Abfuhrbereiche 36a, 36b der beiden Elektrolyseure 20a, 20b stehen dabei in fluidischer Verbindung mit dem ersten Verdichter-Zufuhrbereich 55a des ersten Verdichters 40a. Durch diese fluidische Verbindung entnimmt der erste Verdichter 40a den durch die beiden Elektrolyseure 20a, 20b erzeugten Wasserstoff aus den Elektrolyseur-Abfuhrbereichen 36a, 36b der beiden Elektrolyseure 20a, 20b.
Zwischen einem zweiten Elektrolyseur-Abfuhrbereich 36b des zweiten Elektrolyseurs 20b und dem ersten Verdichter-Zufuhrbereich 55a des ersten Verdichters 40a ist eine gasdurchlässige Schicht 60 angeordnet, die sowohl zur gleichmäßigen Verteilung des durch die beide Elektrolyseure 20a, 20b erzeugten Wasserstoffs an die Verdichteranode 51a des ersten Verdichters 40a, als auch zur elektrischen Trennung der gestapelten Elektrolyseure 20a, 20b und der gestapelten Verdichter 40a, 40b dient.
Das Gehäuse 10 umfasst weiterhin eine dritte Anschlussstelle 13 zur Abführung von Sauerstoff, welcher durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers in den Elektrolyseur-Zufuhrbereichen 35 der beiden Elektrolyseure 20a, 20b entstanden ist. Der Sauerstoff kann beispielsweise als Oxidationsmittel direkt zu einer Brennstoffzelle (nicht dargestellt) oder zu einem Speicher (nicht dargestellt) über die dritte Anschlussstelle 13 überführt werden. Der Sauerstoff kann aber auch über die dritte Anschlussstelle 13 in die Umwelt abgegeben und verworfen werden.
Weiterhin weist das Gehäuse 10 eine vierte Anschlussstelle 14 auf, die zur Abführung des durch die beiden Elektrolyseure 20a, 20b erzeugten Wasserstoffs von den Elektrolyseur-Abfuhrbereichen 36a, 36b der beiden Elektrolyseure 20a, 20b dient. Dieser Wasserstoff kann beispielsweise als Brennstoff direkt zu einer Brennstoffzelle (nicht dargestellt) oder zu einem weiteren Speicher (nicht dargestellt) über die vierte Anschlussstelle 14 überführt werden, bevor er durch die beiden Verdichter 40a, 40b verdichtet wird.
Das Gehäuse 10 umfasst eine fünfte Anschlussstelle 15 zur Zuführung von Wasser zur Befeuchtung der Verdichteranode 51a, 51b des jeweiligen Verdichters 40a, 40b und eine sechste Anschlussstelle 16 zur Abführung des Wassers zur Befeuchtung der Verdichteranode 51a, 51b des jeweiligen Verdichters 40a, 40b. Aufgrund von Osmoseeffekten kann das aufzuspaltende Wasser die Elektroyseurmembran 33a, 33b und die gasdurchlässige Schicht 60 durchqueren, was einen Wasserüberschuss verursacht. Dieses Wasser kann über die sechste Anschlussstelle 16 abgelassen werden oder wieder zur Befeuchtung der Verdichteranode 51a, 51b des jeweiligen Verdichters 40a, 40b zugeführt werden. Denkbar ist aber auch, dass dieses Wasser nach Entgasung von Wasserstoff über die sechste Anschlussstelle 16 wieder der Elektrolyseuranode 31a, 31b des jeweiligen Elektrolyseurs 20a, 20b zugeführt wird.
Das Gehäuse 10 umfasst ferner Kanäle 17 zur Durchleitung von Temperierungsmedium. Dabei dient das Temperierungsmedium zum Kühlen oder Heizen der Zellanordnung 100 zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff. Hierbei umfasst das Gehäuse 10 zwei weiteren Anschlussstellen (nicht dargestellt), die der Zu- und Abführung des Temperierungsmediums dienen.
In 2 sind eine erste elektrische Energiequelle 80 mit einem ersten Pluspol 81 und einem ersten Minuspol 82 und eine zweite elektrische Energiequelle 90 mit einem zweiten Pluspol 91 und einem zweiten Minuspol 92 dargestellt.
Die jeweiligen Elektrolyseuranoden 31a, 31b sind dabei mit dem ersten Pluspol 81 der ersten elektrischen Energiequelle 80 elektrisch verbunden, während die jeweiligen Elektrolyseurkathoden 32a, 32b mit dem ersten Minuspol 82 der ersten elektrischen Energiequelle 80 elektrisch verbunden sind.
Die jeweiligen Verdichteranoden 51a, 51b sind dabei mit dem zweiten Pluspol 91 der zweiten elektrischen Energiequelle 90 elektrisch verbunden, während die jeweiligen Verdichterkathoden 52a, 52b mit dem zweiten Minuspol 92 der zweiten elektrischen Energiequelle 90 elektrisch verbunden sind.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Zellanordnung (100) zur Erzeugung und Verdichtung von Wasserstoff, umfassend ein Gehäuse (10), das eine erste Anschlussstelle (11) zur Zuführung von aufzuspaltendem Wasser und eine zweite Anschlussstelle (12) zur Abführung von verdichtetem Wasserstoff aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (10) mindestens ein Elektrolyseur (20, 20a, 20b) zur Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse des aufzuspaltenden Wassers und mindestens ein Verdichter (40, 40a, 40b) zur Verdichtung des erzeugten Wasserstoffs angeordnet sind, wobei der mindestens eine Elektrolyseur (20, 20a, 20b) eine Elektrolyseur-Membran-Elektroden-Einheit (30, 30a, 30b) mit einer Elektrolyseuranode (31, 31a, 31b) und einer Elektrolyseurkathode (32, 32a, 32b), welche voneinander durch eine Elektrolyseurmembran (33) getrennt sind, einen Elektrolyseur-Zufuhrbereich (35, 35a, 35b) zur Zuführung des aufzuspaltenden Wassers an die Elektrolyseuranode (31, 31a, 31b) und einen Elektrolyseur-Abfuhrbereich (36, 36a, 36b) zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs von der Elektrolyseurkathode (32, 32a, 32b) aufweist, wobei der mindestens eine Verdichter (40, 40a, 40b) eine Verdichter-Membran-Elektroden-Einheit (50, 50a, 50b) mit einer Verdichteranode (51, 51a, 51b) und einer Verdichterkathode (52, 52a,52b), welche voneinander durch eine Verdichtermembran (53, 53a, 53b) getrennt sind, einen Verdichter-Zufuhrbereich (55, 55a, 55b) zur Zuführung des vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich (36, 36a, 36b) abgeführten Wasserstoffs an die Verdichteranode (51, 51a, 51b) und einen Verdichter-Abfuhrbereich (56, 56a, 56b) zur Abführung des verdichtetem Wasserstoffs von der Verdichterkathode (52, 52a, 52b) aufweist, und wobei der Elektrolyseur-Abfuhrbereich (36, 36a, 36b) und der Elektrolyseur-Zufuhrbereich (35, 35a, 35b) fluidisch miteinander verbunden sind.
Zellanordnung (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Elektrolyseur-Abfuhrbereich (36, 36a, 36b) des mindestens einen Elektrolyseurs (20, 20a, 20b) und dem Verdichter-Zufuhrbereich (55, 55a, 55b) des mindestens einen Verdichter (40, 40a, 40b) eine gasdurchlässige Schicht (60) angeordnet ist.
Zellanordnung (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) eine dritte Anschlussstelle (13) zur Abführung von Sauerstoff von der Elektrolyseuranode (31, 31a, 31b) umfasst.
Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) eine vierte Anschlussstelle (14) aufweist, die zur Abführung des erzeugten Wasserstoffs vom Elektrolyseur-Abfuhrbereich (36, 36a, 36b) des mindestens einen Elektrolyseurs (20, 20a, 20b) eingerichtet ist.
Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass, das Gehäuse (10) eine fünfte Anschlussstelle (15) zur Zuführung von Wasser zur Befeuchtung der Verdichteranode (51, 51a, 51b) des mindestens einen Verdichters (40, 40a, 40b) und eine sechste Anschlussstelle (16) zur Abführung des Wassers zur Befeuchtung der Verdichteranode (51, 51a, 51b) des mindestens einen Verdichters (40, 40a, 40b) umfasst.
Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) Kanäle (17) zur Durchleitung von Temperierungsmedium umfasst.
Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Elektrolyseur (20, 20a, 20b) durch eine erste elektrische Energiequelle (80) und der mindestens eine Verdichter (40, 40a, 40b) durch eine zweite elektrische Energiequelle (90) versorgt sind, wobei ein erster Versorgungsstrom oder eine erste Versorgungsspannung der ersten elektrischen Energiequelle (80) und ein zweiter Versorgungsstrom oder ein zweite Versorgungsspannung der zweiten elektrischen Energiequelle (90) unabhängig voneinander einstellbar sind.
Zellanordnung (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite elektrische Energiequelle (80, 90) jeweils als eine Gleichstromquelle ausgebildet sind, deren Versorgungsstrom einstellbar ist.
Energieversorgungssystem, das mindestens eine Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und mindestens eine Brennstoffzelle umfasst.
Kraftfahrzeug, das eine Zellanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst oder das ein Energieversorgungssystem nach Anspruch 9 umfasst.