DE102022206852A1

DE102022206852A1 - Bipolarplatte für einen PEM-Elektrolyseur und PEM-Elektrolyseur

Info

Publication number: DE102022206852A1
Application number: DE102022206852.1A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brunner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-07-05
Filing date: 2022-07-05
Publication date: 2024-01-11
Also published as: CN221117645U

Abstract

Bipolarplatte (3) für einen PEM-Elektrolyseur (1), umfassend einen aktiven Bereich (21) und einen nicht-aktiven Randbereich (22), welcher nicht-aktive Randbereich (22) wenigstens eine Sickendichtung (10) aufweist. Weiterhin ist die Sickendichtung (10) als S-förmige Doppelsickendichtung oder als Dreifachsickendichtung ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Bipolarplatte mit einer Sickendichtung für einen PEM-Elektrolyseur sowie einen PEM-Elektrolyseur mit solch einer Bipolarplatte.
Stand der Technik
Bipolarplatten in PEM-Elektrolyseuren, d.h. Polymer-Elektrolyt-Membran-Elektrolyseure oder auch Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure, sind beispielsweise aus der EP 2 201 157 B1 bekannt.
Weiterhin sind Bipolarplatten für Brennstoffzellen aus dem Gebiet der Brennstoffzellensysteme ebenfalls bekannt. Diese Bipolarplatten können beispielsweise Sickendichtungen aufweisen, wie in der DE 20 1014 008 157 U1 beschrieben.
Insbesondere die Herstellung und der Einsatz teurer Materialien für die Bipolarplatten sowie die separate bauliche Ausführung der Bipolarplatten und der Sickendichtungen führen zu einer teuren und komplizierten Herstellung. Dies führt darüber hinaus auch zu einer kostenintensiven Herstellung für die PEM-Elektrolyseure, welche die Bipolarplatten umfassen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Speichervorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 weist demgegenüber den Vorteil auf, dass durch die Ausführung der Bipolarplatten und der Sickendichtungen in einer Baukomponenten in konstruktiv einfacher Weise ein kostengünstiger und effizienter Aufbau erzielt wird.
Dazu weist die Bipolarplatte für einen PEM-Elektrolyseur einen aktiven Bereich und einen nicht-aktiven Randbereich auf, welcher nicht-aktive Randbereich wenigstens eine Sickendichtung aufweist. Weiterhin ist die Sickendichtung als S-förmige Doppelsickendichtung oder als Dreifachsickendichtung ausgebildet.
So kann die gesamte Bipolarplatte mit der Sickendichtung aus einem Blech mittels eines Umformverfahrens hergestellt werden und weitere Baukomponenten sowie additive Herstellverfahren können entfallen.
In erster vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die als S-förmig ausgebildete Doppelsickendichtung eine erste Rippe und eine in die entgegengesetzte Richtung weisende zweite Rippe aufweist. Dies führt zu einer konstruktiv einfachen Abdichtung zwischen den einzelnen Bipolarplatten.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die als Dreifachsickendichtung ausgebildete Sickendichtung eine erste Rippe, eine zweite Rippe und eine dritte Rippe aufweist. Durch die Ausführung der Dreifachsickendichtung bzw. der dritten Rippe wird ein in einer Linie verlaufender Kraftfluss F, nämlich durch die mittlere Rippe 12 durch den PEM-Elektrolyseur erzielt.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die erste Rippe zu der zweiten Rippe einen Versatz d aufweist. Der Versatz d bewirkt einen zickzack-förmigen Kraftfluss des PEM-Elektrolyseurs im nicht-aktiven Randbereich, so dass eine Abdichtungslinie bzw. Kontaktkraftlinie zwischen benachbarter Elektrolysezellen des PEM-Elektrolyseurs erzeugt wird.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft vorgesehen, dass die Bipolarplatte in dem aktiven Bereich Anodenkanäle und Kathodenkanäle aufweist. Vorteilhafterweise sind die Anodenkanäle und die Kathodenkanäle konstruktiv gleich ausgeführt. So kann für den PEM-Elektrolyseur der Einsatz zweier verschiedener Arten von Bipolarplatten entfallen, da durch die konstruktiv identische Ausführung der Anodenkanäle und der Kathodenkanäle für eine ordentliche Funktionsweise benachbarte Bipolarplatten lediglich jeweils um 180 Grad um eine Längsachse der einzelnen Bipolarplatte gedreht werden können.
Die Erfindung betrifft weiterhin einen PEM-Elektrolyseur mit mehreren Elektrolysezellen, einer Membran-Elektroden-Einheit und mindestens einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte.
In vorteilhafter Weiterbildung ist es vorgesehen, dass die Membran-Elektroden-Einheit eine Rahmenstruktur aufweist, welche Rahmenstruktur den aktiven Bereich der Bipolarplatte umgibt und durch welche Rahmenstruktur die Bipolarplatte an den Sickendichtungen einklemmbar ist. So kann in konstruktiv einfacher Weise eine Isolierung und Abdichtung des aktiven Bereichs der Bipolarplatten erzielt werden.
In vorteilhaften Verwendungen findet der PEM-Elektrolyseur Anwendung zur Elektrolyse von Wasser.
Zeichnungen
In den Zeichnungen sind mögliche Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Bipolarplatte für einen PEM-Elektrolyseur und ein erfindungsgemäßer PEM-Elektrolyseur gezeigt. Es zeigt in

1 ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen PEM-Elektrolyseurs mit einem ersten Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Bipolarplatten in schematischer Ansicht,
2 ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen PEM-Elektrolyseurs mit einem zweiten Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Bipolarplatten in schematischer Ansicht.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen PEM-Elektrolyseurs 1 mit einem ersten Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Bipolarplatten 3 in schematischer Ansicht. Der PEM-Elektrolyseur 1 weist mehrere Elektrolysezellen 2 auf, welche eine Membran-Elektroden-Einheit 4 aufweisen. Diese sind jeweils zwischen zwei Bipolarplatten 3 angeordnet. Die Bipolarplatten 3 sind funktional dabei so ausgelegt, dass jeweils eine Bipolarplatte 3 jeweils zur Hälfte zu einer Elektrolysezelle 2 und zur anderen Hälfte zu der benachbarten Elektrolysezelle 2 gehört.
Die Bipolarplatten 3 weisen eine Längsachse 70 auf und umfassen einen aktiven Bereich 21 und einen nicht-aktiven Randbereich 22. Der nicht-aktive Randbereich 22 weist mehrere Sickendichtungen 10 auf. Weiterhin sind die Bipolarplatten 3 mit den Sickendichtungen 10 jeweils nur aus einem einzelnen Blech hergestellt. Die Herstellung kann beispielsweise mittels eines Umformverfahrens erfolgen.
Die Sickendichtungen 10 sind hier als S-förmige Doppelsickendichtungen ausgebildet, welche eine erste Rippe 11 und eine in die entgegengesetzte Richtung weisende zweite Rippe 12 aufweist. Darüber hinaus weist die erste Rippe 11 zu der zweiten Rippe 12 einen Versatz d auf. Dadurch ist ein Kraftfluss des zusammengespannten PEM-Elektrolyseurs 1 im nicht-aktiven Randbereich 22 in Stapelrichtung gesehen zickzack-förmig ausgebildet und die Abdichtungslinie bzw. Kontaktkraftlinie benachbarter Elektrolysezellen 2 ist um den Versatz d verschoben.
Die Bipolarplatten 3 weisen in dem aktiven Bereich 21 Anodenkanäle 3a und Kathodenkanäle 3b auf. Diese sind vorzugsweise konstruktiv gleich ausgeführt, so dass für eine ordentliche Funktionsweise benachbarte Bipolarplatten lediglich jeweils um 180 Grad um eine Längsachse der einzelnen Bipolarplatte gedreht werden können.
Die Membran-Elektroden-Einheit 4 weist eine Rahmenstruktur 5 auf, welche zur Isolierung und Abdichtung des aktiven Bereichs 21 der Bipolarplatten 3 ausgelegt ist und diesen umgibt. Die Bipolarplatten 3 sind dabei an den Sickendichtungen 10 in der Rahmenstruktur 5 eingeklemmt, wodurch eine Abdichtung der Anodenkanäle 3a und Kathodenkanäle 3b der Elektrolysezelle 2 erzielt wird.
2 zeigt ein mögliches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen PEM-Elektrolyseurs 1 mit einem zweiten Ausführungsbeispiel von erfindungsgemäßen Bipolarplatten 3 in schematischer Ansicht. Aufbau und Funktionsweise entsprechen im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel, weswegen Bauteile mit gleicher Funktion mit derselben Bezugsziffer bezeichnet sind.
Der Unterschied des zweiten Ausführungsbeispiels zum ersten Ausführungsbeispiel liegt darin, dass zur Verbesserung eines Kraftflusses F die Sickendichtungen 10 hier als Dreifachsickendichtungen ausgeführt sind. Dabei weisen die Sickendichtungen 10 eine erste Rippe 11, eine zweite Rippe 12 und eine dritte Rippe 13 auf. Durch den Einsatz der dritten Rippe 13 führt der Kraftfluss F für alle Elektrolysezellen 2 in einer Linie, d.h. durch die zweite Rippe 12, durch den PEM-Elektrolyseur 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2201157 B1 [0002]
DE 201014008157 U1 [0003]

Claims

Bipolarplatte (3) für einen PEM-Elektrolyseur (1), umfassend einen aktiven Bereich (21) und einen nicht-aktiven Randbereich (22), welcher nicht-aktive Randbereich (22) wenigstens eine Sickendichtung (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Sickendichtung (10) als S-förmige Doppelsickendichtung oder als Dreifachsickendichtung ausgebildet ist.
Bipolarplatte (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die als S-förmig ausgebildete Doppelsickendichtung (10) eine erste Rippe (11) und eine in die entgegengesetzte Richtung weisende zweite Rippe (12) aufweist.
Bipolarplatte (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als Dreifachsickendichtung ausgebildete Sickendichtung (10) eine erste Rippe (11), eine zweite Rippe (12) und eine dritte Rippe (13) aufweist.
Bipolarplatte (3) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Rippe (11) zu der zweiten Rippe (12) einen Versatz d aufweist.
Bipolarplatte (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bipolarplatte (3) in dem aktiven Bereich (21) Anodenkanäle (3a) und Kathodenkanäle (3b) aufweist.
Bipolarplatte (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenkanäle (3a) und die Kathodenkanäle (3b) konstruktiv gleich ausgeführt sind.
PEM-Elektrolyseur (1) mit mehreren Elektrolysezellen (2), einer Membran-Elektroden-Einheit (4) und mindestens einer Bipolarplatte (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PEM-Elektrolyseur (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Membran-Elektroden-Einheit (4) eine Rahmenstruktur (5) aufweist, welche Rahmenstruktur (5) den aktiven Bereich (21) der Bipolarplatte (2) umgibt und durch welche Rahmenstruktur (5) die Bipolarplatte (2) an den Sickendichtungen(10) einklemmbar ist.
Verwendung eines PEM-Elektrolyseurs (1) nach Anspruch 7 oder 8 zur Elektrolyse von Wasser.