EP4124676A1

EP4124676A1 - Electrolysis system with a plurality of electrolysis cells

Info

Publication number: EP4124676A1
Application number: EP21188722.9A
Authority: EP
Inventors: Marc Hanebuth; Markus Ungerer; Peter Utz; Richard Wagner
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-01
Also published as: EP4334508A1; CN117836471A; WO2023006276A1; CA3227648A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage (60) mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen (12), die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung (14) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequelle (16) elektrisch koppelbar ist, und mit einer Zellenversorgungseinheit (18) zum Versorgen der Elektrolysezellen (12) für einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und mit an die Zellenversorgungseinheit (18) und an gegenüberliegenden Enden (20, 22) der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen (12) angeschlossenen Versorgungsleitungen (24), wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen (24) einen elektrischen Isolierabschnitt (38) aufweist mit einer zumindest teilweise in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts (38) hineinragenden Steuerelektrode (66).

The invention relates to an electrolysis system (60) with a plurality of electrolysis cells (12) which are electrically connected in series and which are at least partially arranged one after the other in a stacking direction (14), the series connection being electrically coupled to an electrical energy source (16), and with a cell supply unit (18) for supplying the electrolytic cells (12) with at least one fuel for proper operation, and with supply lines ( 24), wherein at least one of the supply lines (24) has an electrical insulating section (38) with a control electrode (66) protruding at least partially into the interior of the electrical insulating section (38).

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen.The invention relates to an electrolysis system with a plurality of electrolysis cells.

Bekannte Elektrolyseanlagen weisen eine Vielzahl von Elektrolysezellen auf, die bei der Umwandlung von chemischen Stoffen unter Einwirkung von Elektrizität in andere chemische Stoffe zum Einsatz kommen. In der Regel wird mithilfe eines elektrischen Stroms eine chemische Reaktion, also eine Stoffumwandlung, herbeigeführt.Known electrolysis systems have a large number of electrolysis cells which are used in the conversion of chemical substances into other chemical substances under the action of electricity. As a rule, a chemical reaction, i.e. a material conversion, is brought about with the help of an electric current.

Beispielsweise wird Wasserstoff heutzutage mittels Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyse oder alkalischer Elektrolyse erzeugt. Diese Elektrolyseanlagen produzieren dann mit Hilfe elektrischer Energie Wasserstoff und Sauerstoff aus dem zugeführten Wasser.For example, hydrogen is now produced using Proton Exchange Membrane (PEM) electrolysis or alkaline electrolysis. These electrolysis systems then use electrical energy to produce hydrogen and oxygen from the water supplied.

Eine Elektrolyseanlage weist dabei eine Vielzahl von Elektrolysezellen auf, welche benachbart zueinander angeordnet sind. Mittels der Wasserelektrolyse wird beispielsweise in den Elektrolysezellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Bei einem PEM-Elektrolyseur wird typischerweise anodenseitig destilliertes Wasser als Edukt zugeführt und an einer protonendurchlässigen Membran (engl.: "Proton-Exchange-Membrane"; PEM) zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Das Wasser wird dabei an der Anode zu Sauerstoff oxidiert. Die Protonen passieren die protonendurchlässige Membran. Kathodenseitig wird Wasserstoff produziert. Das Wasser wird dabei in der Regel von einer Unterseite in den Anodenraum und/oder Kathodenraum gefördert.An electrolysis system has a large number of electrolysis cells which are arranged adjacent to one another. By means of water electrolysis, for example, water is broken down into hydrogen and oxygen in the electrolysis cells. In a PEM electrolyser, distilled water is typically fed in as starting material on the anode side and split into hydrogen and oxygen on a proton-permeable membrane (“proton exchange membrane”; PEM). The water is oxidized to oxygen at the anode. The protons pass through the proton-permeable membrane. Hydrogen is produced on the cathode side. In this case, the water is generally conveyed from an underside into the anode compartment and/or cathode compartment.

Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser unter Nutzung des elektrischen Stroms in seine Bestandteile, nämlich Wasserstoff und Sauerstoff, zerlegt. Dem Grunde nach können jedoch auch andere Ausgangsstoffe als Edukte einer Elektrolyse unterzogen werden, beispielsweise Kohlenstoffdioxid oder dergleichen.In water electrolysis, water is broken down into its components, namely hydrogen and oxygen, using electricity. In principle, however, other starting materials can also be subjected to electrolysis as starting materials be, for example carbon dioxide or the like.

Üblicherweise handelt es sich hierbei um fluide Stoffe, die in einer Elektrolyseanlage über entsprechende Versorgungsleitungen den Elektrolysezellen zugeführt werden können, in denen die eigentliche Elektrolyse durchgeführt wird. Die Elektrolyseprodukte sind häufig ebenfalls in fluider Form und werden über weitere Versorgungsleitungen aus den Elektrolysezellen abgeführt. Die Versorgungsleitungen sind in der Regel an eine Zellenversorgungseinheit angeschlossen, die dem Versorgen der Elektrolysezellen für den bestimmungsgemäßen Betrieb mit den jeweiligen Stoffen beziehungsweise wenigstens einem Betriebsstoff dienen. Versorgen meint hier also nicht nur ein Zuführen des Betriebsstoffs beziehungsweise des zu elektrolysierenden Stoffs, sondern auch ein Abführen des jeweiligen Elektrolyseprodukts, umfasst also das Zuführen des Edukt-Fluids und das Abführen des Produkt-Fluids, das aus dem elektrochemischen Umwandlungsprozess gewonnen ist.These are usually fluid substances that can be fed to the electrolysis cells in an electrolysis system via appropriate supply lines, in which the actual electrolysis is carried out. The electrolysis products are often also in fluid form and are discharged from the electrolysis cells via additional supply lines. The supply lines are usually connected to a cell supply unit, which is used to supply the electrolytic cells with the respective substances or at least one operating substance for normal operation. In this case, supplying means not only supplying the operating material or the substance to be electrolyzed, but also discharging the respective electrolysis product, i.e. it includes the supplying of the educt fluid and the discharging of the product fluid that is obtained from the electrochemical conversion process.

Besonders die Bereitstellung von Wasserstoff erweist sich im industriellen Maßstab als besonders interessant, zumal Wasserstoff ein vielseitig nutzbarer Energieträger ist. Wasserstoff kann mit einer Elektrolyseanlage, auch Elektrolyseur genannt, unter Ausnutzung von regenerativ erzeugter elektrischer Energie bereitgestellt werden. Eine Möglichkeit der Erzeugung von Wasserstoff besteht darin, eine Elektrolyseanlage zu nutzen, deren Elektrolysezellen auf Protonen-Austausch-Membranen (englisch: proton exchange membrane, PEM) basieren. Das Prinzip einer PEM-basierten Elektrolyseanlage beziehungsweise PEM-basierten Elektrolysezelle ist im Stand der Technik bekannt, weshalb von weiteren Erläuterungen hierzu abgesehen wird. Eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser ist beispielsweise durch die DE 10 2011 007 759 A1 offenbart. Aber auch die DE 10 2019 205 316 A1 beschreibt eine entsprechende Elektrolysezelle für eine energieeffiziente Wasserstoffherstellung. Ferner offenbart die DE 21 2018 000 414 U1 ein Wasserstofferzeugungssystem. Gattungsgemäße Elektrolyseanlagen weisen in der Regel eine Mehrzahl von Elektrolysezellen auf, die üblicherweise elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die hierdurch gebildete Reihenschaltung ist mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch gekoppelt, die eine geeignete elektrische Spannung bereitstellt, sodass mittels der Elektrolysezellen der vorgesehene Prozess der elektrochemischen Stoffumwandlung realisiert werden kann.The provision of hydrogen in particular is proving to be particularly interesting on an industrial scale, especially since hydrogen is a versatile energy carrier. Hydrogen can be provided with an electrolysis system, also known as an electrolyser, using regeneratively generated electrical energy. One way of generating hydrogen is to use an electrolysis plant whose electrolysis cells are based on proton exchange membranes (PEM). The principle of a PEM-based electrolysis system or PEM-based electrolysis cell is known in the prior art, which is why further explanations on this are dispensed with. An electrolytic cell for generating hydrogen and oxygen from water is, for example, by the DE 10 2011 007 759 A1 disclosed. But also the DE 10 2019 205 316 A1 describes a corresponding electrolytic cell for energy-efficient hydrogen production. Furthermore, the DE 21 2018 000 414 U1 a hydrogen generation system. Generic electrolysis systems usually have a plurality of electrolysis cells, which are usually electrically connected in series. The series circuit thus formed is electrically coupled to an electrical energy source which provides a suitable electrical voltage, so that the intended process of electrochemical material conversion can be implemented by means of the electrolytic cells.

Die Elektrolysezellen sind darüber hinaus in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet, sodass ein Zellenstapel gebildet ist. Durch die gestapelte Anordnung ist es möglich, dass die aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen elektrisch unmittelbar, etwa durch mechanische Pressung, miteinander kontaktiert werden können, sodass separate elektrische Anschlüsse der Elektrolysezellen weitgehend reduziert werden können.Furthermore, the electrolytic cells are sequentially arranged in a stacking direction, so that a cell stack is formed. The stacked arrangement makes it possible for the electrolytic cells arranged one after the other to be directly electrically contacted with one another, for example by mechanical pressing, so that separate electrical connections of the electrolytic cells can be largely reduced.

Innerhalb des Zellenstapels ist ferner ein Versorgungsleitungssystem (englisch: manifold) vorgesehen, welches dazu dient, den wenigstens einen Betriebsstoff den Elektrolysezellen zuzuführen beziehungsweise abzuführen. Der Betriebsstoff kann zum Beispiel das zugeführte Fluid, beispielsweise Wasser, und/oder das Reaktionsprodukt, beispielsweise Wasserstoff und Sauerstoff, umfassen. Der Zellenstapel (englisch: stack) wird in der Regel mit einer bestimmten Elektrolyseleistung so betrieben, dass ein elektrischer Strom möglichst klein, aber eine elektrische Spannung möglichst groß ist. Dies wird durch eine geeignete Stapelung der Elektrolysezellen im Zellenstapel erreicht. Dadurch können sich elektrische Spannungen an den jeweiligen Elektrolysezellen im Zellenstapel zur Zellenstapelspannung addieren, während die auf diese Weise in Reihe geschalteten Elektrolysezellen mit einem im Wesentlichen gleichen Strom betrieben werden können.A supply line system (manifold) is also provided within the cell stack, which serves to supply or discharge the at least one fuel to the electrolysis cells. The operating substance can include, for example, the supplied fluid, for example water, and/or the reaction product, for example hydrogen and oxygen. The cell stack is usually operated with a specific electrolysis output in such a way that the electric current is as small as possible, but the electric voltage is as high as possible. This is achieved by suitably stacking the electrolytic cells in the cell stack. As a result, electrical voltages at the respective electrolytic cells in the cell stack can add up to the cell stack voltage, while the electrolytic cells connected in series in this way can be operated with essentially the same current.

Die Elektrolyseleistung für den Betrieb der Elektrolyseanlage wird durch die Energiequelle bereitgestellt, die zu diesem Zweck an jeweilige gegenüberliegende Enden des Zellenstapels anschließbar ist. In einem Zellenstapel können eine Vielzahl von Elektrolysezellen angeordnet sein, beispielsweise mehr als 100 Elektrolysezellen, insbesondere mehrere hundert Elektrolysezellen, vorzugsweise jedoch nicht mehr als etwa 400 Elektrolysezellen. Bei einer Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff beträgt eine elektrische Spannung an einer der jeweiligen Elektrolysezellen etwa 1,5 V bis 2,5 V. Daraus ergibt sich die elektrische Spannung am Zellenstapel entsprechend, sodass die elektrische Spannung am Zellenstapel häufig 100 V übersteigt, sogar mehrere hundert Volt betragen kann.The electrolysis power for the operation of the electrolysis system is provided by the energy source that is connected to it Purpose can be connected to respective opposite ends of the cell stack. A large number of electrolytic cells can be arranged in a cell stack, for example more than 100 electrolytic cells, in particular several hundred electrolytic cells, but preferably no more than about 400 electrolytic cells. During the electrolysis of water to form hydrogen and oxygen, the electrical voltage at one of the respective electrolytic cells is around 1.5 V to 2.5 V. This results in the electrical voltage at the cell stack, so that the electrical voltage at the cell stack often exceeds 100 V, can even be several hundred volts.

Die Elektrolyseanlage umfasst neben dem Zellenstapel weitere Komponenten, wie zum Beispiel Pumpen, Wärmetauscher, Abscheidebehälter, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektrolyseanlage beziehungsweise der Elektrolysezellen erforderlich sind. Diese Komponenten werden vorliegend zusammengefasst durch die Zellenversorgungseinheit zum Versorgen der Elektrolysezellen für den bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff.In addition to the cell stack, the electrolysis system includes other components, such as pumps, heat exchangers, separator tanks, which are required for the intended operation of the electrolysis system or the electrolysis cells. In the present case, these components are combined by the cell supply unit for supplying the electrolytic cells with at least one fuel for the intended operation.

Die Zellenversorgungseinheit ist mit den in eine Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen über Versorgungsleitungen angeschlossen, die an den gegenüberliegenden Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen angeschlossen sind. Die Versorgungsleitungen sind in der Regel aus einem Werkstoff wie Metall oder dergleichen gebildet.The cell supply unit is connected to the electrolytic cells lined up in a stacking direction via supply lines connected to the opposite ends of the electrolytic cells lined up. The umbilicals are typically formed from a material such as metal or the like.

Zwischen den Enden des Zellenstapels beziehungsweise der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen tritt eine entsprechend hohe elektrische Spannung auf. Für die Versorgungsleitungen, die in der Regel aus einem Metall gebildet sind, ist es daher erforderlich, dass sie jeweilige elektrische Isolierabschnitte aufweisen, die dazu dienen, eine elektrisch gut leitfähige Verbindung zwischen den Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen und somit zwischen den elektrischen Anschlüssen der elektrischen Energiequelle zu vermeiden.A correspondingly high electrical voltage occurs between the ends of the cell stack or the electrolytic cells arranged one after the other. It is therefore necessary for the supply lines, which are generally made of a metal, to have respective electrical insulating sections which serve to ensure a good electrical conductive connection between the ends of the electrolytic cells arranged one after the other and thus between the electrical connections of the electrical energy source.

Dem Grunde nach hat sich die Anwendung gemäß dem Stand der Technik zwar bewährt, dennoch hat sich herausgestellt, dass insbesondere im Bereich des an den elektrischen Isolierabschnitt anschließenden Bereichs der Versorgungsleitung, der mit einem positiven elektrischen Potential der elektrischen Energiequelle im bestimmungsgemäßen Betrieb beaufschlagt ist, eine Korrosion auftreten kann. In diesem anodischen Bereich der Versorgungsleitung findet oxidative Zersetzung des metallischen Rohrmaterials statt. Dies ist nicht nur für die Elektrolyseanlage als solche schädlich, sondern kann auch zu Verunreinigungen des wenigstens einen Betriebsstoffs und damit zu Störungen beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektrolysezellen führen.Basically, the application according to the prior art has proven itself, but it has been found that particularly in the area of the supply line adjoining the electrical insulating section, which is subjected to a positive electrical potential of the electrical energy source in normal operation, a corrosion can occur. Oxidative decomposition of the metallic pipe material takes place in this anodic area of the supply line. This is not only harmful to the electrolysis system as such, but can also lead to contamination of the at least one operating material and thus to disruptions in the intended operation of the electrolysis cells.

Um diese Problematik zu reduzieren, ist es im Stand der Technik bekannt, eine spezifische elektrische Leitfähigkeit des Wassers möglichst klein zu halten und durch eine möglichst lange Isolationsstrecke oder auch eine Querschnittsreduktion im Bereich des jeweiligen Isolierabschnitts die Korrosion kinetisch zu hemmen und so die Wirkung zeitlich zu strecken. Die Korrosion kann jedoch hierdurch dem Grunde nach nicht vermieden werden. Insbesondere die stets vorhandene, wenn auch geringe, elektrische Leitfähigkeit von Wasser, insbesondere innerhalb der durch den Isolierabschnitt gebildeten Isolationsstrecke, führt zu Streuströmen im Wasser, insbesondere innerhalb der Isolierstrecke. Dadurch bleibt das Problem der Korrosion weiterhin bestehen, was nachteilig für die Standzeit einer Elektrolyseanlage ist.In order to reduce this problem, it is known in the prior art to keep the specific electrical conductivity of the water as low as possible and to kinetically inhibit corrosion by means of the longest possible insulation section or also a cross-section reduction in the area of the respective insulation section, and thus to increase the effect over time stretch. However, this basically cannot prevent corrosion. In particular, the constant, albeit low, electrical conductivity of water, in particular within the insulating section formed by the insulating section, leads to stray currents in the water, particularly within the insulating section. As a result, the problem of corrosion continues to exist, which is disadvantageous for the service life of an electrolysis system.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolyseanlage anzugeben, die das vorgenannte Korrosionsproblem vermindert.The invention is based on the object of specifying an electrolysis system which reduces the aforementioned problem of corrosion.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektrolyseanlage mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen, die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch koppelbar ist, umfassend eine Zellenversorgungseinheit zum Versorgen der Elektrolysezellen für einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und umfassend an die Zellenversorgungseinheit und an gegenüberliegenden Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen angeschlossene Versorgungsleitungen, wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen einen elektrischen Isolierabschnitt aufweist mit einer zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode.This object is achieved by an electrolysis system with a plurality of electrolysis cells that electrically connected in series and which are at least partially arranged one after the other in a stacking direction, wherein the series connection can be electrically coupled to an electrical energy source, comprising a cell supply unit for supplying the electrolytic cells with at least one fuel for proper operation, and comprising on the cell supply unit and on opposite Supply lines connected to the ends of the successively arranged electrolytic cells, at least one of the supply lines having an electrical insulating section with a control electrode protruding at least partially into the interior of the insulating section.

Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.Advantageous developments result from features of the dependent claims.

Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass bisherige Betriebskonzepte für Elektrolyseanlagen hinsichtlich der Vermeidung und Behebung von Degradationserscheinungen vor allem in Bezug auf schädigende Korrosionseffekte anlagentechnisch aufwändig sind und wirtschaftlich erhebliche Nachteile aufweisen. Insbesondere effektive und auch nachhaltige Lösungen sind in herkömmlichen Ansätzen bisher nicht vorgeschlagen worden. Vielmehr blieb das Problem der Korrosion weiterhin bestehen, was nachteilig für die Standzeit einer Elektrolyseanlage ist.The invention is based on the knowledge that previous operating concepts for electrolysis systems are complex in terms of system technology with regard to avoiding and remedying degradation phenomena, especially with regard to damaging corrosion effects, and have significant economic disadvantages. In particular, effective and sustainable solutions have not yet been proposed in conventional approaches. Rather, the problem of corrosion continued to exist, which is disadvantageous for the service life of an electrolysis system.

Da über die den durch den Isolierabschnitt sich ergebende Isolationsstrecke im Betrieb der Elektrolyseanlage typischerweise mehrere hundert Volt anliegen, gibt es aufgrund der hohen Spannungsdifferenz an einer Versorgungsleitung einen deutlichen Elektronen-Überschuss und an der anderen einen entsprechenden Elektronen-Mangel. Die Spannung ist hierbei so groß, dass aus thermodynamischer Sicht Elektrodenreaktionen ablaufen. Durch eine Erniedrigung der spezifischen Leitfähigkeit des Wassers bzw. eine Verlängerung oder Einengung der Isolationsstrecken lässt sich diese Reaktion grundsätzlich verlangsamen, also kinetisch hemmen. Sie lässt sich aber nie vollständig unterbinden, es ist also nur eine Behelfsmaßnahme. Das Wasser innerhalb der Isolationsstrecke hat stets eine geringe Leitfähigkeit, so dass in Konsequenz Streuströme durch den Betriebsstoff, insbesondere durch das Wasser im Fall der Wasserelektrolyse, im Bereich des Isolierabschnitts der Versorgungsleitung fließen.Since there are typically several hundred volts across the insulating section resulting from the insulating section during operation of the electrolysis system, there is a significant excess of electrons on one supply line and a corresponding lack of electrons on the other due to the high voltage difference. The voltage here is so great that, from a thermodynamic point of view, electrode reactions take place. By lowering the specific conductivity of the water or by lengthening or narrowing the insulation sections, this reaction can be slowed down, i.e. kinetically inhibited. she lets but never stop it completely, so it's just a workaround. The water within the insulation section always has a low conductivity, so that as a consequence stray currents flow through the operating material, in particular through the water in the case of water electrolysis, in the area of the insulating section of the supply line.

Auf der kathodischen Seite mit Elektronen-Überschuss wird Wasser gespalten, wobei Wasserstoff und Hydroxid-Ionen entstehen. Der Wasserstoff liegt in Form von feinsten Bläschen oder gelöst vor und wird mit dem Wasser abtransportiert. Die produzierten Mengen sind so gering, dass vom Wasserstoff keine störenden Wirkungen ausgehen. Die Hydroxid-Ionen befinden sich in gelöster Form im Wasser und tendieren wegen ihrer negativen Ladung und der Richtung des herrschenden elektrischen Feldes von der kathodischen Seite der Versorgungsleitung in Richtung des Isolierabschnitts und der dahinter liegenden, sich daran anschließenden, anodische Seite der Versorgungsleitung wandern.On the cathodic side with excess electrons, water is split, producing hydrogen and hydroxide ions. The hydrogen is in the form of tiny bubbles or dissolved and is transported away with the water. The quantities produced are so small that the hydrogen has no disruptive effects. The hydroxide ions are in dissolved form in the water and, because of their negative charge and the direction of the prevailing electrical field, tend to migrate from the cathodic side of the supply line in the direction of the insulating section and the anodic side of the supply line located behind it and adjoining it.

Hingegen wird auf der anodischen Seite das metallische Rohrmaterial der Versorgungsleitung oxidativ zersetzt. So geht etwa im Falle einer Versorgungsleitung aus Edelstahl metallisches Eisen Fe durch die anodische Korrosion als Fe³⁺ in Lösung, so dass über die Zeit signifikante Mengen an Fe³⁺ Fremdionen in das Wasser eingetragen werden. Es können aber auch andere Spezies gebildet werden, zum Beispiel Rost, welcher lokal an der Oberfläche verbleibt und an der charakteristischen braunen Farbe erkennbar ist. Neben Eisen können aber auch weitere Metalle, die im Stahl vorhanden sind, aufgelöst werden und hierbei schädigende Kationen bilden. Wegen der positiven Ladung haben diese Metall-Kationen die Tendenz in Gegenrichtung des Hydroxids zu wandern, was zu weiteren nachteiligen Folgeerscheinungen durch die Bildung von so genanntem Rouging. Rouging sind feinste Eisen-haltige Partikel, die sich in den Rohrleitungen und Komponenten des Elektrolyse-Systems verteilen.On the other hand, the metallic pipe material of the supply line is decomposed by oxidation on the anodic side. In the case of a supply line made of stainless steel, for example, metallic iron Fe dissolves as Fe ³⁺ due to anodic corrosion, so that significant amounts of Fe ³⁺ foreign ions are introduced into the water over time. However, other species can also be formed, for example rust, which remains locally on the surface and is recognizable by the characteristic brown color. In addition to iron, other metals present in the steel can also be dissolved and form damaging cations. Because of the positive charge, these metal cations have the tendency to migrate in the opposite direction of the hydroxide, which leads to further adverse consequences through the formation of so-called rouging. Rouging are the finest iron-containing particles that are distributed in the pipes and components of the electrolysis system.

Es ist auch als großer Nachteil erkannt worden, dass Metall-Ionen von der Sauerstoff-Seite aus in die Membran-Elektroden-Einheiten (MEAs) gelangen können und sich dort anreichern. Unter anderem führt dieser Vorgang zu höheren Zellspannungen. Weiterhin werden MEA-schädigende Mechanismen mit diesen Metall-Ionen in Verbindung gebracht. Beispielsweise kann an den Elektroden gebildetes H₂O₂ bei Kontakt mit Metall-Ionen in Radikale umgewandelt werden, welche die Membranstruktur der MEAs chemisch angreifen und so die Standzeit beeinträchtigen können.It has also been recognized as a major disadvantage that metal ions can get into the membrane electrode assemblies (MEAs) from the oxygen side and accumulate there. Among other things, this process leads to higher cell voltages. Furthermore, MEA-damaging mechanisms are associated with these metal ions. For example, H ₂ O ₂ formed at the electrodes can be converted into radicals when they come into contact with metal ions, which chemically attack the membrane structure of the MEAs and can thus impair the service life.

Hier setzt die vorliegende Erfindung gezielt an, indem in einer Elektrolyseanlage bereits die Entstehung und Freisetzung einer kritischen Fremdionenkonzentration an schädigenden Kationen in der Versorgungsleitung im Bereich der Isolationsabschnitt möglichst vermieden wird und entsprechend Vorsorge trifft. Mit der hierfür vorgesehenen teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode ist erreicht, dass insbesondere an der anodischen Seite des Isolierabschnitts ein Streustrom nicht über das metallische Rohrmaterial der Versorgungsleitung abfließt, sondern stattdessen gezielt über die Steuerelektrode. Somit ist die anodenseitige Korrosion unterdrückt, da keine schädigende Metallkationen, wie etwa Fe³⁺ aus dem eisenhaltigen Material der Versorgungsleitung in Lösung gehen können. Die schädigenden Prozesse, insbesondere jene Prozesse auf der anodischen Seite, wie oben dargelegt, können mit der Steuerelektrode sehr effizient und vor allem nachhaltig unterdrückt und praktisch vollständig vermieden werden. Die Standzeit der Elektrolyseanlage wird vorteilhafterweise erhöht. Der Isolierabschnitt ist rohrförmig ausgeführt und in die Versorgungsleitung strömungstechnisch dicht geschaltet, etwa als Verbindungsflansch. Somit ist der Betriebsstoff in der den Isolierabschnitt aufweisenden Versorgungsleitung fluiddicht durch den Isolierabschnitt führbar. Der Isolierabschnitt weist in axialer Richtung, also in der Strömungsrichtung des Betriebsstoffs eine Axialausdehnung auf. Die Steuerelektrode ragt teilweise in das Innere des Isolierabschnitts. Die Steuerelektrode kann je nach Ausgestaltung und erzielbarer Steuereffizienz zur korrosionsvermindernden Streustromaufnahme etwa zwischen 30% und 70%, vorzugsweise etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Isolierabschnitts hineinragen, gemessen von der anodischen Seite des Isolierabschnitts. Die Steuerelektrode ist dabei vorteilhafterweise mit dem metallischen Rohrabschnitt der Versorgungsleitung auf der anodischen Seite elektrisch kontaktiert und auf ein entsprechendes Potential gelegt, so dass bereits die Freisetzung von Metall-Kationen, etwa von Fe³⁺, aus dem metallischen Rohrmaterial der Verbindungsleitung, im anodischen Abschnitt der Versorgungsleitung effizient vermieden ist und ein Korrosionsschutz erzielt. Die Steuerelektrode wirkt dabei elektrisch und beeinträchtigt aufgrund ihrer Abmessungen und Geometrie mit einem entsprechend geringen Strömungswiderstand für ein umströmendes Fluid, die Förderung des Betriebsstoffs in der Versorgungsleitung nicht oder nicht nennenswert.This is where the present invention comes in, in that the formation and release of a critical foreign ion concentration of damaging cations in the supply line in the area of the insulation section is avoided as far as possible in an electrolysis system and appropriate precautions are taken. With the control electrode provided for this purpose partially protruding into the interior of the insulating section, a stray current does not flow off via the metallic pipe material of the supply line, particularly on the anodic side of the insulating section, but rather via the control electrode. Corrosion on the anode side is thus suppressed, since no damaging metal cations, such as Fe ³⁺ , can go into solution from the ferrous material of the supply line. The damaging processes, in particular those processes on the anodic side, as explained above, can be very efficiently and, above all, sustainably suppressed and practically completely avoided with the control electrode. The service life of the electrolysis system is advantageously increased. The insulating section has a tubular design and is connected in a flow-tight manner to the supply line, for example as a connecting flange. The operating substance in the supply line having the insulating section can thus be guided in a fluid-tight manner through the insulating section. The insulating section has an axial extent in the axial direction, ie in the direction of flow of the service fluid. The control electrode partially protrudes inside the insulating portion. The control electrode can vary depending on the configuration and achievable control efficiency for corrosion-reducing stray current consumption, between 30% and 70%, preferably about 40% to 60%, protrude in the axial direction into the interior of the insulating section, measured from the anodic side of the insulating section. The control electrode is advantageously in electrical contact with the metallic tube section of the supply line on the anodic side and is set to a corresponding potential, so that the release of metal cations, such as Fe ³⁺ , from the metallic tube material of the connecting line in the anodic section of the supply line is efficiently avoided and corrosion protection is achieved. The control electrode acts electrically and, due to its dimensions and geometry with a correspondingly low flow resistance for a fluid flowing around it, does not impair the delivery of the operating substance in the supply line, or does so only to an insignificant extent.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Elektrolyseanlage wird vorgeschlagen, dass ein Werkstoff der Versorgungsleitungen Metall aufweist, wobei die Elektrolysezellen in wenigstens zwei Teilstapeln angeordnet sind, wobei jeder der wenigstens zwei Teilstapel mittels wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit und an einem ersten Ende des jeweiligen Teilstapels angeschlossenen ersten Versorgungsleitung und wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit und an einem dem ersten Ende in Stapelrichtung gegenüberliegenden zweiten Ende des jeweiligen Teilstapels angeschlossenen zweiten Versorgungsleitung mit der Zellenversorgungseinheit verbunden ist, wobei diejenige erste Versorgungsleitung, die an dem ersten Ende desjenigen Teilstapels angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential der elektrischen Energiequelle koppelbar ist, elektrisch leitend an die Zellenversorgungseinheit angeschlossen ist und alle anderen Versorgungsleitungen jeweilige elektrische Isolierabschnitte aufweisen, wobei eine Mehrzahl der Isolierabschnitte eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragende Steuerelektrode aufweist. Vorteilhafterweise sind bedarfsweise sogar alle Isolierabschnitte mit einer jeweiligen zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode ausgestattet.According to a particularly advantageous development of the electrolysis system, it is proposed that the supply lines be made of metal, with the electrolysis cells being arranged in at least two sub-stacks, with each of the at least two sub-stacks being connected by at least one first to the cell supply unit and to a first end of the respective sub-stack supply line and at least one second supply line connected to the cell supply unit and to a second end of the respective sub-stack opposite the first end in the stacking direction, is connected to the cell supply unit, wherein that first supply line which is connected to the first end of that sub-stack which is connected to a negative electrical Potential of the electrical energy source can be coupled, is electrically conductively connected to the cell supply unit and all other supply lines are electrically connected e have insulating sections, a plurality of the insulating sections having a respective control electrode which projects at least partially into the interior of the insulating section. Advantageously, if necessary, even all insulating sections are equipped with a respective control electrode that protrudes at least partially into the interior of the insulating section.

Damit ist bei der Elektrolysanlage ein besonders umfassender Korrosionsschutz erreicht, da in einer Mehrzahl, im Bedarfsfall, sogar in jedem der elektrischen Isolierabschnitte schädigende Streuströme abgeleitet werden, soweit diese Korrosionseffekte zu befürchetn sind. Somit ist die Freisetzung von Metallkationen auch bei einer komplexen Elektrolyseanlage mit mehreren Teilstapeln von Elektrolysezellen effizient und nachhaltig unterdrückt. Das Korrosionsschutzkonzept der Erfindung ist daher auch bei Elektrolyseanlagen im industriellen Maßstab mit großer Elektrolyseleistung flexibel anwendbar und anpassbar. Dabei sind gezielt die korrosionsanfälligen elektrischen Isolierabschnitte der Versorgungsleitungen, insbesondere an der anodisch wirkenden Seite, mit einer jeweiligen zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode ausgestattet. Die Steuerelektrode ragt teilweise in das Innere des Isolierabschnitts. Die Steuerelektrode kann je nach Ausgestaltung und erzielbarer Steuereffizienz zur korrosionsvermindernden Streustromaufnahme etwa zwischen 30% und 70%, vorzugsweise etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Isolierabschnitts hineinragen. Dies kann jeweils nach lokaler Geometrie im Bereich von Verbindungsleitung und Isolierabschnitt und Anforderungen an den Korrosionsschutz flexibel ausgestaltet werden.A particularly comprehensive protection against corrosion is thus achieved in the electrolytic system, since damaging stray currents are discharged in a majority, if necessary, even in each of the electrical insulating sections, insofar as these corrosion effects are to be feared. Thus, the release of metal cations is efficiently and sustainably suppressed even in a complex electrolysis system with several sub-stacks of electrolysis cells. The corrosion protection concept of the invention can therefore also be flexibly applied and adapted to electrolysis systems on an industrial scale with a high electrolysis capacity. The electrical insulating sections of the supply lines that are susceptible to corrosion are specifically equipped with a control electrode that protrudes at least partially into the interior of the insulating section, in particular on the anodically acting side. The control electrode partially protrudes inside the insulating portion. Depending on the design and the control efficiency that can be achieved, the control electrode can protrude in the axial direction into the interior of the insulating section by between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, to reduce corrosion by stray current consumption. This can be designed flexibly depending on the local geometry in the area of the connecting line and insulating section and the requirements for corrosion protection.

Als Werkstoff für den elektrischen Isolierabschnitt kann beispielsweise ein Kunststoff, eine Keramik, aber auch ein Metalloxid, wie zum Beispiel Titandioxid, Aluminiumoxid und/oder dergleichen, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch ein Verbundwerkstoff vorgesehen sein, der beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann, der zum Beispiel faserverstärkt sein kann. Natürlich können auch nahezu beliebige Kombinationen hiervon vorgesehen sein, die vorzugsweise derart gewählt sind, dass eine chemische Reaktion mit dem jeweils zuzuführenden Betriebsstoff im Wesentlichen vermieden ist.A plastic, a ceramic, but also a metal oxide such as, for example, titanium dioxide, aluminum oxide and/or the like can be provided as the material for the electrically insulating section. In addition, a composite material can also be provided, which can be formed from a plastic, for example, which can be fiber-reinforced, for example. Of course, almost any combination of these can also be provided, which preferably are selected in such a way that a chemical reaction with the fuel to be supplied in each case is essentially avoided.

Der Werkstoff der Versorgungsleitung weist zumindest Metall auf. Das Metall kann zum Beispiel ein Stahl, insbesondere ein Edelstahl, sein. Darüber hinaus kann natürlich auch ein anderes Metall, beispielsweise Titan oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Natürlich können auch entsprechende Metalllegierungen vorgesehen sein.The material of the supply line has at least metal. The metal can, for example, be steel, in particular stainless steel. In addition, another metal, for example titanium or the like, can of course also be used. Appropriate metal alloys can of course also be provided.

Die elektrische Energiequelle der Elektrolyseanlage kann beispielsweise eine beliebige Spannungsquelle oder auch Stromquelle sein, die eine ausreichende Leistung für die Durchführung der Elektrolyse durch die Elektrolysezellen bereitzustellen vermag. Eine Elektrolyseleistung kann bei einer spezifischen Flächenstromdichte abhängig von den Abmessungen der jeweiligen Elektrolysezelle, insbesondere ihrer elektrolysetechnisch wirksamen Bereiche, bestimmt sein.The electrical energy source of the electrolysis system can be, for example, any voltage source or current source that is able to provide sufficient power for the electrolysis to be carried out by the electrolysis cells. An electrolysis output can be determined at a specific surface current density as a function of the dimensions of the respective electrolysis cell, in particular of its electrolysis-technically effective areas.

Die Versorgungsleitungen weisen eine Durchgangsöffnung mit einem geeigneten Innendurchmesser beziehungsweise Querschnitt auf, um den jeweiligen Betriebsstoff möglichst verlustfrei zu den Elektrolysezellen hinführen zu können und/oder möglichst verlustfrei von den jeweiligen Elektrolysezellen beziehungsweise den Teilstapeln abführen zu können.The supply lines have a through-opening with a suitable inside diameter or cross-section in order to be able to lead the respective fuel to the electrolysis cells with as little loss as possible and/or to be able to remove it from the respective electrolysis cells or the sub-stacks with as little loss as possible.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ist die Steuerelektrode derart angeordnet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff, ein Streustrom in der Versorgungsleitung über die Steuerelektrode durch deren anodische Wirkung ableitbar ist.In a further preferred embodiment of the electrolysis system, the control electrode is arranged in such a way that, in normal operation when the fuel is supplied, a stray current in the supply line can be derived via the control electrode due to its anodic effect.

Die anodenseitige elektrische Anbindung und Wirkung der Steuerelektrode ist besonders effizient und damit vorteilhaft, da im Bereich der anodischen Seite der an den Isolierabschnitt angrenzenden Versorgungsleitung die Freisetzung von Metall-Kationen aufgrund von Streuströmen besonders korrosiv und damit schädigend ist.The anode-side electrical connection and effect of the control electrode is particularly efficient and therefore advantageous, since metal cations are released in the area of the anodic side of the supply line adjoining the insulating section is particularly corrosive and therefore damaging due to stray currents.

In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuerelektrode drahtförmig, stabförmig oder gitterförmig ausgestaltet. Im Prinzip stehen vielfältige geometrische Ausgestaltungen und Materialzusammensetzungen flexibel zur Verfügung. Die Steuerelektrode aus einem Metalldraht auszuführen und/oder mit stab- oder gitterförmiger Geometrie ist besonders vorteilhaft aufgrund der guten lokalen Anpassbarkeit im Einbauzustand und des geringen Strömungswiderstands, den die Steuerelektrode im Betrieb im Innern des Isolierabschnitts dem in der Versorgungsleitung geförderten Betriebsstoff noch entgegensetzt. Es ist auch möglich, dass die Steuerelektrode aus einem zylinderförmigen oder becherförmigen Drahtgeflecht ausgestaltet ist. Hierdurch wird eine größere effektive Fläche der Steuerelektrode über den Innenquerschnitt der Versorgungsleitung bereitgestellt, um schädigende korrosionsfördernde Streuströme praktisch vollständig abzuleiten bzw. zu unterbinden. Gleichzeitig ist durch diese Geometrie ein ausreichend geringer Strömungswiderstand der elektrischen Steuerelektrode gegenüber der Förderung des Betriebsstoffs im Inneren der Versorgungsleitung sichergestellt.In a preferred embodiment, the control electrode is wire-shaped, rod-shaped or grid-shaped. In principle, a variety of geometric configurations and material compositions are flexibly available. Designing the control electrode from a metal wire and/or with a rod or lattice geometry is particularly advantageous due to the good local adaptability when installed and the low flow resistance that the control electrode still opposes to the fuel conveyed in the supply line during operation inside the insulating section. It is also possible for the control electrode to be configured from a cylindrical or cup-shaped wire mesh. As a result, a larger effective area of the control electrode is provided over the internal cross section of the supply line in order to practically completely divert or prevent damaging, corrosion-promoting stray currents. At the same time, this geometry ensures that the electrical control electrode has a sufficiently low flow resistance to the conveyance of the fuel inside the supply line.

Weiterhin bevorzugt weist die Steuerelektrode ein mit einem Katalysatormaterial beschichtetes Trägermetall hoher Leitfähigkeit, insbesondere Titan, auf.Furthermore, the control electrode preferably has a carrier metal of high conductivity, in particular titanium, coated with a catalyst material.

So kann etwa der Grundkörper der Steuerelektrode ein oxidationsbeständiges Material hoher Leitfähigkeit aufweisen oder aus diesem zusammengesetzt sein. Hier bietet sich Titan vorzugsweise an. So kann etwa auch ein Titan-Streckmetall als Träger oder Grundkörper der Steuerelektrode fungieren oder wie beschrieben, die stabförmige oder drahtförmige Ausgestaltung. Auf diesen Grundkörper ist das Katalysatormaterial aufgebracht. Des Katalysatormaterial der Beschichtung ist dabei bevorzugt so gewählt, dass es beispielsweise die elektrochemische Zersetzung von Wasser in Protonen und Sauerstoff begünstigt.For example, the base body of the control electrode can have or be composed of an oxidation-resistant material of high conductivity. Titanium is the preferred option here. For example, a titanium expanded metal can also function as a carrier or base body of the control electrode or, as described, the rod-shaped or wire-shaped configuration. The catalyst material is applied to this base body. The catalyst material of the coating is preferably chosen so that it, for example, the electrochemical Favors decomposition of water into protons and oxygen.

In bevorzugter Ausgestaltung weist das Katalysatormaterial ein Edelmetalloxid auf. Weiter bevorzugt enthält die Beschichtung der Steuerelektrode ein Katalysatormaterial, welches ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ruthenium aufweist.In a preferred embodiment, the catalyst material has a noble metal oxide. More preferably, the coating of the control electrode contains a catalyst material which has a mixed oxide comprising iridium and/or ruthenium.

Somit kann beispielsweise eine Steuerelektrode auf Titanbasis in Form einer Titan-Mischoxid-Anode zum Einsatz kommen, mit einem Träger aus Titan, der mit einer Mischoxid-Schicht aktiviert wird. Die Schichten bestehen vorwiegend aus Edelmetalloxiden der Platinmetallgruppe mit anderen Dotierungen, so dass so genannte Metall-Mischoxid-Anoden (MMO) gebildet sind.Thus, for example, a titanium-based control electrode in the form of a titanium mixed-oxide anode can be used, with a titanium carrier that is activated with a mixed-oxide layer. The layers mainly consist of noble metal oxides from the platinum metal group with other dopings, so that so-called metal mixed oxide anodes (MMO) are formed.

Es können je nach Anforderung als anodisch wirkende Steuerelektrode in dem Isolierabschnitt der Elektrolyseanlage, beispielsweise auch eine MMO-Anode Anwendung findet, wie sie für ein elektrophoretisches Beschichtungsverfahren verwendet werden. Bevorzugt basieren diese auf einer Iridium-Tantal-Aktivierung, 12,5 g Iridium pro qm, etwa Titanstreckmetall Typ A, beispielsweise mit einem Befestigungselement, etwa in Form eines angeschweißten Hakens realisiert, zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung der Steuerelektrode an der anodischen Seite der Versorgungsleitung.Depending on the requirement, an MMO anode, for example, such as is used for an electrophoretic coating process, can also be used as an anodically acting control electrode in the insulating section of the electrolysis system. These are preferably based on an iridium-tantalum activation, 12.5 g iridium per square meter, such as titanium expanded metal type A, for example realized with a fastening element, for example in the form of a welded hook, for fastening and electrical contacting of the control electrode on the anodic side of the supply line .

Als Werkstoff für den elektrischen Isolierabschnitt kann beispielsweise ein Kunststoff, eine Keramik, aber auch ein Metalloxid, wie zum Beispiel Titandioxid, Aluminiumoxid und/oder dergleichen, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch ein Verbundwerkstoff vorgesehen sein, der beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann, der zum Beispiel faserverstärkt sein kann. Natürlich können auch nahezu beliebige Kombinationen hiervon vorgesehen sein, die vorzugsweise derart gewählt sind, dass eine chemische Reaktion mit dem jeweils zuzuführenden Betriebsstoff im Wesentlichen vermieden ist.A plastic, a ceramic, but also a metal oxide such as, for example, titanium dioxide, aluminum oxide and/or the like can be provided as the material for the electrically insulating section. In addition, a composite material can also be provided, which can be formed from a plastic, for example, which can be fiber-reinforced, for example. Of course, almost any combination of these can also be provided, which are preferably selected in such a way that a chemical reaction with the respective fuel to be supplied is essentially avoided.

Der Werkstoff der Versorgungsleitung weist zumindest Metall auf. Das Metall kann zum Beispiel ein Stahl, insbesondere ein Edelstahl, sein. Darüber hinaus kann auch ein anderes Metall, beispielsweise Titan oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Natürlich können auch entsprechende Metalllegierungen vorgesehen sein.The material of the supply line has at least metal. The metal can, for example, be steel, in particular stainless steel. In addition, another metal, for example titanium or the like, can also be used. Appropriate metal alloys can of course also be provided.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Elektrolyseanlage sind die den jeweiligen Isolierabschnitten zugewandten jeweiligen Enden der Teilstapel gegenüber den Elektrolysezellen elektrisch isoliert.In a particularly advantageous embodiment of the electrolysis system, the respective ends of the partial stacks facing the respective insulating sections are electrically insulated from the electrolysis cells.

Dadurch kann erreicht werden, dass in dem Bereich zwischen Isolierabschnitt und jeweiligem Ende des Teilstapels der Korrosionseffekt weitgehend vermieden wird. Die Wirkung der Erfindung kann dadurch weiter verbessert werden.It can thereby be achieved that the corrosion effect is largely avoided in the region between the insulating section and the respective end of the partial stack. The effect of the invention can thereby be further improved.

In bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ist die Zellenversorgungseinheit zumindest mittelbar elektrisch geerdet. Durch die Erdung kann die Zellenversorgungseinheit mit den mit der Zellenversorgungseinheit elektrisch gekoppelten Versorgungsleitungen auf ein vorgegebenes Bezugspotential gelegt werden. Hierdurch kann zugleich auch das negative Potential der elektrischen Energiequelle, welches über die Versorgungsleitungen mit der Zellenversorgungseinheit elektrisch gekoppelt ist, ebenso mittelbar zumindest geerdet sein. Anders als im Stand der Technik ist somit der aus den Teilstapeln gebildete Zellenstapel gegenüber dem Erdpotential auf einem definierten elektrischen Potential und somit nicht mehr schwimmend potentialbehaftet. Somit kann hierdurch eine definierte elektrische Potentialdifferenz beziehungsweise elektrische Spannung an den jeweiligen elektrischen Isolierabschnitten erreicht werden. Dies erlaubt es, die Zuverlässigkeit der Funktion der Erfindung weiter zu verbessern.In a preferred configuration of the electrolysis system, the cell supply unit is at least indirectly electrically grounded. Due to the grounding, the cell supply unit with the supply lines electrically coupled to the cell supply unit can be connected to a predetermined reference potential. As a result, the negative potential of the electrical energy source, which is electrically coupled to the cell supply unit via the supply lines, can also be at least grounded indirectly. In contrast to the prior art, the cell stack formed from the sub-stacks is therefore at a defined electrical potential with respect to ground potential and is therefore no longer subject to floating potential. A defined electrical potential difference or electrical voltage can thus be achieved at the respective electrical insulating sections. This allows the reliability of the function of the invention to be further improved.

Weiterhin wird in vorteilhafter Ausführung vorgeschlagen, dass die Erdung eine Opferanode und/oder eine Spannungsquelle aufweist, mittels welcher die Zellenversorgungseinheit mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Dadurch kann ein "kathodischer Korrosionsschutz" erreicht werden. Wird eine Spannungsquelle genutzt, kann das negative elektrische Potential der Spannungsquelle mit der Zellenversorgungseinheit und mit den an sie angeschlossenen Versorgungsleitungen elektrisch verbunden sein. Das negative elektrische Potential der Spannungsquelle ist dabei vorzugsweise zugleich entsprechend geerdet. Für eine gute Funktion des auf diese Weise realisierten Korrosionsschutzes kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle eine elektrische Spannung in einem Bereich von etwa -2 V bis etwa 0 Volt in Bezug auf das Erdpotential bereitstellt. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn diese elektrische Spannung in einem Bereich von etwa -1 V bis etwa -0,8 V gewählt ist. Mit einer in diesem Bereich gewählten elektrischen Spannung kann eine Korrosion von zum Beispiel Edelstahl auch unter maritimen Bedingungen, insbesondere bei Off-Shore-Anwendungen, vermieden werden. Insbesondere kann hierdurch eine äußere Korrosionserscheinung reduziert beziehungsweise verhindert werden.Furthermore, in an advantageous embodiment, it is proposed that the grounding be a sacrificial anode and/or a voltage source has, by means of which the cell supply unit can be subjected to an electrical potential which is negative with respect to the ground potential. In this way, "cathodic protection against corrosion" can be achieved. If a voltage source is used, the negative electrical potential of the voltage source can be electrically connected to the cell supply unit and to the supply lines connected to it. The negative electrical potential of the voltage source is preferably grounded accordingly at the same time. For the corrosion protection implemented in this way to function properly, the voltage source can provide an electrical voltage in a range from approximately −2 V to approximately 0 volts in relation to ground potential. It proves to be particularly advantageous if this electrical voltage is selected in a range from approximately -1 V to approximately -0.8 V. With an electrical voltage selected in this range, corrosion of stainless steel, for example, can also be avoided under maritime conditions, especially in off-shore applications. In particular, an external corrosion phenomenon can be reduced or prevented in this way.

In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die Teilstapel versorgungstechnisch parallel an die Zellenversorgungseinheit angeschlossen. Auf diese Weise kann für die Teilstapel eine gute Versorgung mit dem wenigstens einen Betriebsstoff erreicht werden. Das Versorgen kann ein Zuführen beziehungsweise auch ein Abführen des Betriebsstoffs oder während der Elektrolyse erzeugter Stoffe umfassen.In a particularly advantageous embodiment, the partial stacks are connected in parallel to the cell supply unit in terms of supply. In this way, a good supply of the at least one fuel can be achieved for the sub-stacks. The supply can include supplying or also discharging the fuel or substances produced during the electrolysis.

Um gleichermaßen eine innere Korrosionserscheinung zu reduzieren beziehungsweise zu vermeiden, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass eine weitere Elektrode nach Art einer Gegenelektrode für den kathodischen Korrosionsschutz im Bereich der Zellenversorgungseinheit angeordnet ist. Die innere Korrosionserscheinung bezieht sich insbesondere auf Korrosionseffekte innerhalb der Elektrolyseanlage, besonders innerhalb der Zellenversorgungseinheit. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Titan-Elektrode, beziehungsweise Titan-Anode, handeln, die mit einem Mischoxid beschichtet sein kann. Vorzugsweise ist die auf diese Weise gebildete Anode in einer Flüssigphase eines Sauerstoffabscheidebehälters der Zellenversorgungseinheit angeordnet.In order to equally reduce or avoid an internal corrosion phenomenon, provision can preferably be made for a further electrode to be arranged in the manner of a counter-electrode for cathodic protection against corrosion in the area of the cell supply unit. The internal corrosion phenomenon refers in particular to corrosion effects within the electrolysis plant, especially within the cell supply unit. For example, it can be This is a titanium electrode or titanium anode, which can be coated with a mixed oxide. Preferably, the anode formed in this way is arranged in a liquid phase of an oxygen separation tank of the cell supply unit.

Besonders vorteilhaft sind die Teilstapel versorgungstechnisch parallel an die Zellenversorgungseinheit angeschlossen. Auf diese Weise kann für die Teilstapel eine gute Versorgung mit dem wenigstens einen Betriebsstoff erreicht werden. Das Versorgen kann ein Zuführen beziehungsweise auch ein Abführen des Betriebsstoffs oder während der Elektrolyse erzeugter Stoffe umfassen.The partial stacks are particularly advantageously connected in parallel to the cell supply unit in terms of supply. In this way, a good supply of the at least one fuel can be achieved for the sub-stacks. The supply can include supplying or also discharging the fuel or substances produced during the electrolysis.

Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations without departing from the scope of the invention .

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungsweise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungsbeispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung ergänzt sein.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. The features and combinations of features specified above in the description and also the features and combinations of features mentioned in the following description of exemplary embodiments and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations. The invention therefore also includes or is to be regarded as disclosed embodiments which are not explicitly shown and explained in the figures, but which result from the explained embodiments and can be generated by means of separate combinations of features. The features, functions and/or effects illustrated with reference to the exemplary embodiments can in each case be individual features, functions and/or effects that are to be considered independently of one another Represent effects of the invention, which also develop the invention independently of one another. Therefore, the exemplary embodiments are also intended to include combinations other than those in the illustrated embodiments. In addition, the described embodiments can also be supplemented by further features, functions and/or effects of the invention that have already been described.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merkmale beziehungsweise Funktionen.In the figures, the same reference symbols designate the same features or functions.

Es zeigen:

FIG 1: in einer schematischen Blockdarstellung eine Elektrolyseanlage zur Elektrolyse von Wasser;
FIG 2: eine schematische Schnittdarstellung einer Versorgungsleitung der Elektrolyseanlage gemäß FIG 1 im Bereich eines Isolierabschnitts;
FIG 3: eine schematische Schnittdarstellung einer Versorgungsleitung der Elektrolyseanlage gemäß FIG 1 im Bereich des Isolierabschnitts mit einer Steuerelektrode;
FIG 4: eine schematische Blockdarstellung einer weiteren Elektrolyseanlage zum Elektrolysieren von Wasser, bei der ein Zellenstapel in vier Teilstapel aufgeteilt ist.

Show it:

FIG 1: in a schematic block diagram, an electrolysis system for the electrolysis of water;
FIG 2: a schematic sectional view of a supply line of the electrolysis system according to FIG FIG 1 in the area of an insulating section;
3: a schematic sectional view of a supply line of the electrolysis system according to FIG FIG 1 in the area of the insulating section with a control electrode;
FIG 4: a schematic block diagram of another electrolysis system for the electrolysis of water, in which a cell stack is divided into four sub-stacks.

FIG 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine Elektrolyseanlage 10, die einen Zellenstapel 54 aufweist, der eine Mehrzahl von Elektrolysezellen 12 aufweist, die in einer Stapelrichtung 14 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Elektrolysezellen 12 dienen vorliegend dazu, auf elektrochemischem Wege Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff zu zersetzen. Die Elektrolyseanlage 10 dient daher vorliegend der Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser. FIG 1 shows in a schematic block diagram an electrolysis system 10 which has a cell stack 54 which has a plurality of electrolysis cells 12 which are arranged one after the other in a stacking direction 14 . In the present case, the electrolytic cells 12 are used to electrochemically decompose water into its components, oxygen and hydrogen. The electrolysis system 10 is therefore used in the present case to generate hydrogen and oxygen from water.

Die Elektrolysezellen 12 sind vorliegend unmittelbar benachbart zueinander angeordnet, sodass sich jeweilige Elektroden der benachbart angeordneten Elektrolysezellen 12 elektrisch kontaktieren können. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils eine Anode einer ersten der Elektrolysezellen 12 eine Kathode, der jeweils unmittelbar benachbart angeordneten zweiten Elektrolysezelle 12 elektrisch kontaktiert. Dadurch sind die Elektrolysezellen 12 elektrisch in Reihe geschaltet.In the present case, the electrolysis cells 12 are arranged directly adjacent to one another, so that respective electrodes of the electrolysis cells 12 arranged adjacent can make electrical contact with one another. It is provided that in each case an anode of a first of the electrolytic cells 12 makes electrical contact with a cathode of the second electrolytic cell 12 which is arranged immediately adjacent in each case. As a result, the electrolytic cells 12 are electrically connected in series.

Über eine nicht weiter dargestellte innere Versorgungsstruktur des Zellenstapels 54 werden die Elektrolysezellen 12 einerseits mit zu elektrolysierendem Wasser versorgt und andererseits Ableitungen für die produzierten Stoffe Wasserstoff und Sauerstoff bereitgestellt. Diese Versorgung ist an jeweils gegenüberliegenden Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 anschließbar ausgebildet.The electrolytic cells 12 are supplied with water to be electrolyzed on the one hand and discharges for the produced substances hydrogen and oxygen are provided on the other hand via an internal supply structure of the cell stack 54 that is not shown in any more detail. This supply can be connected to opposite ends 20, 22 of the cell stack 54 in each case.

An den Enden 20, 22 ist ferner über eine elektrische Leitung 52 eine elektrische Energiequelle 16 angeschlossen, die vorliegend eine geeignete elektrische Spannung mit einer geeigneten elektrischen Leistung bereitstellt, sodass die Elektrolysezellen 12 für den bestimmungsgemäßen Betrieb ausreichend mit elektrischer Energie versorgt werden können.An electrical energy source 16 is also connected to the ends 20, 22 via an electrical line 52, which in the present case provides a suitable electrical voltage with a suitable electrical output, so that the electrolytic cells 12 can be supplied with sufficient electrical energy for normal operation.

Die Elektrolyseanlage 10 umfasst ferner eine Zellenversorgungseinheit 18, die dem Versorgen der Elektrolysezellen 12 beziehungsweise des Zellenstapels 54 mit den jeweiligen Betriebsstoffen dient, welche vorliegend das Zuführen von Wasser und das Abführen von Wasserstoff und Sauerstoff betreffen. Für das Abführen der Produkte eine Ableitung 46 für Wasserstoff sowie eine weitere Ableitung 48 für den Sauerstoff bei der Zellenversorgungseinheit 18 vorgesehen. Für die Zufuhr von Wasser als Edukt der Elektrolyse ist eine entsprechende Zuführung 50 für Wasser an die Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen. Die Zellenversorgungseinheit 18 umfasst des Weiteren mehrere Komponenten, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektrolyseanlage 10 erforderlich sind, wie zum Beispiel Pumpen, Wärmetauscher, Abscheidebehälter und/oder dergleichen, die hier jedoch nicht weiter dargestellt sind. Die Zellenversorgungseinheit 18 ist mit dem Zellenstapel 54 versorgungstechnisch über Versorgungsleitungen 24 verbunden, die an die Zellenversorgungseinheit 18 und die gegenüberliegenden Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 angeschlossen sind. Die Versorgungsleitungen 24 koppeln somit fluidtechnisch die Versorgungsstruktur des Zellenstapels 54. Die Versorgungsleitungen 24 sind vorliegend aus einem Metall wie Edelstahl gebildet.The electrolysis system 10 also includes a cell supply unit 18, which is used to supply the electrolysis cells 12 or the cell stack 54 with the respective operating materials, which in the present case relate to the supply of water and the removal of hydrogen and oxygen. A discharge line 46 for hydrogen and a further discharge line 48 for the oxygen are provided in the cell supply unit 18 for discharging the products. A corresponding feed 50 for water is connected to the cell supply unit 18 for the supply of water as a reactant of the electrolysis. The cell supply unit 18 also includes a number of components that are required for the intended operation of the electrolysis system 10 are, such as pumps, heat exchangers, separator tanks and/or the like, which, however, are not further illustrated here. The cell supply unit 18 is supply-connected to the cell stack 54 via supply lines 24 which are connected to the cell supply unit 18 and the opposite ends 20, 22 of the cell stack 54. The supply lines 24 thus fluidly couple the supply structure of the cell stack 54. In the present case, the supply lines 24 are formed from a metal such as stainless steel.

Um durch die aus Metall gebildeten Versorgungsleitungen 24 einen Kurzschluss zwischen den Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 zu vermeiden, weist jede der Versorgungsleitungen 24 einen elektrischen Isolierabschnitt 38 auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass die Enden 20, 22 elektrisch isoliert von der Zellenversorgungseinheit 18 und damit auch elektrisch isoliert voneinander ausgebildet sind. Die Versorgungsleitungen 24 befinden sich außerhalb des Zellenstapels 54.In order to avoid a short circuit between the ends 20, 22 of the cell stack 54 caused by the metal supply lines 24, each of the supply lines 24 has an electrically insulating section 38. This ensures that the ends 20, 22 are designed to be electrically insulated from the cell supply unit 18 and thus also electrically insulated from one another. The supply lines 24 are located outside of the cell stack 54.

Die Isolierabschnitte 38 sind vorliegend im Wesentlichen aus einem elektrischen Isolationsmaterial gebildet, welches zum Beispiel ein geeigneter Keramikwerkstoff oder auch ein geeigneter Kunststoff beziehungsweise Verbundwerkstoff sein kann.In the present case, the insulating sections 38 are essentially formed from an electrical insulating material, which can be, for example, a suitable ceramic material or also a suitable plastic or composite material.

FIG 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer der Versorgungsleitungen 24 aus FIG 1 im Bereich des Isolierabschnitts 38. In FIG 2 ist die Versorgungsleitung 24 mit einem ersten Bereich 58 dargestellt, der dem Ende 22 des Zellenstapels 54 zugewandt ist, wohingegen ein gegenüberliegender zweiter Bereich 56 der Zellenversorgungseinheit 18 zugewandt ist. Die Bereiche 56 und 58 sind durch den Isolierabschnitt 38 elektrisch voneinander getrennt. Diese Anordnung ist insgesamt fluiddicht ausgebildet und weist einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser 62 auf, durch welchen das entsprechende Fluid geführt werden kann, welches in diesem Fall Wasser ist. FIG 2 FIG. 12 shows a schematic sectional view of one of the supply lines 24. FIG FIG 1 in the area of the insulating section 38. In FIG 2 the supply line 24 is shown with a first region 58 which faces the end 22 of the cell stack 54 , whereas an opposite second region 56 faces the cell supply unit 18 . The areas 56 and 58 are electrically isolated from one another by the insulating section 38 . This arrangement is designed to be fluid-tight overall and has an essentially constant inner diameter 62 through which the corresponding fluid can be guided, which in this case is water.

Aufgrund der am elektrischen Isolierabschnitt 38 anliegenden elektrischen Spannung findet eine Korrosion in einem Bereich 64 statt. Dies kann dadurch als begründet angesehen werden, dass im Bereich eines Übergangs vom Bereich 56 zum elektrischen Isolationsabschnitt 38 durch Elektronenaufnahme aus dem Metall der Wand der Versorgungsleitung 24 in das Wasser, welches im Innendurchmesser 62 strömt, negative Hydroxidionen gebildet werden, die aufgrund des elektrischen Felds zum Bereich 58 geführt werden und dort mit dem Metall der Wand der Versorgungsleitung 24 elektrochemisch reagieren, wie in FIG 2 dargestellt. Dadurch korrodiert die Wand der Versorgungsleitung 24 in diesem Bereich 64. Das ist unerwünscht und für den Betrieb der Elektrolyseanlage nachteilig für die Standzeiten.Corrosion occurs in a region 64 due to the electrical voltage applied to the electrical insulating section 38 . This can be considered to be due to the fact that negative hydroxide ions are formed in the area of a transition from area 56 to the electrical insulation section 38 due to electron absorption from the metal of the wall of the supply line 24 into the water flowing in the inner diameter 62, which is caused by the electric field are conducted to region 58 and there react electrochemically with the metal of the wall of supply line 24, as in FIG FIG 2 shown. As a result, the wall of the supply line 24 corrodes in this area 64. This is undesirable and disadvantageous for the operation of the electrolysis system with regard to the service life.

Für diese Art der Korrosion ist zu bedenken, dass über die elektrischen Isolierabschnitte 38 in der Regel im bestimmungsgemäßen Betrieb eine Gleichspannung in einem Bereich von mehreren hundert Volt anliegen kann. Dadurch kann im Bereich des elektrischen Isolierabschnitts 38 im Bereich 56 ein Elektronenüberschuss und im Bereich 58 ein Elektronenmangel entstehen. Aufgrund der Größe der elektrischen Spannung am elektrischen Isolierabschnitt 38 finden aus thermodynamischer Sicht Elektrodenreaktionen, wie zuvor erläutert, statt. Zwar kann durch Reduzierung der elektrischen Spannung der Korrosionseffekt zeitlich gestreckt werden, also kinetisch gehemmt werden, jedoch kann er dadurch nicht vollständig unterbunden werden. Auch eine Verlängerung der Isolationsstrecke mittels des elektrischen Isolierabschnitts 38 oder eine Reduzierung im Innendurchmesser 62 können lediglich den Korrosionseffekt hinsichtlich seiner Wirkung hemmen, jedoch nicht vermeiden.For this type of corrosion, it must be considered that a DC voltage in the range of several hundred volts can generally be present across the electrical insulating sections 38 during normal operation. This can result in an excess of electrons in the area 56 and in the area 58 an electron deficiency in the area of the electrical insulating section 38 . From a thermodynamic point of view, due to the magnitude of the electrical voltage at the electrical insulating section 38, electrode reactions take place as previously explained. Although the corrosion effect can be extended over time by reducing the electrical voltage, i.e. kinetically inhibited, it cannot be completely prevented. An extension of the insulating distance by means of the electrical insulating section 38 or a reduction in the inner diameter 62 can only inhibit the effect of the corrosion, but cannot prevent it.

Im Bereich 56 kann der hierbei gebildete Wasserstoff im Wasser gelöst oder auch in Form von feinsten Bläschen vorliegen und mit dem Wasser abtransportiert werden. Die produzierten Mengen sind dabei in der Regel so gering, dass vom Wasserstoff selbst keine störenden Wirkungen ausgehen.In the area 56, the hydrogen formed in this way can be dissolved in the water or it can also be present in the form of very small bubbles and be transported away with the water. The quantities produced are usually so small that the hydrogen itself does not have any disruptive effects.

In Bezug auf die Hydroxidionen, die im Wasser in gelöster Form vorliegen, trifft dies jedoch nicht zu. Sie tendieren wegen ihrer negativen Ladung und der Richtung des elektrischen Felds im Bereich des elektrischen Isolierabschnitts 38 dazu, vom Bereich 56 zum Bereich 58 zu wandern. In diesem Bereich 58 wird dann das metallische Material der Versorgungsleitung 24 oxidativ zersetzt. In FIG 2 ist diese Zersetzung für den Fall dargestellt, dass die Versorgungsleitung 24 aus Edelstahl gebildet ist. Diese Wirkung ist jedoch nicht auf Stahl begrenzt, sondern kann nahezu bei jedem anderen beliebigen metallischen Werkstoff auftreten.However, this is not the case with regard to the hydroxide ions, which are present in dissolved form in the water. They tend to migrate from region 56 to region 58 because of their negative charge and the direction of the electric field in the region of the electrically insulating portion 38 . In this area 58, the metallic material of the supply line 24 is then decomposed by oxidation. In FIG 2 this decomposition is shown for the case that the supply line 24 is made of stainless steel. However, this effect is not limited to steel, but can occur with almost any other metallic material.

Neben dem Freisetzen von Eisen als Kation Fe³⁺ können aber auch weitere Metalle, wie sie im Stahl vorhanden sein können, aufgelöst werden. Hierbei können weitere Kationen gebildet werden. Wegen deren positiver Ladung haben die Metall-Kationen die Tendenz, in Gegenrichtung der Hydroxidionen zu wandern. Dies kann dazu führen, dass aus den Metall-Kationen, insbesondere, wenn es sich um Eisen-Ionen handelt, und den Hydroxidionen sogenanntes Rouging entstehen. Rouging meint feinste eisenhaltige Partikel, die sich in den Versorgungsleitungen 24 und den Komponenten der Elektrolyseanlage 10 verteilen können. Sie können vor allem in den Versorgungsleitungen 24, in denen ebenfalls Wasserstoff geführt wird, beobachtet werden. Gelangt dieses Rouging in den sauerstoffführenden Teil der Elektrolyseanlage 10, kann sich das Rouging wieder unter Bildung von Ionen auflösen.In addition to the release of iron as the cation Fe ³⁺ , other metals that may be present in the steel can also be dissolved. In this way, further cations can be formed. Because of their positive charge, the metal cations tend to migrate in the opposite direction to the hydroxide ions. This can lead to so-called rouging arising from the metal cations, especially when it comes to iron ions, and the hydroxide ions. Rouging means the finest iron-containing particles that can be distributed in the supply lines 24 and the components of the electrolysis system 10 . They can be observed above all in the supply lines 24, in which hydrogen is also carried. If this rouging gets into the oxygen-carrying part of the electrolysis system 10, the rouging can dissolve again with the formation of ions.

Unter anderem können dann Kationen von der Sauerstoffseite aus in die Elektrolysezellen 12 gelangen und sich dort anreichern. Dieser Vorgang kann zu höheren Zellspannungen und damit sinkender Effizienz der Elektrolyseanlage 10 führen. Weiterhin können schädigende Mechanismen für die Elektrolysezellen 12 mit diesen Kationen in Verbindung gebracht werden. Beispielsweise kann an den Elektroden gebildetes Wasserstoffperoxid bei Kontakt mit Metallionen in Radikale umgewandelt werden, welche eine Membranstruktur der Elektrolysezellen 12 chemisch angreifen und so die Standzeit der Elektrolysezellen 12 nachteilig beeinträchtigen können.Among other things, cations can then get into the electrolytic cells 12 from the oxygen side and accumulate there. This process can lead to higher cell voltages and thus to reduced efficiency of the electrolysis system 10 . Furthermore, mechanisms damaging to the electrolytic cells 12 can be associated with these cations. For example, hydrogen peroxide formed at the electrodes can be converted into radicals upon contact with metal ions, which can damage a membrane structure of the electrolytic cells 12 attack chemically and so can adversely affect the service life of the electrolytic cells 12.

FIG 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Versorgungsleitung 24, bei der der nachteilige Korrosionseffekt im Bereich des Isolierabschnitts 38, der anhand FIG 2 erläutert wurde, sehr effektiv und nachhaltig vermieden ist. Die in FIG 3 gezeigte Versorgungsleitung 24 ist dabei Teil einer Elektrolyseanlage 10, etwa entsprechend FIG 1 mit einem Isolierabschnitt 38. In FIG 3 ist die Versorgungsleitung 24 mit einem ersten Bereich 58 dargestellt, der dem Ende 22 des Zellenstapels 54 zugewandt ist, wohingegen ein gegenüberliegender zweiter Bereich 56 der Zellenversorgungseinheit 18 zugewandt ist. Die Bereiche 56 und 58 sind durch den Isolierabschnitt 38 elektrisch voneinander getrennt. Diese Anordnung ist insgesamt fluiddicht ausgebildet und weist einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser 62 auf, durch welchen das entsprechende Fluid, der Betriebsstoff, im Inneren der Versorgungsleitung in axialer Richtung geführt werden kann. Das Fluid bzw. der Betriebsstoff ist in diesem Fall Wasser für die Wasserelektrolyse ist. 3 shows a schematic sectional view of a supply line 24, in which the adverse corrosion effect in the area of the insulating section 38, which is based on FIG 2 explained, is avoided very effectively and sustainably. In the 3 Supply line 24 shown is part of an electrolysis system 10, approximately accordingly FIG 1 with an insulating section 38. In 3 the supply line 24 is shown with a first region 58 which faces the end 22 of the cell stack 54 , whereas an opposite second region 56 faces the cell supply unit 18 . The areas 56 and 58 are electrically isolated from one another by the insulating section 38 . This arrangement is designed to be fluid-tight overall and has an essentially constant inner diameter 62 through which the corresponding fluid, the operating substance, can be guided in the axial direction inside the supply line. In this case, the fluid or fuel is water for the water electrolysis.

Die Versorgungsleitung 24 weist einen elektrischen Isolierabschnitt 38 auf mit einer zumindest teilweise in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts 38 hineinragenden Steuerelektrode 6. Die Steuerelektrode 66 ist als Drahtschleife mit einem Grundmaterial aus Titan ausgeführt. Hierdurch ist eine hohe elektrische Leitfähigkeit gegeben. Die Steuerelektrode 66 ist weiterhin mit einem Katalysatormaterial 68 beschichtet, das ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ruthenium aufweist. Das Katalysatormaterial 68 ist auf den Titangrundkörper aufgebracht, so dass eine katalytisch wirkende Schicht auf der Steuerelektrode 66 gebildet ist. Über den die anodische Seite bildenden ersten Bereich 58 der Versorgungsleitung 24 ist die Steuerelektrode 66 elektrisch kontaktiert und auf ein entsprechendes positives Potential gelegt, so dass Streuströme ableitbar sind.The supply line 24 has an electrical insulating section 38 with a control electrode 6 which projects at least partially into the interior of the electrical insulating section 38. The control electrode 66 is designed as a wire loop with a base material made of titanium. This results in high electrical conductivity. The control electrode 66 is also coated with a catalyst material 68 which has a mixed oxide comprising iridium and/or ruthenium. The catalyst material 68 is applied to the titanium base body so that a catalytically active layer is formed on the control electrode 66 . Electrical contact is made with the control electrode 66 via the first region 58 of the supply line 24, which forms the anodic side, and is set to a corresponding positive potential, so that stray currents can be derived.

Die Steuerelektrode 66 ist derart angeordnet und ausgerichtet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff, vorliegend Wasser, für die Wasserelektrolyse, ein unerwünschter Streustrom in der Versorgungsleitung 24 über die Steuerelektrode 66 durch deren anodische Wirkung abgeleitet wird. Anodenseitig, d.h. im Bereich 58 fließt der Streustrom dann nicht mehr in schädigender Weise über das Material der Versorgungsleitung 24 ab, sondern stattdessen über die Steuerelektrode 66. Durch das Katalysatormaterial 68 wird dabei eine katalytische Wirkung der Steuerelektrode 66 erreicht, der die elektrochemische Zerlegung des Wassers in Sauerstoff und Protonen begünstigt. Dadurch, dass die Steuerelektrode merklich, im Beispiel etwa zwischen etwa 50% und 60% der Axialausdehnung des Isolierabschnitts 38, in das Innere desselben hineinreicht, fließt nun der Streustrom auf der anodischen Seite im Bereich 58 über die Steuerelektrode 66 ab. Weiterhin begünstigt die katalytische Beschichtung mit dem Katalysatormaterial 68 die Sauerstoffbildung an der Steuerelektrode 66, da die Überspannung für diese elektrokatalytisch gewünschte Reaktion gezielt herabgesetzt wird. Da die Streuströme verhältnismäßig klein sind, sind die dabei entstehenden Sauerstoffmengen recht gering und beeinträchtigen den Betrieb nicht, jedenfalls solange diese Sauerstoffmengen sich nicht in dem Isolierabschnitt 38 oder in den angrenzenden Bereichen 56, 58 der Versorgungsleitung 24 ansammeln können. Dies ist aber vorliegend sichergestellt, da die Überspannung während des Betriebs der Elektrolyseanlage 10 der Isolierabschnitt 38 im Inneren von Wasser durchströmt wird. Der entsprechend FIG 1 an die Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossene Bereich 56 der Versorgungsleitung 24 wirkt kathodisch, wodurch dort keine Freisetzung von Metallionen zu erwarten ist.The control electrode 66 is arranged and aligned in such a way that, during normal operation, when the fuel, in this case water, for the water electrolysis is supplied, an undesirable stray current in the supply line 24 is diverted via the control electrode 66 due to its anodic effect. On the anode side, i.e. in area 58, the stray current then no longer flows in a damaging manner via the material of the supply line 24, but instead via the control electrode 66. The catalyst material 68 achieves a catalytic effect on the control electrode 66, which promotes the electrochemical decomposition of the water favored in oxygen and protons. Due to the fact that the control electrode reaches noticeably, in the example between about 50% and 60% of the axial extension of the insulating section 38 , into the interior thereof, the stray current now flows on the anodic side in the area 58 via the control electrode 66 . Furthermore, the catalytic coating with the catalyst material 68 promotes the formation of oxygen at the control electrode 66, since the overvoltage for this electrocatalytically desired reaction is reduced in a targeted manner. Since the stray currents are relatively small, the resulting amounts of oxygen are quite small and do not impair operation, at least as long as these amounts of oxygen cannot accumulate in the insulating section 38 or in the adjacent areas 56, 58 of the supply line 24. However, this is ensured in the present case, since the overvoltage during operation of the electrolysis system 10 causes water to flow through the insulating section 38 on the inside. The accordingly FIG 1 The region 56 of the supply line 24 that is connected to the cell supply unit 18 acts cathodically, which means that no release of metal ions is to be expected there.

Die besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung wird in FIG 4 in einer schematische Blockdarstellung an einer weiteren Elektrolyseanlage 60 zum Elektrolysieren von Wasser illustriert. Bei dieser komplexen Elektrolyseanlage 60 ist der vorgenannte Korrosionseffekt im Bereich des Isolierabschnitts 38, der anhand von FIG 3 erläutert wurde, nachhaltig und sehr effektiv vermieden. Die folgenden Erläuterungen basieren auch auf den bisherigen Erläuterungen zu den FIG 1 und FIG 3, weshalb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.The particularly advantageous application of the invention is FIG 4 illustrated in a schematic block diagram of a further electrolysis system 60 for the electrolysis of water. In this complex electrolytic system 60, the aforementioned corrosion effect is in the area of the insulating section 38, based on 3 was explained, avoided sustainably and very effectively. The following explanations are also based on the previous explanations for the FIG 1 and 3 , which is why reference is also made to the relevant statements.

Wie aus FIG 4 ersichtlich ist, sind die Elektrolysezellen 12 in vier Teilstapel 26, 28, 30, 32 angeordnet. Jeder der vier Teilstapel 26, 28, 30, 32 ist mittels zweier an die Zellenversorgungseinheit 18 und an einem ersten Ende 20 des jeweiligen Teilstapels 26, 28, 30, 32 angeschlossenen ersten Versorgungsleitungen 24 und zweier an die Zellenversorgungseinheit 18 und an einem dem ersten Ende 20 in Stapelrichtung 14 gegenüberliegenden zweiten Ende 22 des jeweiligen Teilstapels 26, 28, 30, 32 angeschlossenen zweiten Versorgungsleitungen 24 mit der Zellenversorgungseinheit 18 verbunden. Für die Zellenversorgungseinheit 18 gelten im Wesentlichen die Ausführungen zu den FIG 1 und 2.How out FIG 4 As can be seen, the electrolytic cells 12 are arranged in four partial stacks 26, 28, 30, 32. Each of the four sub-stacks 26, 28, 30, 32 is connected to the cell supply unit 18 and at a first end 20 of the respective sub-stack 26, 28, 30, 32 by means of two first supply lines 24 and two to the cell supply unit 18 and at the first end 20 in the stacking direction 14 opposite second end 22 of the respective sub-stack 26, 28, 30, 32 connected second supply lines 24 are connected to the cell supply unit 18. For the cell supply unit 18 essentially apply to the statements FIG 1 and 2 .

Die erste Versorgungsleitung 24, die an dem ersten Ende 20 desjenigen Teilstapels 26 angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energiequelle 60 gekoppelt ist, ist elektrisch leitend an die Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen. Dadurch ist genau dieses erste Ende 20 des Teilstapels 26 elektrisch unmittelbar mit der Zellenversorgungseinheit 18 verbunden. Alle anderen Versorgungsleitungen 24 weisen jeweilige elektrische Isolierabschnitte 38 auf.The first supply line 24, which is connected to the first end 20 of that partial stack 26 which is coupled to a negative electrical potential 34 of the electrical energy source 60, is electrically conductively connected to the cell supply unit 18. As a result, precisely this first end 20 of the partial stack 26 is electrically connected directly to the cell supply unit 18 . All other supply lines 24 have respective electrical insulating sections 38 .

Vorliegend ist vorgesehen, dass die Anzahl der jeweiligen Elektrolysezellen 12 der Teilstapel 26, 28, 30, 32 für alle Teilstapel 26, 28, 30, 32 gleich ist. Je nach Bedarf kann dies bei anderen Ausgestaltungen jedoch auch abweichend gewählt sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.In the present case, it is provided that the number of the respective electrolytic cells 12 of the sub-stacks 26, 28, 30, 32 is the same for all sub-stacks 26, 28, 30, 32. Depending on requirements, however, this can also be selected differently in other configurations without departing from the spirit of the invention.

Die Teilstapel 26, 28, 30, 32 sind ihrerseits elektrisch in Reihe geschaltet, sodass - aus elektrischer Sicht - wieder eine Reihenschaltung aller Elektrolysezellen 12 der Teilstapel 26, 28, 30, 32 - wie bei dem Zellenstapel 54 gemäß FIG 1 - vorliegt.The sub-stacks 26, 28, 30, 32 are in turn electrically connected in series, so that—from an electrical point of view—all the electrolytic cells 12 of the sub-stacks are again connected in series 26, 28, 30, 32 - as in the cell stack 54 according to FIG 1 - exists.

Durch diese Konstruktion der Elektrolyseanlage 60 kann erreicht werden, dass die Zellenversorgungseinheit 18, elektrisch betrachtet, das kleinste elektrische Potential der gesamten Elektrolyseanlage 60 aufweist. Dieses elektrische Potential ist ferner mit dem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energiequelle 16 verbunden. Die elektrische Energiequelle 16 stellt darüber hinaus das positive elektrische Potential 36 bereit. Zwischen dem negativen und dem positiven elektrischen Potential 34, 36 stellt die elektrische Energiequelle 16 die Betriebsspannung für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektrolyseanlage 60 bereit.This construction of the electrolysis system 60 makes it possible for the cell supply unit 18 to have the lowest electrical potential of the entire electrolysis system 60 when viewed electrically. This electrical potential is also connected to the negative electrical potential 34 of the electrical energy source 16 . In addition, the electrical energy source 16 provides the positive electrical potential 36 . Between the negative and the positive electrical potential 34, 36, the electrical energy source 16 provides the operating voltage for the intended operation of the electrolysis system 60.

In der vorliegenden Ausgestaltung nach FIG 4 ist es vorgesehen, dass diejenige erste Versorgungsleitung 24, die an dem ersten Ende 20 desjenigen Teilstapels 26 angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energiequelle 16 koppelbar ist, elektrisch leitend an die Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen ist und alle anderen Versorgungsleitungen 24 jeweilige elektrische Isolierabschnitte 38 aufweisen. Dabei weisen hier alle Isolierabschnitte 38 eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode 66 auf, die entsprechend FIG 3 angeordnet und ausgestaltet ist. Je nach Korrosionslast in den Isolierabschnitten 38 ist es ist aber auch möglich, dass nicht alle Isolierabschnitte 38, sondern eine vorbestimmbare Mehrzahl der Isolierabschnitte 38 eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts 38 hineinragende Steuerelektrode 66 aufweisen. Dies kann im Bedarfsfall auf die jeweilige Betriebssituation der Elektrolyseanlage 60 ausgelegt werden.In the present embodiment after FIG 4 provision is made for that first supply line 24 which is connected to the first end 20 of that sub-stack 26 which can be coupled to a negative electrical potential 34 of the electrical energy source 16 to be electrically conductively connected to the cell supply unit 18 and all other supply lines 24 to be connected respectively have electrical insulating sections 38 . In this case, all the insulating sections 38 have a respective control electrode 66 which projects at least partially into the interior of the insulating section and which correspondingly 3 arranged and designed. Depending on the corrosion load in the insulating sections 38, however, it is also possible that not all of the insulating sections 38 but a predeterminable majority of the insulating sections 38 have a respective control electrode 66 that protrudes at least partially into the interior of the insulating section 38. If necessary, this can be designed for the respective operating situation of the electrolysis system 60 .

Es kann ferner optional vorgesehen sein, dass an den jeweiligen Enden 20, 22 der jeweiligen Teilstapel 26, 28, 30, 32 zugewandten Isolierabschnittsenden 40 der jeweiligen Isolierabschnitte 38 versorgungsleitungsinnenseitig eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist, die vorliegend durch eine Beschichtung aus einem Isolationswerkstoff gebildet ist. Der Isolationswerkstoff ist beispielsweise ein geeigneter Kunststoff. Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch ein korrosionsfester metallhaltiger Stoff vorgesehen sein, beispielsweise ein Metalloxid oder dergleichen, insbesondere zum Beispiel ein Keramikwerkstoff.It can also optionally be provided that at the respective ends 20, 22 of the respective partial stacks 26, 28, 30, 32 facing insulating section ends 40 of the respective insulating sections 38 supply line inside an electrical Insulation layer is formed, which is presently formed by a coating of an insulating material. The insulation material is a suitable plastic, for example. Alternatively or additionally, however, a corrosion-resistant metal-containing material can also be provided, for example a metal oxide or the like, in particular a ceramic material, for example.

Darüber hinaus kann ferner vorgesehen sein, dass die jeweiligen Enden 20, 22 der Teilstapel 26, 28, 30, 32, die den jeweiligen Isolierabschnitten 38 zugewandt sind, gegenüber den Elektrolysezellen 12 elektrisch isoliert ausgebildet sind. Dadurch kann der Korrosionseffekt weiter reduziert werden. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Zellenversorgungseinheit 18, mittels einer Erdung 42 elektrisch geerdet ist, die als unmittelbarer Erdschluss oder - wie in FIG 4 dargestellt - mittelbar ausgeführt sein kann.In addition, it can also be provided that the respective ends 20, 22 of the partial stacks 26, 28, 30, 32, which face the respective insulating sections 38, are designed to be electrically insulated from the electrolysis cells 12. This can further reduce the corrosion effect. It has proven to be particularly advantageous if the cell supply unit 18 is electrically grounded by means of a grounding 42, which can be used as a direct ground fault or--as in FIG 4 shown - can be performed indirectly.

In dieser vorteilhaften Ausführung der Elektrolyseanlage 60 ist es vorgesehen, dass die Erdung 42 nicht unmittelbar an der Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen ist, sondern unter Nutzung einer Spannungsquelle 44, mittels der die Zellenversorgungseinheit 18 mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Zu diesem Zweck stellt die Spannungsquelle 44 eine elektrische Spannung von etwa -1 V bis etwa -0,8 V bereit. Diese Spannung kann jedoch grundsätzlich auch zum Beispiel in einem Bereich von etwa -2 V bis etwa 0 Volt gewählt sein.In this advantageous embodiment of the electrolysis system 60, it is provided that the grounding 42 is not connected directly to the cell supply unit 18, but using a voltage source 44, by means of which the cell supply unit 18 can be subjected to an electrical potential that is negative compared to the ground potential. For this purpose, the voltage source 44 provides an electrical voltage of approximately -1 V to approximately -0.8 V. In principle, however, this voltage can also be selected, for example, in a range from approximately −2 V to approximately 0 volts.

Mit einer derart eingestellten elektrischen Spannung lässt sich der Korrosionseffekt, beispielsweise bei Edelstahl, auch unter maritimen Bedingungen, beispielsweise bei Off-Shore-Anwendungen, gegen Korrosion noch besser unterdrücken.With an electrical voltage set in this way, the corrosion effect, for example in the case of stainless steel, can be suppressed even better against corrosion, even under maritime conditions, for example in off-shore applications.

Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn dann die Gegenelektrode für den kathodischen Korrosionsschutz auch im Bereich der Zellenversorgungseinheit 18 angeordnet ist. Die hier für die Erdung 42 vorgesehene Elektrode ist vorliegend durch eine Titananode gebildet, die mit einem Mischoxid beschichtet ist. Die Titananode mit der Mischoxidbeschichtung ist vorliegend elektrisch isoliert von der Zellenversorgungseinheit 18 in einer Flüssigphase eines nicht weiter dargestellten Sauerstoffabscheidebehälters angeordnet.It has proven to be particularly advantageous if the counter-electrode for the cathodic protection against corrosion is also arranged in the area of the cell supply unit 18 . The electrode provided here for grounding 42 is present formed by a titanium anode coated with a mixed oxide. In the present case, the titanium anode with the mixed oxide coating is electrically isolated from the cell supply unit 18 and is arranged in a liquid phase of an oxygen separation container that is not shown in any more detail.

Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, dass mit der Erfindung erreicht werden kann, dass die Korrosion dadurch reduziert werden kann, dass mehrere Teilstapel 26, 28, 30, 32 der Elektrolysezellen 12 gebildet werden können, die weiterhin sämtlich elektrisch in Reihe geschaltet sind, jedoch über eigene Versorgungsleitungen 24 separat mit der Zellenversorgungseinheit 18 verbunden sind.Overall, the exemplary embodiments show that the invention can be used to reduce corrosion by forming a plurality of partial stacks 26, 28, 30, 32 of the electrolysis cells 12, which are all still electrically connected in series, but via their own Supply lines 24 are separately connected to the cell supply unit 18.

Durch den gezielten Einsatz der Steuerelektrode 66 im Isolierabschnitt 38 der Versorgungsleitung 24 der Elektrolyseanlage 60 kann bereits die Entstehung und damit die Freisetzung von Metallionen weitgehend verhindert werden. Die Anwendung dieses effektiven Korrosionsschutzkonzepts ist flexibel anpassbar etwa auf verschiedene anlagentechnische Konfigurationen von PEM-Elektrolyseanlagen. Somit kann die unerwünschte Korrosion weitgehend vermieden werden. Von besonderem Vorteil erweist sich dabei, dass auch komplexe Elektrolyseanlagen 60 mit mehreren Teilstapeln 26, 28, 30, 32 und jeweiligen Anschlüssen an die Versorgungsleitung 24 zur Betriebsstoffversorgung mit nur einer zentralen elektrischen Energiequelle 16 (DC-Quelle) und einer zentralen Zellenversorgungseinheit 18 betreibbar sind. Ein kathodischer Korrosionsschutz ist, wie beschrieben, als zusätzliche und vorteilhafte Maßnahme möglich.The targeted use of the control electrode 66 in the insulating section 38 of the supply line 24 of the electrolysis system 60 can already largely prevent the formation and thus the release of metal ions. The application of this effective corrosion protection concept can be flexibly adapted to different plant configurations of PEM electrolysis plants. Thus, the undesired corrosion can be largely avoided. It has proven to be particularly advantageous that even complex electrolysis systems 60 with a plurality of sub-stacks 26, 28, 30, 32 and respective connections to the supply line 24 for the supply of operating materials can be operated with just one central electrical energy source 16 (DC source) and one central cell supply unit 18 . As described, cathodic protection against corrosion is possible as an additional and advantageous measure.

Die Erfindung ist keineswegs nur auf die Anwendung bei der Elektrolyse von Wasser beschränkt und kann gleichermaßen auch bei anderen durchzuführenden Elektrolysen, beispielsweise einer Kohlenstoffdioxidelektrolyse oder dergleichen zum Einsatz kommen.The invention is by no means restricted to use in the electrolysis of water and can also be used in other electrolyses to be carried out, for example carbon dioxide electrolysis or the like.

Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.The exemplary embodiments serve exclusively to explain the invention and are not intended to limit it.

Claims

Elektrolyseanlage (60) mit - einer Mehrzahl von Elektrolysezellen (12), die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung (14) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequelle (16) elektrisch koppelbar ist,

- einer Zellenversorgungseinheit (18) zum Versorgen der Elektrolysezellen (12) für einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und

- an die Zellenversorgungseinheit (18) und an gegenüberliegenden Enden (20, 22) der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen (12) angeschlossenen Versorgungsleitungen (24), wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen (24) einen elektrischen Isolierabschnitt (38) aufweist mit einer zumindest teilweise in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts (38) hineinragenden Steuerelektrode (66).

Electrolysis plant (60) with - a plurality of electrolytic cells (12) which are electrically connected in series and which are at least partially arranged one after the other in a stacking direction (14), the series connection being able to be electrically coupled to an electrical energy source (16),

- A cell supply unit (18) for supplying the electrolytic cells (12) for normal operation with at least one fuel, and

- supply lines (24) connected to the cell supply unit (18) and to opposite ends (20, 22) of the successively arranged electrolysis cells (12), wherein at least one of the supply lines (24) has an electrical insulating section (38) with an at least partially Interior of the electrical insulating section (38) protruding control electrode (66).

Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Werkstoff der Versorgungsleitungen (24) Metall aufweist, wobei die Elektrolysezellen (12) in wenigstens zwei Teilstapeln (26, 28, 30, 32) angeordnet sind, wobei jeder der wenigstens zwei Teilstapel (26, 28, 30, 32) mittels wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit (18) und an einem ersten Ende (20) des jeweiligen Teilstapels (26, 28, 30, 32) angeschlossenen ersten Versorgungsleitung (24) und wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit (18) und an einem dem ersten Ende (20) in Stapelrichtung (14) gegenüberliegenden zweiten Ende (22) des jeweiligen Teilstapels (26, 28, 30, 32) angeschlossenen zweiten Versorgungsleitung (24) mit der Zellenversorgungseinheit (18) verbunden ist, wobei diejenige erste Versorgungsleitung (24), die an dem ersten Ende (20) desjenigen Teilstapels (26) angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential (34) der elektrischen Energiequelle (16) koppelbar ist, elektrisch leitend an die Zellenversorgungseinheit (18) angeschlossen ist und alle anderen Versorgungsleitungen (24) jeweilige elektrische Isolierabschnitte (38) aufweisen, wobei eine Mehrzahl der Isolierabschnitte (38) eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts (38) hineinragende Steuerelektrode (66) aufweist.Electrolysis system according to Claim 1, characterized in that a material of the supply lines (24) comprises metal, the electrolysis cells (12) being arranged in at least two partial stacks (26, 28, 30, 32), each of the at least two partial stacks (26, 28, 30, 32) by means of at least one first supply line (24) connected to the cell supply unit (18) and at a first end (20) of the respective partial stack (26, 28, 30, 32) and at least one to the cell supply unit (18) and at a second end (22) of the respective sub-stack (26, 28, 30, 32) opposite the first end (20) in the stacking direction (14), the second supply line (24) is connected to the cell supply unit (18), the first Supply line (24), which is connected to the first end (20) of that partial stack (26) which can be coupled to a negative electrical potential (34) of the electrical energy source (16), electrically l eend is connected to the cell supply unit (18) and all other supply lines (24) respective electrical insulating sections (38), wherein a plurality of the insulating sections (38) has a respective control electrode (66) protruding at least partially into the interior of the insulating section (38).

Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (66) derart angeordnet ist, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff ein Streustrom in der Versorgungsleitung (24) über die Steuerelektrode (66) durch deren anodische Wirkung ableitbar ist.Electrolysis system (60) according to Claim 1 or 2, characterized in that the control electrode (66) is arranged in such a way that, during normal operation when the operating fluid is supplied, a stray current in the supply line (24) via the control electrode (66) due to its anodic effect is derivable.

Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (60) drahtförmig, stabförmig oder gitterförmig ausgestaltet ist.Electrolysis system (60) according to one of the preceding claims, characterized in that the control electrode (60) is designed in the form of a wire, rod or grid.

Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (66) ein mit einem Katalysatormaterial beschichtetes Trägermetall hoher Leitfähigkeit, insbesondere Titan, aufweist.Electrolysis system (60) according to one of the preceding claims, characterized in that the control electrode (66) has a carrier metal of high conductivity, in particular titanium, coated with a catalyst material.

Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass des Katalysatormaterial ein Edelmetalloxid aufweist.Electrolysis system (60) according to Claim 5, characterized in that the catalyst material has a noble metal oxide.

Elektrolyseanlage nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Katalysatormaterial ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ruthenium aufweist.Electrolysis plant according to Claim 5 or 6, characterized in that the catalyst material has a mixed oxide comprising iridium and/or ruthenium.

Elektrolyseanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Isolierabschnitten (38) zugewandten jeweiligen Enden (20, 22) der Teilstapel (26, 28, 30, 32) gegenüber den Elektrolysezellen (12) elektrisch isoliert sind.Electrolysis system according to one of the preceding claims, characterized in that the respective ends (20, 22) of the partial stacks (26, 28, 30, 32) facing the respective insulating sections (38) are electrically insulated from the electrolysis cells (12).

Elektrolyseanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellenversorgungseinheit (18) zumindest mittelbar elektrisch geerdet (42) ist.Electrolysis system according to one of the preceding claims, characterized in that the cell supply unit (18) is at least indirectly electrically grounded (42).

Elektrolyseanlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Erdung (42) eine Opferanode und/oder eine Spannungsquelle (44) aufweist, mittels der die Zellenversorgungseinheit (18) mit einem gegenüber dem Erdpotential (42) negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist.Electrolysis system according to Claim 9, characterized in that the grounding (42) has a sacrificial anode and/or a voltage source (44) by means of which the cell supply unit (18) can be subjected to an electrical potential which is negative relative to the ground potential (42).

Elektrolyseanlage nach einem der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstapel (26, 28, 30, 32) versorgungstechnisch parallel an die Zellenversorgungseinheit (18) angeschlossen sind.Electrolysis system according to one of Claims 2 to 10, characterized in that the partial stacks (26, 28, 30, 32) are connected in parallel to the cell supply unit (18) in terms of supply.