本发明专利技术涉及一种电解池100，尤其聚合物膜电解池或碱性固体聚合物电解质膜电解池，其设计用于从水中产生氢和氧，其具有：两个电极，即阳极103和阴极104；设置在两个电极103、104之间的作为电介质的质子传导膜101，两个双极板106，所述双极板设计用于电接触电解池100；和用于水的介质供应装置102，其中电解池100还设计用于：借助于调温设备110、330进行调温，并且根据设置在阳极103和/或阴极104旁的、优选设置在阳极103旁的调温部段111和/或调温板112进行调温。本发明专利技术还涉及一种具有根据本发明专利技术的电解池100的电解装置堆300以及一种具有至少一个根据本发明专利技术的电解装置堆300的电解系统。本发明专利技术还涉及一种用于对电解装置堆进行调温的方法。的方法。的方法。
【技术实现步骤摘要】
具有调温设备的电解池、电解装置堆、电解系统和用于对电解装置堆进行调温的方法
[0001]本专利技术涉及一种电解池，尤其一种聚合物膜电解池(PEM)或碱性固体聚合物电解质膜电解池，所述电解池用于从水中产生(电解)氢和氧并配备有调温设备，涉及一种电解装置堆，以及涉及一种具有至少一个根据本专利技术的电解装置堆的电解系统。本专利技术还涉及一种用于对电解装置堆、尤其根据本专利技术的电解装置堆进行调温的方法。
技术介绍
[0002]聚合物膜电解池或质子交换膜电解池，即所谓的PEM电解池，长期以来是已知的并得到证实，例如DE 697 00 772 T2描述了一种传统的燃料电池，所述燃料电池通常由多个组合成所谓的堆的单池(膜电极单元；MEA＝Membrane Electrode Assembly，膜电极组件)构成，在所述单池中，每个单池具有两个电极(阳极和阴极)。相应的电极连接于阴极或阳极空间，其中所述空间在背离聚合物膜的一侧上分别由极板朝下一燃料电池封闭。极板以单极板或双极板的形式存在。在此，单极板理解为如下板，所述板仅在一侧上具有通道形的或沟槽形的凹部，所述凹部构成流场并且借助所述凹部可以将气体或氧化剂或反应产物朝向膜运输或运输离开所述膜。在双极板的情况下，这种通道或沟槽成形在板的两侧上。
[0003]反应物氢和氧的空间分离通过电解质确保，更确切地说，使得在氢和氧之间进行化学反应时发生的电子交换不是局部地，而是经由外部回路进行。在燃料电池(燃料电池堆或电解装置堆)运行时，由方法所决定地产生电流和热量。为了燃料电池堆或电解装置堆的安全运行，产生的热量必须连续且有针对性地导出。在PEM燃料电池中，化学工艺在大约50℃至90℃的运行温度下进行。通常，例如在每单池100瓦特有效电功率的情况下也出现必须被导出的100瓦特的热量。出于该原因，堆，尤其用于产生电流的电解池的堆，相应地具有适当构成的冷却设备。
[0004]例如，由石墨构成的燃料电池堆或电解装置堆由于材料石墨的热学特性具有平衡的排热特性，然而其中由于材料的厚度，相应的燃料电池堆或电解装置堆相对大且重地构成。
[0005]为了非常紧凑地构成燃料电池堆或电解装置堆的整体构造，所述燃料电池堆或电解装置堆最近由金属薄膜制成。然而，由于热学特性,即材料金属的良好的导热性，产生非常敏感的排热或加热特性。此外，燃料电池或电解池的有效电功率可以直接根据在每个池中的局部的排热或加热设定，这会导致局部过热或过冷。
[0006]为了可以借助于电解装置气候中性地用例如由风能和太阳能设施提供的绿色电产生氢，还需要的是：在电解装置处拦截与可再生能源关联的不稳定的和波动的功率输出或电流产生和与其关联的负载波动。
[0007]商用的PEM电解装置或PEM电解系统以当前的现有技术达到直至4.4W/cm2的功率密度。此外，PEM电解装置的效率通常相对于氢的下限热值在40％到70％之间变动。该范围从系统效率与电解装置的运行参数和设计的相关性中得出。在此显示出：PEM电解装置的效
率尤其与施加的工作压力、堆中存在的温度以及在整个堆上的均匀的温度分布相关。为了考虑到所提到的问题，在现有技术中提出：电解系统，尤其在几兆瓦的范围内，可扩展地构成，并且根据负载波动接通或切断各个电解装置(具有例如1兆瓦或2兆瓦的功率)，以便将电解系统的功率容量(所述电解系统例如具有10兆瓦的总功率)匹配于可再生能源的不稳定的且波动的功率输出。然而，这一方面导致高的调节耗费，另一方面由于电解装置的时钟控制的运行导致电解装置或电解系统的各个结构元件的使用寿命缩短。此外，对可再生能源的功率输出的匹配仅可以阶梯形地以例如1兆瓦或2兆瓦的步距(各个电解装置的接通和切断)进行，这不允许电解池的最佳利用从而降低了设施的总效率。
[0008]因此，存在对于低成本的电解装置的大的需求，所述电解装置一方面在没有大的耗费的情况下可以分散地安装，另一方面提供如下可行性：即使在负载波动或馈入功率(电量)波动的情况下也实现在氢产生中恒定的且高的效率。
技术实现思路
[0009]在上述需求的背景下，本专利技术的一个目的在于：提供一种电解池，尤其聚合物膜电解池或碱性固体聚合物电解质膜电解池，所述电解池设计用于从水中产生(电解)氢和氧并且配备有调温设备，提供一种用于从水中产生氢和氧的电解装置堆，提供一种具有根据本专利技术的电解装置堆的电解系统以及提供一种用于对电解装置堆尤其根据本专利技术的电解装置堆进行调温的方法，它们能够：即使在不稳定且波动地馈入电功率或电流的情况下，也实现所使用的电解池尤其所使用的电解装置堆的尽可能恒定且高的效率，其中电解池的构造应简单且低成本地实现。附加地，它们应当能够产生具有保持不变的纯度、尤其恒定相对湿度的氢。
[0010]所提出的目的通过根据权利要求1的电解池、根据权利要求11的电解装置堆、根据权利要求16的电解系统、根据权利要求17的用于对电解装置堆进行调温的方法来实现。本专利技术的优选的改进形式在从属权利要求中说明，其中涉及电解池的权利要求的主题可以在电解装置堆、电解系统以及用于对电解装置堆进行调温的方法的范围内使用，并且反之亦然。
[0011]在此，本专利技术的基本思想之一是：提供一种用于电解池的调温设备，其设计用于：借助于设置在电解池的阳极和/或阴极旁的调温部段和/或调温板对电解池进行调温，尤其加热和冷却电解池。
[0012]在本专利技术的上下文中，关于“在阳极和/或阴极旁”的用语“旁”包括：调温部段和/或调温板设置在电解池内或分别设置在电解池的边缘处，后者尤其在电解池堆叠地设置在电解装置堆之内方面是重要的。
[0013]根据本专利技术的一个方面，设计用于从水中产生氢和氧的电解池，尤其聚合物膜电解池或碱性固体聚合物电解质膜电解池，具有：两个电极，即阳极和阴极；设置在两个电极之间的质子传导膜作为电解质；两个双极板，所述双极板设计用于电接触电解池；和用于水的介质供应装置，其中电解池还设计用于借助于调温设备进行调温，并且根据设置在阳极和/或阴极旁的、优选设置在阳极旁的调温部段和/或调温板进行调温，其中优选通过冷却或加热调温部段和/或调温板进行调温。在此，电解池优选可以具有根据本专利技术的调温设备。
[0014]根据本专利技术的一个实施方式，至少一个调温部段和/或至少一个调温板可以设有至少一个流动通道，所述流动通道设计用于：由调温流体，尤其水穿流，其中至少一个流动通道优选地至少部分地横向于电解池的轴向延伸伸展，尤其伸展穿过调温部段和/或调温板。
[0015]此外，有利的是：流动通道在调温部段和/或调温板中蜿蜒形地、双线式地或者说螺旋形地或模块式地伸展。
[0016]根据本专利技术的另一设计方案，能够有利的是：调温部段和/或调温板设置在阳极和阳极侧的双极板之间，和/或设置在阴极和阴极侧的双极板之间，和/或设置在阳极侧的双极板的背离阳极的外侧处和/或设置在阴极侧的双极板的背离阴极的外侧处。
[0017]此外，电解池还可以具有至少一个设置在阳极和阳极侧的双极板之间的阳极侧的集电器(集电器板)，其中调温部段优选本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种电解池(100)，尤其聚合物膜电解池或碱性固体聚合物电解质膜电解池，所述电解池设计用于从水中产生氢和氧，所述电解池包括：两个电极，即阳极(103)和阴极(104)，设置在所述两个电极(103、104)之间的质子传导膜(101)作为电解质，两个双极板(106AN、106KA)，所述双极板设计用于电接触所述电解池(100)，和用于水的介质供应装置(102)，其中所述电解池(100)还设计用于借助于调温设备(110、330)进行调温，并且根据设置在所述阳极(103)和/或所述阴极(104)旁的、优选设置在所述阳极(103)旁的调温部段(111)和/或调温板(112)进行所述调温。2.根据权利要求1所述的电解池(100)，其中所述调温部段(111)和/或所述调温板(112)设有至少一个流动通道，所述至少一个流动通道设计用于由调温流体，尤其水穿流，其中所述至少一个流动通道优选至少部分地横向于所述电解池(100)的轴向延伸伸展，尤其伸展穿过所述调温部段(111)和/或所述调温板(112)。3.根据权利要求2所述的电解池(100)，其中所述流动通道在所述调温部段(111)和/或所述调温板(112)中蜿蜒形地、双线式地或者说螺旋形地或模块式地伸展。4.根据前述权利要求中任一项所述的电解池(100)，其中所述调温部段(111)和/或所述调温板(112)设置在所述阳极(103)和阳极侧的双极板(106AN)之间，和/或设置在所述阴极(104)和阴极侧的双极板(106KN)之间，和/或设置在阳极侧的双极板(106AN)的外侧处和/或设置在阴极侧的双极板(106KA)的外侧处。5.根据前述权利要求中任一项所述的电解池(100)，还包括：设置在所述阳极(103)和阳极侧的双极板(106AN)之间的至少一个阳极侧的集电器(105AN)(集电器板)，其中所述调温部段(111)优选地是阳极侧的集电器(105AN)的一部分。6.根据前述权利要求1至4中任一项所述的电解池(100)，其中所述调温部段(111)是阳极侧的双极板(106AN)和/或阴极侧的双极板(106KA)的一部分。7.根据前述权利要求中任一项所述的电解池(100)，其中阳极侧的双极板(106AN)具有至少一个第一通道结构(113)，所述第一通道结构是所述介质供应装置(102)的部分并用于收集并导出离解的氧。8.根据权利要求7所述的电解池(100)，其中阳极侧的双极板(106AN)具有第二通道结构(114)，所述第二通道结构是所述介质供应装置(102)的部分并且用于对所述质子传导膜(101)供应水。9.根据前述权利要求中任一项所述的电解池(100)，其中阴极侧的双极板(106KA)具有至少一个第一通道结构(115)，所述第一通道结构是所述介质供应装置(102)的部分并用于收集并导出所获得的氢，其中阴极侧的双极板(106KA)尤其设有第二通道结构(116)，所述第二通道结构是所述介质供应装置(102)的部分并且用于对所述质子传导膜(101)供应水。10.根据前述权利要求中任一项所述的电解池(100)，还包括加热元件(117)，尤其电加热元件，所述加热元件设置在所述调温部段(111)和/或所述调温板(112)中。11.一种用于从水中产生氢和氧的电解装置堆(320)，包括：至少两个、优选多个电解池(100)，尤其根据前述权利要求中任一项所述的电解池，两个端板(321)，所述端板设计用于对所述至少两个电解池(100)供应水并且导出所产
生的氢和氧以及能够导入所需的能量，尤其所需的电流，和调温设备(110、330)，所述调温设备设计用于对所述至少两个电解池(100)进行调温，其中根据调温部段(111)和/或调温板(112)进行调温，所述调温部段和/或调温板设置在所述电解池(100)中的至少一个电解池的阳极侧的双极板(106AN)和阳极(103)之间，和/或设置在所述电解池(...
【专利技术属性】
技术研发人员：简，
申请(专利权)人：阿尔戈股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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