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EP4575037A1 - Electrolysis arrangement - Google Patents

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Info

Publication number
EP4575037A1
EP4575037A1 EP23219912.5A EP23219912A EP4575037A1 EP 4575037 A1 EP4575037 A1 EP 4575037A1 EP 23219912 A EP23219912 A EP 23219912A EP 4575037 A1 EP4575037 A1 EP 4575037A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
arrangement
electrolysis
interconnector
stack
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23219912.5A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Strohbach
Felix Vandercrysse
David SPURA
Christoph Schade
Alexander Surrey
Clement Ammeux
Jan Vesely
Martin Pötschke
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sunfire Se
Original Assignee
SunFire GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SunFire GmbH filed Critical SunFire GmbH
Priority to EP23219912.5A priority Critical patent/EP4575037A1/en
Priority to PCT/EP2024/084386 priority patent/WO2025131661A1/en
Publication of EP4575037A1 publication Critical patent/EP4575037A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/02Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60Constructional parts of cells
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/75Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having bipolar electrodes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/70Assemblies comprising two or more cells
    • C25B9/73Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type
    • C25B9/77Assemblies comprising two or more cells of the filter-press type having diaphragms

Definitions

  • the invention relates to an electrolysis arrangement which can be used in electrolysis plants such as high-temperature electrolysis plants or fuel cell plants.
  • the electrolysis arrangement according to the invention is particularly suitable for use in solid oxide electrolysis cell (SOEC) systems and in reversible solid oxide cell (rSOC) systems in electrolysis mode. Such systems are primarily used for high-temperature electrolysis (HTE).
  • SOEC solid oxide electrolysis cell
  • rSOC reversible solid oxide cell
  • HTE high-temperature electrolysis
  • a solid oxide electrolyzer comprises at least one electrolysis cell which uses electrical energy to split water ( H2O ) into its components hydrogen ( H2 ) and oxygen ( O2 ).
  • the structure and function of a solid oxide electrolysis cell are similar to those of a solid oxide fuel cell (SOFC) as they are based on the same technology.
  • electrolysis uses water vapor ( H2O (g)) as the input medium (reactant gas), whereas a fuel cell uses oxygen and fuel gas (e.g. hydrogen) as the input media.
  • a solid oxide electrolyzer utilizes high-temperature operation (typically 650-1000°C) because its efficiency is significantly higher than that of other electrolysis technologies. This technology utilizes the fact that at these temperatures, the ceramic materials used in the electrolytes become ionically conductive.
  • a solid oxide electrolyzer consists of several components, each fulfilling a different function.
  • the essential components of a solid oxide electrolyzer include a stack with numerous cells, each cell comprising, among other things, an anode, an electrolyte layer, and a cathode.
  • the cathode often contains a mixture of nickel and electrolyte materials. Water, in the form of steam in high-temperature electrolysis, is fed to the cathode.
  • Solid oxide electrolysis cells are efficient due to their high operating temperatures and can produce clean hydrogen. They are used in hydrogen production, energy storage, and other industrial processes.
  • High-temperature electrolysis is an electrolysis process for producing hydrogen from water at high temperatures using electrical energy.
  • LTE low-temperature electrolysis
  • high-temperature electrolysis takes place at much higher temperatures, typically in the range of 500 to 1000 degrees Celsius.
  • a polymer electrolyte membrane PEM
  • the PEM is a thin polymer membrane that allows protons to pass through while blocking electrons and gases.
  • a perfluorosulfonated polymer, such as Nafion is often used as the material for the PEM.
  • PEM electrolysis is frequently used in applications requiring fast response times and flexibility. These include, for example, hydrogen production for fuel cell vehicles, the integration of renewable energies through electrolysis, and decentralized hydrogen production.
  • gas streams are fed into and removed from the MEA.
  • the supplied gas is typically guided through channels arranged on the surface of the MEA.
  • a system for controlling the pressure of a high-temperature electrolysis or co-electrolysis (HTE) reactor or a pressurized SOFC fuel cell stack is known.
  • the operation of the system includes: controlling the volumetric flow of a moisture-containing gas upstream of one of the chambers to ensure electrochemical stability at a preset operating point; and controlling the pressure using valves located downstream of the stack to regulate gases, including the moisture-containing gas, which are generally hot.
  • a fuel cell unit consisting of an electrolyte with an anode on one side and a cathode on the other side, each provided with a flow/gas distribution grid with gas supply/discharge, each grid being adjacent to a separator plate and a seal acting on the separator plate.
  • the object of the present invention is to provide an electrolysis arrangement which enables a high degree of efficiency even during continuous operation.
  • an electrolysis arrangement comprises at least one housing with an interior space and at least one stack arrangement arranged in the interior space of the housing, wherein the stack arrangement comprises a plurality of electrolysis cells stacked in a stacking direction, wherein at least some of the electrolysis cells each comprise a membrane electrode assembly (MEA) and an interconnector, and wherein the membrane electrode assembly and the interconnector each have an oxygen side and a hydrogen side.
  • the electrolysis arrangement is characterized in that at least some electrolysis cells have support elements between the membrane electrode assembly and the interconnector, and wherein the support elements are designed and configured such that they are viscous in an operating state of the electrolysis arrangement and solid in a rest state of the electrolysis arrangement.
  • the support elements according to the invention primarily serve to adjust and fix the MEA relative to the interconnector.
  • a load flow pointing in the stacking direction of the stack arrangement due to tension between the components of the stack arrangement can also be at least partially compensated by the support elements, thus reducing the risk of damage to the MEA.
  • These tension states within the stack arrangement are, for example, the result of different material expansion of the components of the stack arrangement during temperature changes due to different thermal expansion coefficients.
  • the support elements are preferably separate elements that are placed between the MEA and the interconnectors to create the stack arrangement.
  • the material of the support elements is selected so that they are viscous in the operating state of the electrolysis arrangement. This ensures good contact between the support elements on the MEA on the one hand and on the interconnector on the other.
  • the support elements are preferably arranged between the oxygen sides of the MEA and the interconnector. The transition between a viscous state and a solid state of the support elements takes place, for example, at the glass transition temperature.
  • the support elements for example, assume a temperature of over 900°C, especially 950°C. When the electrolysis arrangement is at rest, the electrolysis process is stopped, and the temperature of the arrangement is below the glass transition temperature of the support elements.
  • the support elements are preferably made of glass or glass ceramic.
  • the interconnector of a stack arrangement according to the invention is a flat metal component.
  • the component can be made, for example, of the material known under the designation Crofer 22, such as the materials 1.4760 X1CrTiLa22 or 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2.
  • Crofer 22 the materials 1.4760 X1CrTiLa22 or 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2.
  • the interconnector can be a punched sheet.
  • the shape of the plate-shaped interconnectors can be freely selected, i.e., in particular, round, circular, oval, square, triangular, or the like.
  • it has been shown that the production of a stack arrangement according to the invention is facilitated when the interconnectors are rectangular.
  • the plate-shaped interconnector can thus be stacked quickly and easily orientated.
  • the interconnector and the membrane electrode assembly are plate-shaped elements whose flat surfaces each define a hydrogen and oxygen side.
  • the hydrogen sides of directly successive membrane electrode assemblies and interconnectors face each other.
  • the oxygen sides of directly successive membrane electrode assemblies and interconnectors face each other, as do the hydrogen sides.
  • a reactant gas, in this case water vapor guided between the hydrogen side of a membrane electrode assembly and an interconnector is on the hydrogen side of the membrane electrode assembly into product gas, in this case hydrogen.
  • the space between the oxygen sides of the interconnectors and membrane electrode assemblies is fluidically separated from the space between the hydrogen sides of the interconnectors and membrane electrode assemblies to prevent mixing of hydrogen and oxygen.
  • seals are planned to be provided on the hydrogen side and the oxygen side between the interconnectors and the membrane electrode assemblies.
  • the layer having the recesses is preferably an oxygen-permeable structure by means of which oxygen released on the oxygen side of the membrane electrode assembly can be diverted to a side edge of the membrane electrode assembly.
  • the oxygen-permeable structure on the oxygen side of the membrane-electrode assembly serves to discharge oxygen produced on the oxygen side of the membrane-electrode assembly into the interior of the housing.
  • the oxygen-permeable structure is open in the region of at least one side surface of the stack assembly to discharge the oxygen into the interior of the housing.
  • the oxygen-permeable structure is designed as a channel structure, preferably a channel structure oriented essentially perpendicular to the direction of a reactant gas channel structure.
  • the channels can in particular be rib-like.
  • the channels can be delimited laterally by channel webs, downwards by the body of the MEA, and upwards the channels can be open, so that oxygen produced between the MEA and the interconnector arranged above it can be discharged in a directed manner.
  • oxygen-conducting structure is designed as a gas-permeable material, for example as a porous ceramic or the like.
  • the oxygen-conducting structure can be a layer or one or more coatings of the membrane electrode assembly. Oxygen transport can be achieved, in particular, by means of a pressure gradient between the interior of the housing of the electrode assembly and the gas-conducting space between the oxygen sides of two membrane electrode assemblies and interconnectors arranged directly above one another.
  • the support elements and/or the recesses have a contour shape selected from the group consisting of circular, circular segment-shaped, square, rectangular, quadrangular, triangular, or diamond-shaped.
  • the contour shapes of the support elements i.e., the outer contour of the support elements in a plane parallel to the plane of the MEA, do not have to be identical to the contour of the recesses.
  • the support elements are arranged between the oxygen sides of the MEA and the interconnector. It must be ensured that oxygen can be discharged laterally between the oxygen sides of the MEA and the interconnector.
  • a design that has proven technically successful is one in which the surface area of the projection area of a support element is approximately 5-15% of the surface area of the membrane electrode assemblies of the electrolysis cell that can be exposed to reactant gas.
  • the projection area of a support element is defined as the area projected by orthogonal projection into the plane of the membrane electrode assemblies or the interconnector of the electrolysis cell.
  • the surface area of the projection surface of the support elements can be smaller than the surface area of the recesses for accommodating the support elements. This allows for the creation of free space around the support surfaces between the oxygen sides of the MEA and the interconnector, even when support elements are closely arranged in the edge region of the MEA, which serves to dissipate oxygen.
  • interconnectors are designed as a flat, in particular plate-shaped component, which is free of gas-conducting structures, wherein these interconnectors are preferably designed as flat steel sheets.
  • the interconnectors may have coatings, which, however, do not have a gas-conducting function.
  • an oxygen-impermeable coating may be arranged on the oxygen side of the interconnectors, which prevents oxygen from passing through to the metallic material of the interconnector in order to reduce or prevent oxidation of the metallic material.
  • the interconnectors preferably each have two manifold openings, by means of which a reactant gas manifold structure and a product gas manifold structure are formed within the stack arrangement.
  • the manifold openings of the interconnectors that delimit the manifold structures within the stack arrangement are preferably completely open, i.e., are formed without webs within their outer opening edge.
  • Each interconnector preferably has exactly one manifold opening for forming the reactant gas manifold structure and exactly one manifold opening for forming the product gas manifold structure.
  • At least some of the electrolysis cells may comprise a mesh-like metal mesh, preferably comprising nickel, in particular an iron-nickel alloy, arranged between the membrane electrode assembly and the interconnector.
  • the ratio of iron to nickel in the metal mesh may, for example, be 50:50.
  • an iron-chromium alloy preferably the material known as Crofer 22, for example, material 1.4760 X1CrTiLa22 or 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2, is also conceivable.
  • a stack arrangement can be facilitated in that at least some components of the stack arrangement, such as membrane electrode assemblies, interconnectors, connector plates, top plate and/or base plate, each have an orientation feature by means of which the components can be aligned in the stack assembly in order to produce the stack arrangement, in particular according to the poka-yoke principle.
  • components of the stack arrangement such as membrane electrode assemblies, interconnectors, connector plates, top plate and/or base plate, each have an orientation feature by means of which the components can be aligned in the stack assembly in order to produce the stack arrangement, in particular according to the poka-yoke principle.
  • orientation feature on the interconnectors these can advantageously be oriented and arranged manually, mechanically, or with machine assistance, in particular using the poka-yoke principle, to produce the stacked assembly of the stack arrangement, in such a way that a specific alignment pattern is achieved within the stack arrangement.
  • the orientation features facilitate the detection of the orientation of the components, thus reducing or completely avoiding errors.
  • interconnectors in the stack arrangement are stacked alternately rotated by 180° based on orientation features arranged on the interconnectors.
  • the 180° rotation can occur about the axis running in the stacking direction. This rotation can occur, for example, in order to arrange the interconnectors in the stack assembly of the stack arrangement on one side at one edge or mirror-symmetrically at two opposite edges with alternating placement.
  • contact devices for connecting electrical connection bodies can be placed alternately in the stack arrangement in such a way that they are more easily accessible for later contacting, for example for testing the functionality of the stack arrangement after joining.
  • the stack arrangement has a top plate that limits the stack arrangement upwards in the stacking direction and a bottom plate that limits the stack arrangement downwards in the stacking direction.
  • a connector plate is arranged between the top plate and the last membrane electrode arrangement in the stacking direction, arranged below the top plate, and/or that a connector plate is arranged between the base plate and the first membrane electrode arrangement in the stacking direction, arranged above the base plate.
  • the connector plate is designed as a plate-shaped sheet, wherein the outer contour shape of the connector plate corresponds at least substantially to the contour shape of the interconnector arranged adjacent to the connector plate in the stacking direction, and wherein the connector plate is preferably free of gas-conducting structures.
  • Such a connector plate which preferably has a contour shape corresponding to the interconnectors, can fulfill various functions.
  • the connector plate can establish an electrically conductive connection between the base plate or top plate and the first or last electrolysis cell.
  • the connector plate can be designed and configured to absorb and compensate for mechanical stresses in the stack arrangement, particularly those directed in the stacking direction. This can reduce the risk of stress cracks in the electrolysis cells of the stack arrangement and in particular in the membrane-electrode assemblies of the electrolysis cells.
  • the connector plate can serve to compensate for unevenness of the electrolysis cells arranged one above the other, which can reduce electrical contact with the top or base plate. These unevennesses can arise, for example, from joining the stack arrangement during its assembly. Due to its flexibility compared to the top or base plate, the connector plate establishes a flat contact with the stack of electrolysis cells, whereby the connector plate, in turn, is in electrical contact with the top or base plate.
  • a connector plate arranged between the base plate and the first electrolysis cell above the base plate in the stacking direction preferably has manifold openings if it covers the reactant gas opening or the product gas opening of the base plate.
  • the connector plate can have the same external dimensions, in particular the same thickness, as an interconnector. However, it can also be thicker or thinner than the interconnector. Interconnectors and connector plates are preferably made of the same material.
  • a connector plate is preferably electrically conductive, such that an electrical contact is established between the connector plate and the base plate or top plate.
  • the connector plate can serve, among other things, to compensate for mechanical compressive forces that vary across the cross-sectional area of the stack arrangement perpendicular to the stacking direction. For example, due to an MEA positioned approximately centrally to an interconnector, higher compressive forces can occur in the center of the stack arrangement than in the edge region of the stack arrangement. Accordingly, the connector plate can be designed to be thicker in its edge region than in its center region.
  • the connector plate, and/or the top plate and/or the base plate has a coating, wherein the coating comprises a semiconducting oxide ceramic, in particular a ceramic comprising lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn) and/or cobalt (Co), preferably lanthanum-strontium-manganese-cobalt (LSMC), manganese cobalt iron oxide (MCF), lanthanum strontium manganese (LSM), lanthanum-strontium-cobalt iron oxide (LSCF) or lanthanum-manganese-cobalt (LMC).
  • a semiconducting oxide ceramic in particular a ceramic comprising lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn) and/or cobalt (Co), preferably lanthanum-strontium-manganese-cobalt (LSMC), manganese cobalt iron oxide (MCF), lanthanum strontium manganes
  • the connector plate has a coating on at least one side, at least in some areas, in particular such that several spaced-apart surface areas of the connector plate are coated, preferably in the form of a checkerboard pattern.
  • the free areas between the coating zones can help to allow a high binder content in the coating to escape during the curing of the layer, for example, in a joining process during the production of the stack arrangement. Without sufficient opportunity for the binder content to escape, for example via the free areas between the coating zones, pore formation or undesirable height differences on the connector plate can occur after the coating has cured.
  • the top plate and the base plate each have clamping devices, in particular in the form of holding elements projecting outwards at the edge region of the top plate and the base plate, such that clamping means can be arranged on the outside of the stack arrangement at a distance from the stack arrangement between the clamping devices of the top plate and the base plate, by means of which a tensile force acting between the top plate and the base plate along the stacking direction axis can be applied.
  • the clamping devices can in particular be arranged such that the holding elements are aligned at the top and bottom in the stacking direction. This makes it easy to attach a clamping device running parallel to the stacking axis to the holding elements, with which a tensile force running parallel to the stacking direction axis can be applied between the top plate and the base plate. It is conceivable that the holding elements of the base plate and/or the top plate have holes for receiving or attaching clamping devices.
  • the clamping device can be, for example, a rod(s) or a belt that is connected to the holding elements of the top plate and the base plate.
  • clamping devices When arranging clamping devices between the top plate and the base plate, care must be taken to ensure that the clamping devices do not create a potential equalization between the top plate and the base plate or with interconnectors arranged in the stack arrangement.
  • the clamping devices should therefore be electrically insulated or non-conductive, at least in the contact area of the clamping devices on the top plate and/or the base plate.
  • the top plate and/or the base plate have contact devices for electrically contacting the top plate and/or the base plate.
  • the contact devices are formed by means of the clamping devices.
  • the interconnectors For electrical contacting of the interconnectors, for example for measuring the electrical potential of an electrolysis cell, it can be provided that at least some of the interconnectors have at least one contact device in their edge region, which is electrically conductively connected to the interconnector.
  • the contact devices are designed and constructed in such a way that even in a narrow stacked stack assembly of the stack arrangement, measuring equipment is made possible easily and with little risk of electrical bridging of stacked interconnectors.
  • the contact device comprises a hole, in particular an elongated hole, machined into the edge region of the interconnector. With a hole or elongated hole, in particular through the interconnector as seen in the stacking direction, suitable measuring equipment can be connected to the interconnector quickly and easily, in particular in a force-fitting and/or form-fitting manner.
  • the contact devices can protrude laterally outwards at the side edge of the stack arrangement in order to support easy contacting.
  • the contact devices can be arranged such that they are arranged within the side edge of the stack arrangement.
  • the side contour of the stack arrangement between the top plate and the base plate is, for example, approximately rectangular with four straight side edges in its orthogonal projection onto a plane perpendicular to the stacking direction.
  • the interconnectors each having at least one contact device, are designed and/or arranged within the stack arrangement in such a way that the contact devices of the interconnectors of two electrolysis cells stacked on top of one another are arranged offset from one another transversely to the stacking direction.
  • the interconnectors can be provided with recesses in their edge regions, which are aligned in the stacking direction of the stack arrangement with the contact device of an interconnector arranged directly above and below.
  • the contact device of an interconnector is prominent compared to the contact devices of its immediate neighbors in the stack assembly, supporting accurate contacting.
  • interconnector refers to both an interconnector and a bipolar plate.
  • interconnectors contained in this application apply This also applies to bipolar plates.
  • high-temperature electrolysis refers to electrolysis in the temperature range between 600°C and 1000°C, in particular between 800°C and 950°C.
  • high-temperature analysis is not limited to this temperature range, but can also be carried out at higher temperatures, for example, up to 1400°C.
  • FIG. 1 shows a highly schematic representation of an electrolysis arrangement 10 according to the invention with a housing 12 and a stack arrangement 16 arranged in the interior 14 of the housing 12.
  • the stack arrangement 16 comprises a plurality of electrolysis cells 18, which in the present example are enclosed in the stacking direction S at the bottom by a base plate 42 and at the top by a top plate 40.
  • a reactant gas manifold structure 66 and a product gas manifold structure 68 are indicated by dashed lines.
  • a reactant gas such as water vapor (H 2 O(g)
  • H 2 O(g) water vapor
  • a product gas such as hydrogen (H 2 )
  • FIG. 2 shows an exploded view of a preferred variant of an electrolysis cell, consisting of a membrane electrode assembly (MEA) 20, an interconnector 22, a glass seal 46 arranged above the interconnector 22, and two glass seals 44 arranged below the interconnector 22.
  • the plate-shaped MEA 20 has a hydrogen side (bottom side not shown) and an oxygen side (top side shown).
  • the interconnector 22, which is also approximately plate-shaped, also has a hydrogen side (top side shown) and an oxygen side (bottom side not shown).
  • the oxygen side of the interconnector 22 lies on the oxygen side of the MEA 20 in the assembled state of the electrolysis cell.
  • a stack arrangement 16 cf. Fig. 1 or Fig.
  • electrolysis cells 18 are stacked one above the other in a stacking direction S. Accordingly, an MEA 20 is connected to the hydrogen side of the interconnector 22.
  • the subsequent MEA 20 of an electrolysis cell 18 arranged immediately above in the stacking direction S lies with its hydrogen side on the hydrogen side of the interconnector 22 of the electrolysis cell 18 arranged directly below.
  • the interconnector 22 has two manifold openings 28, 30, a first manifold opening 28 serving to guide reactant gas and a second manifold opening 30 serving to guide product gas.
  • two glass seals 44 are arranged around the opening edge of the manifold openings 28, 30.
  • the glass seals 44 seal the manifold openings 28, 30 of two stacked electrolysis cells 18 in such a way that a reactant gas stream or the product gas stream is respectively guided through a reactant gas manifold structure 66 or product gas manifold structure 68 formed by the manifold openings 28, 30 of stacked electrolysis cells 18.
  • the individual electrolysis cells 18 are furthermore designed such that a reactant gas flow guided in a reactant gas manifold structure 66 can be guided from there to the hydrogen side of the interconnector 22.
  • the reactant gas flow for the electrolysis process comes into contact with the hydrogen side of a manifold structure 66 arranged on the hydrogen side of the interconnector. 22.
  • the reactant gas is converted into product gas between the hydrogen side of the interconnector 22 and the hydrogen side of the MEA 20.
  • the resulting product gas is further conducted on the hydrogen side of the interconnector 22 into the manifold opening 30 of the interconnector 22, which is provided for the conduction of product gas.
  • an reactant gas line structure 32 can be formed on the hydrogen side of the interconnector 22—as in the example shown.
  • the channel structure on the interconnector 22 can have 60 to 100 channels to achieve a fine, laminar flow.
  • an oxygen-permeable structure 34 designed as a channel structure for guiding the oxygen generated there can be formed on the oxygen side of the MEA 20.
  • the oxygen-permeable structure 34 can be designed and configured such that the oxygen is discharged in a lateral direction, transverse to the orientation of the reactant gas line structure 32.
  • the electrolysis cell 18 is configured such that, in a stacked arrangement of several electrolysis cells 18 to form a stack arrangement 16, the oxygen is released from the stack arrangement 16 into the interior 14 of the housing 12.
  • Glass seals 44, 46 on the hydrogen side and on the oxygen side of the interconnector 22 ensure a gas-tight seal between electrolysis cells 18 stacked in a stack arrangement 16, in particular between the interconnectors 22 of directly adjacent electrolysis cells 18, such that the reactant gas manifold structure 66 and the product gas manifold structure 68 are fluidically separated from one another with respect to the interior 14 of the housing 12.
  • the glass seal 46 on the hydrogen side of the interconnector 22 is arranged such that it completely surrounds the interconnector 22 in the edge region of its hydrogen side.
  • the glass seal 44 seals a first interconnector 22, in the stacking direction S, on its hydrogen side, from a second interconnector 22, arranged adjacently in the stacking direction S, on its oxygen side.
  • the glass seals 44, 46 interact with the interconnectors 22 stacked electrolysis cells 18 such that, on the one hand, a fluidically conductive connection is formed between the hydrogen sides of the directly stacked MEA 20 and interconnector 22, the reactant gas manifold structure 66 for the reactant gas, and the product gas manifold structure 68 for the product gas. Furthermore, the glass seals 44, 46 interact with the interconnectors 22 of stacked electrolysis cells 18 such that the intermediate space between the oxygen sides of the directly stacked MEA 20 and interconnector 22 is fluidically conductively connected to the interior 14 of the housing 12 of an electrolysis arrangement 10.
  • support elements 48 can be provided, which serve to mechanically equalize stresses between the MEA 20 and the interconnector 22, in particular caused by temperature differences.
  • the support elements 48 are preferably made of glass or a glass ceramic and are therefore also called glass pins.
  • the support elements 48 together with the seals 44, 46, ensure that any warping of the MEA 20 when the electrolysis cell 18 heats up.
  • the support elements 48 can be arranged at least in regions in recesses 64 of the MEA 20, wherein the recesses 64 are preferably incorporated non-penetratively into the MEA 20.
  • the recesses 64 are preferably incorporated into a first layer of the MEA 20.
  • the recesses 64 are formed by applying multiple layers to the MEA 20, with certain layers not being applied in certain regions.
  • FIG. 3 shows a simplified exploded view in schematic form of the general structure of a stack arrangement 16.
  • the stack arrangement 16 has three MEAs 20, i.e. three levels.
  • the stack arrangement 16 according to the invention can alternatively also have fewer or more MEAs 20 and thus correspondingly comprise more levels. The number of levels depends on the desired performance of the electrolysis arrangement 10.
  • the stack arrangement 16 terminates with a top plate 40.
  • the stack arrangement 16 terminates with a base plate 42.
  • the electrolysis cells 18 are arranged above the base plate 42.
  • the electrolysis cells 18 each comprise a mesh-like metal mesh 38, preferably made of nickel mesh, an MEA 20, two glass seals 44 provided for sealing the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22, an interconnector 22, and another glass seal 46 provided for sealing the edge region of the interconnectors 22.
  • the mesh-like metal mesh 38 is optional.
  • the mesh-like metal mesh 38 can form a gas-conducting structure and can also serve to mechanically support the MEA 20 on the interconnector 22.
  • the top side of the base plate 42 is configured analogously to a hydrogen side of an interconnector 22 and is sealed with a glass seal 46 arranged on the top side relative to the interconnector 22 of the first electrolysis cell 18 in the stacking direction S.
  • the third and final electrolysis cell 18 in the stacking direction S has a top plate 40, which is configured analogously to an oxygen side of an interconnector 22 on its underside. Unlike the interconnectors 22, the top plate does not have manifold openings 28, 30.
  • the top plate 40 closes off the stack arrangement 16 at the top in the stacking direction S and closes the reactant gas and product gas manifold structures 66, 68 formed in the stack arrangement 16.
  • the stack arrangements 16 according to the invention can have a few, for example, 30 or 60, or many, for example, 400 to approximately 900 levels. Stack arrangements 16 with more than 900 levels are also conceivable in principle, although it should be noted that the requirements for the mechanical stability of the arrangement increase with the number of levels.
  • the connector plate is preferably electrically conductive in order to establish an electrical connection between the stack and the top or bottom plate, and further preferably has a non-stick coating.
  • the non-stick coating serves to mechanically decouple the stack from the top or bottom plate.
  • the connector plate can additionally have a structure designed such that, when the temperature changes, the different thermal expansions of the different materials can be mechanically compensated, in particular transversely to the stacking direction.
  • the Figures 4a , 4b , 4c show three schematic partial sections of the cross section of a stack arrangement 16 with a tapered cross section of a manifold structure 66, 68.
  • the Figures 4a-c each having a tapered manifold structure 66, 68, in which the taper extends from the base plate 42 over the electrolysis cells 18 stacked one above the other in the stacking direction S to the top plate 40 sealingly closing the manifold structure 66, 68.
  • the taper can be provided in the reactant gas manifold structure 66 and/or in the product gas manifold structure 68.
  • the tapering of the manifold structure 66, 68 is implemented by means of the manifold openings 28, 30 incorporated into the interconnectors 22.
  • the interconnectors 22 have manifold openings 28, 30 of different sizes for this purpose, wherein the interconnectors 22 of individual electrolysis cells are selected and the electrolysis cells 18 are stacked in such a way that a tapered structure results in the stack arrangement 16. As shown, this can in particular produce an approximately wedge-shaped structure.
  • a wedge shape is achieved, for example, when the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22 are each approximately rectangular with two side lengths and the manifold openings 28, 30 narrow upwards along one side length in the stacking direction S.
  • the tapered structure can also be approximately conical in shape.
  • a pyramid shape or truncated pyramid shape is achieved, for example, if the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22 are each approximately rectangular with two side lengths and the manifold openings 28, 30 narrow upwards in the stacking direction S along both side lengths.
  • Figure 4b shows a tapered manifold structure 66, 68, in which the taper is implemented by means of an insert body 50 inserted into the manifold structure 66, 68.
  • the interconnectors 22 of the individual electrolysis cells 18 each have manifold openings 28, 30 of the same size. This allows identical interconnectors 22 to be used to provide the individual electrolysis cells 18 of a stack arrangement 16, which significantly reduces manufacturing costs.
  • the insert body 50 is inserted into the manifold structure 66, 68 formed by the manifold openings 28, 30.
  • the insert body 50 can—as shown—have an approximately triangular cross-section in the stacking direction S, so that a wedge-shaped tapered structure is realized.
  • Figure 4c shows a special form of a taper of the manifold structure 66, 68 produced by means of an insert body 50.
  • the interconnectors 22 of the individual electrolysis cells 18 each have manifold openings 28, 30 of the same size.
  • the insert body 50 has, in contrast to the design in Fig. 4b not a straight-line tapered surface, but a curved one. This creates a curved, tapered manifold structure 66, 68, which enables a particularly laminar flow of the reactant gas or product gas into or out of the electrolysis cells 18.
  • FIG. 5 shows a stack arrangement 16 in which, to illustrate details, only the interconnectors 22 of individual electrolysis cells 18 are shown.
  • the interconnectors 22 each have at least one orientation feature 60, in the example shown here, a reactant gas line structure 32 formed with guide channels, two manifold openings 28, 30, and on two opposite sides at the edge, a contact device 52 - in the example shown as an elongated hole - for establishing an electrically conductive contact with the interconnector 22.
  • a recess 54 is incorporated into the edge region of the interconnector 22 on each of the two opposite side edges of the interconnector 22.
  • the contact device 52 designed as an elongated hole in the example shown can be used to connect measuring devices for testing the stack arrangement, for example to identify defective electrolysis cells.
  • the interconnectors 22 are stacked one on top of the other, each rotated by 180°, so that the contact devices 52, designed as elongated holes, and the recesses 54 are arranged alternately one above the other in the stack.
  • the orientation feature 60 serves to avoid errors during stacking and to enable immediate or early error detection and prevention through technical precautions or devices. The idea for this stems from the poka-yoke principle. If a stacked stack arrangement 16 is only joined after stacking, an error in the stack can no longer be corrected. As long as the stack arrangement 16 is not yet joined, a stacking error can still be corrected.
  • the Figures 6a, 6b each show an interconnector 22 with a glass seal 46 arranged on the hydrogen side of the interconnector 22.
  • the glass seals 46 can be applied in a special form to the interconnector 22.
  • Fig. 6a a meandering course
  • Fig. 6a A zigzag-shaped course of the glass seal 46 applied to the interconnector 22 is shown.
  • Other course shapes are also conceivable.
  • This special application form increases the length of the band-shaped glass seal in contrast to a straight guide.
  • Figure 7 schematically shows a connector plate 36, which can be arranged, for example, below a top plate 40 or above a base plate 42.
  • the connector plate 62 has a coating 62 on at least one side.
  • the coating 62 can be arranged in a checkerboard pattern on the surface of the connector plate 36, as in the example shown.
  • a coating can also be present on the side of the connector plate 36 not shown.
  • Figure 8 shows very schematically examples of channel cross-sectional shapes of a reactant gas line structure 32 designed as a channel structure on the hydrogen side of an interconnector 22.
  • the channel structure shown is shown in a sectional view.
  • the channels 70 can be separated from one another by means of two adjacent channel webs 72.
  • the example shown illustrates conceivable cross-sectional shapes of the channel webs 72 or the cross-sectional shapes of the channels 70 formed thereby.
  • An MEA 20 (not shown) is arranged above the channel webs 72 in the stack arrangement 16.
  • the channels 70 are delimited at the bottom by the body of the interconnector 22 or a coating present on the interconnector 22. At the top, the channels 70 are open towards an MEA 20 (not shown) arranged above them.
  • the reactant gas guided in the channels 70 comes into contact with the MEA 20 at the open upper sides of the channels 70.
  • the flank steepness F of the side walls of the channel webs 72 is greater than or equal to 85°.
  • the flank steepness is referred to as a median relative to the plane defined by the plate-shaped interconnector 22.

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Abstract

Eine Elektrolyseanordnung umfassend wenigstens ein Gehäuse mit einem Innenraum, und wenigstens einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Stackanordnung, wobei die Stackanordnung mehrere in eine Stapelrichtung gestapelte Elektrolysezellen umfasst, wobei zumindest einige der Elektrolysezellen jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung und einen Interkonnektor umfassen, und wobei die Membran-Elektroden-Anordnung und der Interkonnektor jeweils eine Sauerstoffseite und eine Wasserstoffseite aufweisen, wobei zumindest einige Elektrolysezellen Auflageelemente zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung und dem Interkonnektor aufweisen, und wobei die Auflageelemente derart ausgestaltet und eingerichtet sind, dass sie in einem Betriebszustand der Elektrolyseanordnung zähflüssig und in einem Ruhezustand der Elektrolyseanordnung fest sind.

Figure imgaf001
An electrolysis arrangement comprising at least one housing with an interior space, and at least one stack arrangement arranged in the interior space of the housing, wherein the stack arrangement comprises a plurality of electrolysis cells stacked in a stacking direction, wherein at least some of the electrolysis cells each comprise a membrane electrode arrangement and an interconnector, and wherein the membrane electrode arrangement and the interconnector each have an oxygen side and a hydrogen side, wherein at least some electrolysis cells have support elements between the membrane electrode arrangement and the interconnector, and wherein the support elements are designed and configured such that they are viscous in an operating state of the electrolysis arrangement and solid in a rest state of the electrolysis arrangement.
Figure imgaf001

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanordnung, die in Elektrolyseanlagen wie beispielsweise in Hochtemperaturelektrolyseanlagen oder in Brennstoffzellenanlagen eingesetzt werden kann.The invention relates to an electrolysis arrangement which can be used in electrolysis plants such as high-temperature electrolysis plants or fuel cell plants.

Die erfindungsgemäße Elektrolyseanordnung ist insbesondere geeignet für den Einsatz in Festoxid-Elektrolysezellen-Systemen (engl. Solid Oxide Electrolyzer Cell, SOEC) sowie in reversiblen Festoxidzellen-Systemen (engl. reversible Solid Oxide Cell, rSOC) im Elektrolysebetrieb. Solche Systeme werden vorwiegend für die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE) eingesetzt.The electrolysis arrangement according to the invention is particularly suitable for use in solid oxide electrolysis cell (SOEC) systems and in reversible solid oxide cell (rSOC) systems in electrolysis mode. Such systems are primarily used for high-temperature electrolysis (HTE).

Ein Festoxid-Elektrolyseur (SOEC) umfasst mindestens eine Elektrolysezelle, mit der unter Einsatz elektrischer Energie Wasser (H2O) in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O2) aufgespaltet werden kann. Der Aufbau und die Funktion einer Festoxid-Elektrolysezelle ähneln denen einer Festoxid-Brennstoffzelle (SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), da sie auf derselben Technologie basieren. Ein Hauptunterschied besteht darin, dass bei der Elektrolyse Wasserdampf (H2O(g)) als Eingangsmedium (Eduktgas) verwendet wird, während bei der Brennstoffzelle Sauerstoff und Brenngas (z. B. Wasserstoff) als Eingangsmedien dienen.A solid oxide electrolyzer (SOEC) comprises at least one electrolysis cell which uses electrical energy to split water ( H2O ) into its components hydrogen ( H2 ) and oxygen ( O2 ). The structure and function of a solid oxide electrolysis cell are similar to those of a solid oxide fuel cell (SOFC) as they are based on the same technology. A key difference is that electrolysis uses water vapor ( H2O (g)) as the input medium (reactant gas), whereas a fuel cell uses oxygen and fuel gas (e.g. hydrogen) as the input media.

Ein Festoxid-Elektrolyseur nutzt den Hochtemperaturbetrieb (typischerweise 650-1000°C), da der Wirkungsgrad gegenüber anderen Elektrolysetechnologien deutlich höher ist. Man macht sich hierbei zu Nutze, dass bei diesen Temperaturen die eingesetzten keramischen Materialien der Elektrolyte ionisch leitend werden. Ein Festoxid-Elektrolyseur besteht aus mehreren Komponenten, die jeweils unterschiedliche Funktionen erfüllen. Zu den wesentlichen Bestandteilen des Festoxid-Elektrolyseurs zählen ein Stack mit einer Vielzahl an Zellen, wobei eine Zelle unter anderen eine Anode, eine Elektrolytschicht und eine Kathode aufweist. Die Kathode enthält oft aus einem Gemisch von Nickel und Elektrolytmaterialien. Wasser, bei der Hochtemperaturelektrolyse in Form von Wasserdampf, wird an die Kathode geführt. Der Prozess der Elektrolyse läuft folgendermaßen ab: legt man eine elektrische Spannung an die Zelle an, die oberhalb der Leerlaufspannung (OCV) liegt, diffundiert das Wasser in die Kathode hinein, wo unter Aufnahme von Elektronen der elektrochemische Umsatz (Redoxreaktion) des Wasserdampfs stattfindet und Wasserstoff und Sauerstoffionen erzeugt werden. Die Elektrolytschicht besteht aus festem Elektrolytmaterial, wie zum Beispiel Yttriumstabilisiertem Zirkoniumdioxid (YSZ). Diese Elektrolytschicht ermöglicht den Transport von Sauerstoffionen (O2-) von der Kathode zur Anode. Die Anode besteht aus Anodenmaterialien, wie beispielsweise Lanthan-Mangan-Cobaltit oder Lanthan-Ferrit. An der Anode werden aus den Sauerstoffionen (O2-) molekularer Sauerstoff (O2) unter Abgabe von Elektronen erzeugt.A solid oxide electrolyzer utilizes high-temperature operation (typically 650-1000°C) because its efficiency is significantly higher than that of other electrolysis technologies. This technology utilizes the fact that at these temperatures, the ceramic materials used in the electrolytes become ionically conductive. A solid oxide electrolyzer consists of several components, each fulfilling a different function. The essential components of a solid oxide electrolyzer include a stack with numerous cells, each cell comprising, among other things, an anode, an electrolyte layer, and a cathode. The cathode often contains a mixture of nickel and electrolyte materials. Water, in the form of steam in high-temperature electrolysis, is fed to the cathode. The electrolysis process works as follows: if an electrical voltage above the open circuit voltage (OCV) is applied to the cell, the water diffuses into the cathode, where the electrochemical conversion (redox reaction) of the water vapor takes place by absorbing electrons and hydrogen and oxygen ions are produced. The electrolyte layer consists of a solid electrolyte material, such as yttrium-stabilized zirconia (YSZ). This electrolyte layer enables the transport of oxygen ions (O 2- ) from the cathode to the anode. The anode consists of anode materials, such as lanthanum manganese cobaltite or lanthanum ferrite. At the anode, molecular oxygen (O 2 ) is produced from the oxygen ions (O 2- ) by releasing electrons.

Festoxid-Elektrolysezellen sind aufgrund ihrer hohen Betriebstemperaturen effizient und können sauberen Wasserstoff produzieren. Sie finden Anwendung in der Wasserstoffherstellung, Energiespeicherung und anderen industriellen Prozessen.Solid oxide electrolysis cells are efficient due to their high operating temperatures and can produce clean hydrogen. They are used in hydrogen production, energy storage, and other industrial processes.

Die Hochtemperatur-Elektrolyse (HTE) ist ein Elektrolyseverfahren zur Gewinnung von Wasserstoff aus Wasser bei hohen Temperaturen unter Einsatz elektrischer Energie. Im Gegensatz zur Niedertemperatur-Elektrolyse (LTE), die bei Temperaturen unter 100 Grad Celsius arbeitet, erfolgt die Hochtemperatur-Elektrolyse bei wesentlich höheren Temperaturen, typischerweise im Bereich von 500 bis 1000 Grad Celsius. Bei einer Niedertemperatur-Elektrolyse wird üblicherweise eine Polymerelektrolytmembranen (PEM) als Elektrolyt verwendet und daher häufig von einem PEM-Elektrolyseverfahren gesprochen. Die PEM ist eine dünne Polymermembran, die Protonen durchlässt, während sie Elektronen und Gase blockiert. Als Material für die PEM wird häufig ein perfluorsulfoniertes Polymer, wie Nafion, verwendet. Die PEM-Elektrolyse wird häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen eine schnelle Reaktionszeit und Flexibilität erforderlich sind. Dazu gehören zum Beispiel die Wasserstoffproduktion für Brennstoffzellenfahrzeuge, die Integration erneuerbarer Energien durch Elektrolyse und die dezentrale Wasserstoffproduktion.High-temperature electrolysis (HTE) is an electrolysis process for producing hydrogen from water at high temperatures using electrical energy. In contrast to low-temperature electrolysis (LTE), which operates at temperatures below 100 degrees Celsius, high-temperature electrolysis takes place at much higher temperatures, typically in the range of 500 to 1000 degrees Celsius. In low-temperature electrolysis, a polymer electrolyte membrane (PEM) is usually used as the electrolyte and is therefore often referred to as a PEM electrolysis process. The PEM is a thin polymer membrane that allows protons to pass through while blocking electrons and gases. A perfluorosulfonated polymer, such as Nafion, is often used as the material for the PEM. PEM electrolysis is frequently used in applications requiring fast response times and flexibility. These include, for example, hydrogen production for fuel cell vehicles, the integration of renewable energies through electrolysis, and decentralized hydrogen production.

In einer gattungsgemäßen Elektrolyseanordnung werden mehrere, häufig eine Vielzahl, von Membran-Elektroden-Einheiten (membrane-electrode-assembly; kurz MEA) in einem Stapelverbund angeordnet. Solche Stapel werden auch Elektrolysezellenstapel oder Brennstoffzellenstapel genannt. Solche Stapelverbunde weisen in der Regel eine Vielzahl von Ebenen auf, wobei jede MEA eines Stapelverbundes als eine Ebene betrachtet werden kann. Zwischen diesen Ebenen sind Interkonnektoren (auch bekannt als Bipolarplatten) angeordnet. In einem Stapelverbund werden eine Vielzahl dieser MEAs und Interkonnektoren als Wiederholeinheiten gestapelt. Der fertige Stapel wird auch als Stack bezeichnet. Derartige Stacks können mehrere hundert Ebenen, insbesondere mehr als 800 bzw. mehr als 900 Ebenen aufweisen.In a generic electrolysis arrangement, several, often a large number, of membrane electrode assemblies (MEAs) are arranged in a stack. Such stacks are also called electrolysis cell stacks or fuel cell stacks. Such stacks usually have a large number of Layers, with each MEA of a stack being considered a layer. Interconnectors (also known as bipolar plates) are arranged between these layers. In a stack, a large number of these MEAs and interconnectors are stacked as repeating units. The finished stack is also referred to as a stack. Such stacks can have several hundred layers, in particular more than 800 or more than 900 layers.

Für den Elektrolyseprozess werden Gasströme der MEA zugeführt und von der MEA abgeführt. Das zugeführte Gas wird üblicherweise in auf der Oberfläche der MEA angeordneten Kanälen geführt.For the electrolysis process, gas streams are fed into and removed from the MEA. The supplied gas is typically guided through channels arranged on the surface of the MEA.

Aus EP 3360187 A1 ist ein System zur Regelung des Drucks eines Reaktors für Hochtemperatur-Elektrolyse oder Co-Elektrolyse (HTE) oder für einen unter Druck arbeitenden SOFC-Brennstoffzellenstapel bekannt. Der Betrieb des Systems umfasst: die Regelung stromaufwärts einer der Kammern des Volumenstroms eines feuchtigkeitshaltigen Gases, um die elektrochemische Stabilität eines voreingestellten Betriebspunkts zu gewährleisten; und die Druckregelung mithilfe von Ventilen, die stromabwärts des Stapels angeordnet sind, um Gase, einschließlich des feuchtigkeitshaltigen Gases, zu regulieren und die im Allgemeinen heiß sind.Out of EP 3360187 A1 A system for controlling the pressure of a high-temperature electrolysis or co-electrolysis (HTE) reactor or a pressurized SOFC fuel cell stack is known. The operation of the system includes: controlling the volumetric flow of a moisture-containing gas upstream of one of the chambers to ensure electrochemical stability at a preset operating point; and controlling the pressure using valves located downstream of the stack to regulate gases, including the moisture-containing gas, which are generally hot.

Aus US 2008118803 A1 ist eine Brennstoffzelleneinheit bekannt, bestehend aus einem Elektrolyten mit einer Anode auf der einen Seite und einer Kathode auf der anderen Seite, die jeweils mit einem Strömungs-/Gasverteilungsgitter mit Gaszufuhr/-abfuhr versehen sind, wobei jedem Gitter eine Separatorplatte sowie eine auf die Separatorplatte wirkende Dichtung benachbart ist.Out of US 2008118803 A1 A fuel cell unit is known, consisting of an electrolyte with an anode on one side and a cathode on the other side, each provided with a flow/gas distribution grid with gas supply/discharge, each grid being adjacent to a separator plate and a seal acting on the separator plate.

Die Erforschung herkömmlicher Elektrolysesysteme hat ergeben, dass die konstruktiven Ausgestaltungen bekannter Systeme Raum für die Optimierung der Elektrolyse mit hohem Wirkungsgrad bei dauerhaftem Betrieb lassen.Research into conventional electrolysis systems has shown that the structural designs of known systems leave room for optimizing electrolysis with high efficiency during continuous operation.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektrolyseanordnung anzugeben, die einen hohen Wirkungsgrad auch bei dauerhaftem Betrieb ermöglicht.The object of the present invention is to provide an electrolysis arrangement which enables a high degree of efficiency even during continuous operation.

Die Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen angegebene Elektrolyseanordnung gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by the electrolysis arrangement specified in the claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.

Erfindungsgemäß ist eine Elektrolyseanordnung umfassend wenigstens ein Gehäuse mit einem Innenraum, und wenigstens einer im Innenraum des Gehäuses angeordneten Stackanordnung, wobei die Stackanordnung mehrere in eine Stapelrichtung gestapelte Elektrolysezellen umfasst, wobei zumindest einige der Elektrolysezellen jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) und einen Interkonnektor umfassen, und wobei die Membran-Elektroden-Anordnung und der Interkonnektor jeweils eine Sauerstoffseite und eine Wasserstoffseite aufweisen. Die Elektrolyseanordnung zeichnet sich dadurch aus, dass zumindest einige Elektrolysezellen Auflageelemente zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung und dem Interkonnektor aufweisen, und wobei die Auflageelemente derart ausgestaltet und eingerichtet sind, dass sie in einem Betriebszustand der Elektrolyseanordnung zähflüssig und in einem Ruhezustand der Elektrolyseanordnung fest sind.According to the invention, an electrolysis arrangement comprises at least one housing with an interior space and at least one stack arrangement arranged in the interior space of the housing, wherein the stack arrangement comprises a plurality of electrolysis cells stacked in a stacking direction, wherein at least some of the electrolysis cells each comprise a membrane electrode assembly (MEA) and an interconnector, and wherein the membrane electrode assembly and the interconnector each have an oxygen side and a hydrogen side. The electrolysis arrangement is characterized in that at least some electrolysis cells have support elements between the membrane electrode assembly and the interconnector, and wherein the support elements are designed and configured such that they are viscous in an operating state of the electrolysis arrangement and solid in a rest state of the electrolysis arrangement.

Die erfindungsgemäßen Auflageelemente dienen vorrangig der Justierung und Fixierung der MEA in Bezug zu dem Interkonnektor. Auch ein in Stapelrichtung der Stackanordnung weisender Lastfluss aufgrund einer Verspannung der Komponenten der Stackanordnung untereinander, kann mittels der Auflageelemente zumindest teilweise kompensiert werden, sodass die Gefahr einer Beschädigung der MEA reduziert wird. Diese Verspannungszustände innerhalb der Stackanordnung, sind beispielsweise Resultat unterschiedlicher Materialausdehnung der Komponenten der Stackanordnung bei Temperaturänderungen aufgrund unterschiedlicher Wärmeausdehnungskoeffizienten.The support elements according to the invention primarily serve to adjust and fix the MEA relative to the interconnector. A load flow pointing in the stacking direction of the stack arrangement due to tension between the components of the stack arrangement can also be at least partially compensated by the support elements, thus reducing the risk of damage to the MEA. These tension states within the stack arrangement are, for example, the result of different material expansion of the components of the stack arrangement during temperature changes due to different thermal expansion coefficients.

Die Auflageelemente sind vorzugsweise separate Elemente, die zur Herstellung der Stackanordnung zwischen der MEA und den Interkonnektoren platziert werden. Das Material der Auflageelemente ist so gewählt, dass sie im Betriebszustand der Elektrolyseanordnung zähflüssig sind. Damit ist eine gute Kontaktierung der Auflageelemente auf der MEA einerseits und auf dem Interkonnektor andererseits gegeben. Die Auflageelemente sind vorzugsweise zwischen den Sauerstoffseiten von MEA und Interkonnektor angeordnet. Der Übergang zwischen einem zähflüssigen Zustand und einem festen Zustand der Auflageelementen findet beispielsweise an der Glasübergangstemperatur statt. Im Betriebszustand der Elektrolyseanordnung nehmen die Auflageelemente beispielsweise eine Temperatur von über 900°C, insbesondere 950°C an. Im Ruhezustand der Elektrolyseanordnung ist der Elektrolyseprozess gestoppt und die Temperatur der Anordnung liegt unterhalb der Glasübergangstemperatur der Auflageelemente.The support elements are preferably separate elements that are placed between the MEA and the interconnectors to create the stack arrangement. The material of the support elements is selected so that they are viscous in the operating state of the electrolysis arrangement. This ensures good contact between the support elements on the MEA on the one hand and on the interconnector on the other. The support elements are preferably arranged between the oxygen sides of the MEA and the interconnector. The transition between a viscous state and a solid state of the support elements takes place, for example, at the glass transition temperature. In the operating state of the In an electrolysis arrangement, the support elements, for example, assume a temperature of over 900°C, especially 950°C. When the electrolysis arrangement is at rest, the electrolysis process is stopped, and the temperature of the arrangement is below the glass transition temperature of the support elements.

Technisch bewährt hat sich eine Ausgestaltung, nach der die Auflageelemente eine Höhe von ca. 200 µm bis 400 µm aufweisen. Die Auflageelemente weisen vorzugsweise Glas oder Glaskeramik auf.A design with support elements having a height of approximately 200 µm to 400 µm has proven technically successful. The support elements are preferably made of glass or glass ceramic.

Der Interkonnektor einer erfindungsgemäßen Stackanordnung ist in einer bevorzugten Variante ein flaches Bauteil aus Metall. Das Bauteil kann beispielsweise aus dem unter der Bezeichnung Crofer 22 bekannte Material, wie die Werkstoffe 1.4760 X1CrTiLa22 oder 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2, bestehen. Für eine schnelle und kostengünstige Herstellung einer Vielzahl von Interkonnektoren kann vorgesehen sein, dass der Interkonnektor ein ausgestanztes Blech ist. Grundsätzlich ist denkbar, dass die Formgestaltung der plattenförmig ausgebildeten Interkonnektoren frei wählbar ist, also insbesondere rund, kreisrund, oval, viereckig, dreieckig oder dergleichen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Herstellung einer erfindungsgemäßen Stackanordnung begünstigt wird, wenn die Interkonnektoren rechteckig geformt sind. Der plattenförmige Interkonnektor kann somit schnell und leicht orientierbar gestapelt werden.In a preferred variant, the interconnector of a stack arrangement according to the invention is a flat metal component. The component can be made, for example, of the material known under the designation Crofer 22, such as the materials 1.4760 X1CrTiLa22 or 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2. For rapid and cost-effective production of a large number of interconnectors, the interconnector can be a punched sheet. In principle, it is conceivable that the shape of the plate-shaped interconnectors can be freely selected, i.e., in particular, round, circular, oval, square, triangular, or the like. However, it has been shown that the production of a stack arrangement according to the invention is facilitated when the interconnectors are rectangular. The plate-shaped interconnector can thus be stacked quickly and easily orientated.

Der Interkonnektor und die Membran-Elektroden-Anordnung sind plattenförmige Elemente deren flächige Oberflächen jeweils eine Wasserstoff- und Sauerstoffseite definieren. Innerhalb der Stackanordnung sind die Wasserstoffseiten von unmittelbar aufeinander folgend angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen und Interkonnektoren zueinander gewandt. Ebenso sind die Sauerstoffseiten von unmittelbar aufeinander folgend angeordneten Membran-Elektroden-Anordnungen und Interkonnektoren zueinander zugewandt angeordnet, ebenso die Wasserstoffseiten. Während der Elektrolyse entsteht auf der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung Sauerstoff, der durch den zwischen der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung und der Sauerstoffseite des Interkonnektors gebildeten Raum abtransportiert wird. Ein zwischen der Wasserstoffseite einer Membran-Elektroden-Anordnung und eines Interkonnektors geführtes Eduktgas, hierbei Wasserdampf, wird bei der Elektrolyse auf der Wasserstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung in Produktgas, hierbei Wasserstoff, umgewandelt.The interconnector and the membrane electrode assembly are plate-shaped elements whose flat surfaces each define a hydrogen and oxygen side. Within the stack arrangement, the hydrogen sides of directly successive membrane electrode assemblies and interconnectors face each other. Likewise, the oxygen sides of directly successive membrane electrode assemblies and interconnectors face each other, as do the hydrogen sides. During electrolysis, oxygen is produced on the oxygen side of the membrane electrode assembly, which is transported away through the space formed between the oxygen side of the membrane electrode assembly and the oxygen side of the interconnector. A reactant gas, in this case water vapor, guided between the hydrogen side of a membrane electrode assembly and an interconnector is on the hydrogen side of the membrane electrode assembly into product gas, in this case hydrogen.

Der Raum zwischen den Sauerstoffseiten der Interkonnektoren und Membran-Elektroden-Anordnungen ist fluidisch von dem Raum zwischen den Wasserstoffseiten der Interkonnektoren und Membran-Elektroden-Anordnungen getrennt, um eine Vermischung von Wasserstoff und Sauerstoff zu verhindern. Dafür ist daran gedacht, Dichtungen auf der Wasserstoffseite und der Sauerstoffseite zwischen den Interkonnektoren und den Membran-Elektroden-Anordnungen vorzusehen.The space between the oxygen sides of the interconnectors and membrane electrode assemblies is fluidically separated from the space between the hydrogen sides of the interconnectors and membrane electrode assemblies to prevent mixing of hydrogen and oxygen. For this purpose, seals are planned to be provided on the hydrogen side and the oxygen side between the interconnectors and the membrane electrode assemblies.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist daran gedacht, dass auf der Sauerstoffseite zumindest einiger Membran-Elektroden-Anordnungen mindestens eine Schicht vorhanden ist, welche Aussparungen zur Aufnahme der Auflageelemente aufweist, und wobei die die Aussparungen aufweisende Schicht vorzugsweise eine sauerstoffdurchlässige Struktur ist mittels der ein auf der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung freigesetzter Sauerstoff zu einem Seitenrand der Membran-Elektroden-Anordnung hin ableitbar ist.In a preferred embodiment, it is envisaged that on the oxygen side of at least some membrane electrode assemblies there is at least one layer which has recesses for receiving the support elements, and wherein the layer having the recesses is preferably an oxygen-permeable structure by means of which oxygen released on the oxygen side of the membrane electrode assembly can be diverted to a side edge of the membrane electrode assembly.

Die sauerstoffdurchlässige Struktur auf der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung dient zur Ableitung von auf der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung entstehendem Sauerstoff in den Innenraum des Gehäuses. Dafür ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung daran gedacht, dass die sauerstoffdurchlässige Struktur im Bereich wenigstens einer Seitenfläche der Stackanordnung zur Ableitung des Sauerstoffs in den Innenraum des Gehäuses hin offen ausgebildet ist. Denkbar ist, dass die sauerstoffdurchlässige Struktur als Kanalstruktur ausgeführt ist, vorzugsweise eine in im Wesentlichen senkrechter Richtung bezüglich der Richtung einer Eduktgas-Kanalstruktur ausgerichtete Kanalstruktur. Die Kanäle können insbesondere rippenartig ausgebildet sein. Die Kanäle können seitlich durch Kanalstege begrenzt, nach unten durch den Körper der MEA und nach oben hin können die Kanäle offen sein, sodass ein zwischen der MEA und dem darüber angeordneter Interkonnektor entstehender Sauerstoff gerichtet ableitbar ist.The oxygen-permeable structure on the oxygen side of the membrane-electrode assembly serves to discharge oxygen produced on the oxygen side of the membrane-electrode assembly into the interior of the housing. For this purpose, according to a preferred embodiment, the oxygen-permeable structure is open in the region of at least one side surface of the stack assembly to discharge the oxygen into the interior of the housing. It is conceivable that the oxygen-permeable structure is designed as a channel structure, preferably a channel structure oriented essentially perpendicular to the direction of a reactant gas channel structure. The channels can in particular be rib-like. The channels can be delimited laterally by channel webs, downwards by the body of the MEA, and upwards the channels can be open, so that oxygen produced between the MEA and the interconnector arranged above it can be discharged in a directed manner.

Eine Sauerstoffleitung in den Innenraum ist auch möglich, wenn die sauerstoffleitende Struktur als gasdurchlässiges Material, beispielsweise als poröse Keramik oder dergleichen ausgeführt ist. Insbesondere kann die sauerstoffleitende Struktur eine Schicht bzw. eine oder mehrere Beschichtungen der Membran-Elektroden-Anordnung sein. Der Sauerstofftransport kann insbesondere mittels eines Druckgefälles zwischen Innenraum des Gehäuses der Elektrodenanordnung und dem gasführenden Raum zwischen den Sauerstoffseiten von zwei unmittelbar übereinander angeordneter Membran-Elektroden-Anordnungen und Interkonnektoren erwirkt werden.Oxygen conduction into the interior is also possible if the oxygen-conducting structure is designed as a gas-permeable material, for example as a porous ceramic or the like. In particular, the oxygen-conducting structure can be a layer or one or more coatings of the membrane electrode assembly. Oxygen transport can be achieved, in particular, by means of a pressure gradient between the interior of the housing of the electrode assembly and the gas-conducting space between the oxygen sides of two membrane electrode assemblies and interconnectors arranged directly above one another.

Nach einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Auflageelemente und/oder die Aussparungen eine Konturform aufweisen aus der Auswahl kreisrund, kreissegmentförmig, quadratisch, rechteckig, viereckig, dreieckig oder rautenförmig. Die Konturformen der Auflageelemente, also die äußere Kontur der Auflageelemente in einer Ebene parallel zur Ebene der MEA, muss nicht identisch sein zu der Kontur der Aussparungen. Vorzugsweise sind die Auflageelemente zwischen den Sauerstoffseiten von MEA und Interkonnektor angeordnet. Dabei muss gewährleistet sein, dass zwischen den Sauerstoffseiten der MEA und des Interkonnektors Sauerstoff seitlich abgeführt werden kann.According to one embodiment, the support elements and/or the recesses have a contour shape selected from the group consisting of circular, circular segment-shaped, square, rectangular, quadrangular, triangular, or diamond-shaped. The contour shapes of the support elements, i.e., the outer contour of the support elements in a plane parallel to the plane of the MEA, do not have to be identical to the contour of the recesses. Preferably, the support elements are arranged between the oxygen sides of the MEA and the interconnector. It must be ensured that oxygen can be discharged laterally between the oxygen sides of the MEA and the interconnector.

Technisch bewährt hat sich eine Ausgestaltung, nach der die Oberflächengröße der Projektionsfläche eines Auflageelements etwa 5-15% der mit Eduktgas anströmbaren Oberflächengröße der Membran-Elektroden-Anordnungen der Elektrolysezelle beträgt. Als Projektionsfläche eines Auflageelements wird die mittels Orthogonalprojektion in die Ebene der Membran-Elektroden-Anordnungen bzw. des Interkonnektors der Elektrolysezelle projizierte Fläche verstanden.A design that has proven technically successful is one in which the surface area of the projection area of a support element is approximately 5-15% of the surface area of the membrane electrode assemblies of the electrolysis cell that can be exposed to reactant gas. The projection area of a support element is defined as the area projected by orthogonal projection into the plane of the membrane electrode assemblies or the interconnector of the electrolysis cell.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Oberflächengröße der Projektionsfläche der Auflageelemente kleiner ist als die Flächenausdehnung der Aussparungen zur Aufnahme der Auflageelemente. Damit kann auch bei enger Anordnung von Auflageelementen im Randbereich der MEA zwischen den Sauerstoffseiten von MEA und Interkonnektor um die Auflageflächen herum Freiraum entstehen, der zur Ableitung von Sauerstoff dient.Preferably, the surface area of the projection surface of the support elements can be smaller than the surface area of the recesses for accommodating the support elements. This allows for the creation of free space around the support surfaces between the oxygen sides of the MEA and the interconnector, even when support elements are closely arranged in the edge region of the MEA, which serves to dissipate oxygen.

Für die Ausgestaltung der Interkonnektoren ist in einer ersten Variante daran gedacht, dass zumindest einige Interkonnektoren als flächiges, insbesondere plattenförmiges Bauelement ausgebildet sind, die auf der Wasserstoffseite und/oder auf der Sauerstoffseite frei von gasleitenden Strukturen sind, wobei diese Interkonnektoren vorzugsweise als flaches Stahlblech ausgeführt sind. Die Interkonnektoren können Beschichtungen aufweisen, die jedoch keine gasleitende Funktion aufweisen. Beispielsweise kann auf der Sauerstoffseite der Interkonnektoren eine sauerstoffundurchlässige Beschichtung angeordnet sein, die einen Sauerstoffdurchtritt zum metallischen Material des Interkonnektors verhindert, um eine Oxidation des metallischen Materials zu vermindern oder zu verhindern.For the design of the interconnectors, it is envisaged in a first variant that at least some interconnectors are designed as a flat, in particular plate-shaped component, which is free of gas-conducting structures, wherein these interconnectors are preferably designed as flat steel sheets. The interconnectors may have coatings, which, however, do not have a gas-conducting function. For example, an oxygen-impermeable coating may be arranged on the oxygen side of the interconnectors, which prevents oxygen from passing through to the metallic material of the interconnector in order to reduce or prevent oxidation of the metallic material.

Die Interkonnektoren weisen vorzugsweise jeweils zwei Manifoldöffnungen auf, mittels der eine Eduktgas-Manifoldstruktur und eine Produktgas-Manifoldstruktur innerhalb der Stackanordnung ausgebildet wird. Die die Manifoldstrukturen innerhalb der Stackanordnung begrenzenden Manifoldöffnungen der Interkonnektoren sind vorzugsweise vollständig offen, also stegfrei innerhalb ihres äußeren Öffnungsrandes ausgebildet. Jeder Interkonnektor hat dabei vorzugsweise nur genau eine Manifoldöffnung für die Ausbildung der Eduktgas-Manifoldstruktur und genau eine Manifoldöffnung für die Ausbildung der Produktgas-Manifoldstruktur.The interconnectors preferably each have two manifold openings, by means of which a reactant gas manifold structure and a product gas manifold structure are formed within the stack arrangement. The manifold openings of the interconnectors that delimit the manifold structures within the stack arrangement are preferably completely open, i.e., are formed without webs within their outer opening edge. Each interconnector preferably has exactly one manifold opening for forming the reactant gas manifold structure and exactly one manifold opening for forming the product gas manifold structure.

Gemäß einer Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass zumindest einige der Elektrolysezellen ein netzartiges Metallgeflecht, vorzugsweise aufweisend Nickel, insbesondere eine Eisen-Nickel-Legierung, umfassen, das zwischen Membran-Elektroden-Anordnung und Interkonnektor angeordnet ist. Der Anteil von Eisen zu Nickel in dem Metallgeflecht kann zum Beispiel bei 50:50 liegen. Denkbar ist auch die Verwendung einer Eisen-Chrom-Legierung, vorzugsweise das unter der Bezeichnung Crofer 22 bekannte Material, beispielsweise Werkstoff 1.4760 X1CrTiLa22 oder 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2.According to one embodiment, at least some of the electrolysis cells may comprise a mesh-like metal mesh, preferably comprising nickel, in particular an iron-nickel alloy, arranged between the membrane electrode assembly and the interconnector. The ratio of iron to nickel in the metal mesh may, for example, be 50:50. The use of an iron-chromium alloy, preferably the material known as Crofer 22, for example, material 1.4760 X1CrTiLa22 or 1.4755 - X1CrWNbTiLa22-2, is also conceivable.

Die Herstellung einer Stackanordnung kann dadurch erleichtert werden, dass zumindest einige Komponenten der Stackanordnung, wie Membran-Elektroden-Anordnungen, Interkonnektoren, Konnektorplatten, Topplatte und/oder Bodenplatte jeweils ein Orientierungsmerkmal aufweisen mittels dem die Komponenten zur Herstellung der Stackanordnung orientiert, insbesondere nach dem Poka-Yoke-Prinzip, im Stapelverbund ausrichtbar sind.The production of a stack arrangement can be facilitated in that at least some components of the stack arrangement, such as membrane electrode assemblies, interconnectors, connector plates, top plate and/or base plate, each have an orientation feature by means of which the components can be aligned in the stack assembly in order to produce the stack arrangement, in particular according to the poka-yoke principle.

Insbesondere mit einem Orientierungsmerkmal an den Interkonnektoren können diese zur Herstellung des Stapelverbunds der Stackanordnung vorteilhafterweise derart manuell, maschinell oder maschinenunterstützt, insbesondere mittels Poka-Yoke-Prinzip orientiert und angeordnet werden, dass ein bestimmtes Ausrichtungsmuster innerhalb der Stackanordnung erreicht wird. Die Orientierungsmerkmale erleichtern die Erkennung der Orientierung der Komponenten, um Fehler zu mindern oder vollständig zu vermeiden.In particular, with an orientation feature on the interconnectors, these can advantageously be oriented and arranged manually, mechanically, or with machine assistance, in particular using the poka-yoke principle, to produce the stacked assembly of the stack arrangement, in such a way that a specific alignment pattern is achieved within the stack arrangement. The orientation features facilitate the detection of the orientation of the components, thus reducing or completely avoiding errors.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, dass zumindest einige Interkonnektoren in der Stackanordnung anhand von an den Interkonnektoren angeordneten Orientierungsmerkmalen abwechselnd um 180° gedreht gestapelt sind. Die 180°-Drehung kann um die in Stapelrichtung verlaufende Achse erfolgen. Diese Drehung kann beispielsweise erfolgen, um einseitig an einem Rand oder spiegelsymmetrisch an zwei gegenüberliegenden Rändern der Interkonnektoren im Stapelverbund der Stackanordnung mit abwechselnder Platzierung anzuordnen. Beispielsweise können so Kontakteinrichtungen für den Anschluss elektrischer Anschlusskörper derart abwechselnd in der Stackanordnung platziert werden, dass sie für eine spätere Kontaktierung, beispielsweise zum Testen der Funktionalität der Stackanordnung nach dem Fügen, besser zugänglich sind.In particular, it can be provided that at least some interconnectors in the stack arrangement are stacked alternately rotated by 180° based on orientation features arranged on the interconnectors. The 180° rotation can occur about the axis running in the stacking direction. This rotation can occur, for example, in order to arrange the interconnectors in the stack assembly of the stack arrangement on one side at one edge or mirror-symmetrically at two opposite edges with alternating placement. For example, contact devices for connecting electrical connection bodies can be placed alternately in the stack arrangement in such a way that they are more easily accessible for later contacting, for example for testing the functionality of the stack arrangement after joining.

Für eine Einfassung der Stackanordnung, die eine Applikation hoher Druckkräfte auf den Stapelverbund der Stackanordnung erlaubt ist daran gedacht, dass die Stackanordnung in Stapelrichtung oben eine die Stackanordnung nach oben begrenzende Topplatte und in Stapelrichtung unten eine die Stackanordnung nach unten begrenzende Bodenplatte aufweist.For an enclosure of the stack arrangement that allows the application of high compressive forces to the stack composite of the stack arrangement, it is intended that the stack arrangement has a top plate that limits the stack arrangement upwards in the stacking direction and a bottom plate that limits the stack arrangement downwards in the stacking direction.

Als Übergang zwischen einer Bodenplatte und der in Stapelrichtung ersten Elektrolysezelle der Stackanordnung bzw. zwischen der in Stapelrichtung letzten Elektrolysezelle und einer Topplatte der Stackanordnung ist gemäß einer Ausgestaltung daran gedacht, dass zwischen der Topplatte und der in Stapelrichtung letzten, unterhalb der Topplatte angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung eine Konnektorplatte angeordnet ist und/oder dass zwischen der Bodenplatte und der in Stapelrichtung ersten, oberhalb der Bodenplatte angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung eine Konnektorplatte angeordnet ist.As a transition between a base plate and the first electrolysis cell of the stack arrangement in the stacking direction or between the last electrolysis cell in the stacking direction and a top plate of the stack arrangement, according to one embodiment it is envisaged that a connector plate is arranged between the top plate and the last membrane electrode arrangement in the stacking direction, arranged below the top plate, and/or that a connector plate is arranged between the base plate and the first membrane electrode arrangement in the stacking direction, arranged above the base plate.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Konnektorplatte als ein plattenförmiges Blech ausgeführt ist, wobei die äußere Konturform der Konnektorplatte zumindest im Wesentlichen der Konturform des in Stapelrichtung benachbart zu der Konnektorplatte angeordneten Interkonnektors entspricht, und wobei die Konnektorplatte vorzugsweise frei von gasleitenden Strukturen ist.According to a preferred embodiment, it is provided that the connector plate is designed as a plate-shaped sheet, wherein the outer contour shape of the connector plate corresponds at least substantially to the contour shape of the interconnector arranged adjacent to the connector plate in the stacking direction, and wherein the connector plate is preferably free of gas-conducting structures.

Eine derartige Konnektorplatte, die vorzugsweise eine der Interkonnektoren entsprechende Konturform aufweist, kann verschiedene Funktionen erfüllen. Einerseits kann die Konnektorplatte eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Bodenplatte bzw. Topplatte und der ersten bzw. letzten Elektrolysezelle herstellen. Außerdem kann die Konnektorplatte dazu ausgebildet und eingerichtet sein, insbesondere in Stapelrichtung gerichtete mechanische Spannungen in der Stackanordnung aufzunehmen und zu kompensieren. Damit kann die Gefahr von Spannungsrissen in den Elektrolysezellen der Stackanordnung und insbesondere in den Membran-Elektroden-Anordnungen der Elektrolysezellen verringert werden. Insbesondere kann die Konnektorplatte dazu dienen, Unebenheiten der übereinander angeordneten Elektrolysezellen, die eine elektrische Kontaktierung mit der Top- oder Bodenplatte verringern können, auszugleichen. Diese Unebenheiten können zum Beispiel durch ein Fügen der Stackanordnung bei seiner Montage entstehen. Die Konnektorplatte stellt aufgrund ihrer Flexibilität im Vergleich zur Top- oder Bodenplatte einen flächigen Kontakt zum Stapel der Elektrolysezellen her, wobei die Konnektorplatte wiederum mit der Top- oder Bodenplatte elektrisch in Kontakt ist.Such a connector plate, which preferably has a contour shape corresponding to the interconnectors, can fulfill various functions. On the one hand, the connector plate can establish an electrically conductive connection between the base plate or top plate and the first or last electrolysis cell. Furthermore, the connector plate can be designed and configured to absorb and compensate for mechanical stresses in the stack arrangement, particularly those directed in the stacking direction. This can reduce the risk of stress cracks in the electrolysis cells of the stack arrangement and in particular in the membrane-electrode assemblies of the electrolysis cells. In particular, the connector plate can serve to compensate for unevenness of the electrolysis cells arranged one above the other, which can reduce electrical contact with the top or base plate. These unevennesses can arise, for example, from joining the stack arrangement during its assembly. Due to its flexibility compared to the top or base plate, the connector plate establishes a flat contact with the stack of electrolysis cells, whereby the connector plate, in turn, is in electrical contact with the top or base plate.

Eine zwischen der Bodenplatte und der in Stapelrichtung ersten Elektrolysezelle oberhalb der Bodenplatte angeordnete Konnektorplatte weist vorzugsweise Manifoldöffnungen auf, wenn sie die Eduktgas-Öffnung bzw. die Produktgasöffnung der Bodenplatte überdeckt. Grundsätzlich kann die Konnektorplatte die gleichen Außenmaße, insbesondere die gleichen Dickenmaße wie ein Interkonnektor aufweisen. Sie kann aber insbesondere auch dicker oder dünner sein als Interkonnektor. Vorzugsweise sind Interkonnektoren und Konnektorplatten vom gleichen Material. Eine Konnektorplatte ist vorzugsweise elektrisch leitend, derart, dass zwischen Konnektorplatte und Bodenpatte bzw. Topplatte eine elektrische Kontaktierung hergestellt wird.A connector plate arranged between the base plate and the first electrolysis cell above the base plate in the stacking direction preferably has manifold openings if it covers the reactant gas opening or the product gas opening of the base plate. In principle, the connector plate can have the same external dimensions, in particular the same thickness, as an interconnector. However, it can also be thicker or thinner than the interconnector. Interconnectors and connector plates are preferably made of the same material. A connector plate is preferably electrically conductive, such that an electrical contact is established between the connector plate and the base plate or top plate.

Die Konnektorplatte kann unter anderem dazu dienen, mechanische über die Querschnittsfläche der Stackanordnung senkrecht zur Stapelrichtung gesehen unterschiedliche Druckkräfte zu kompensieren. Beispielsweise können aufgrund einer etwa mittig zu einem Interkonnektor angeordneten MEA mittig in der Stackanordnung höhere Druckkräfte auftreten als im Randbereich der Stackanordnung. Entsprechend kann vorgesehen sein, die Konnektorplatte in ihrem Randbereich dicker auszugestalten als in ihrem Mittenbereich.The connector plate can serve, among other things, to compensate for mechanical compressive forces that vary across the cross-sectional area of the stack arrangement perpendicular to the stacking direction. For example, due to an MEA positioned approximately centrally to an interconnector, higher compressive forces can occur in the center of the stack arrangement than in the edge region of the stack arrangement. Accordingly, the connector plate can be designed to be thicker in its edge region than in its center region.

Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Konnektorplatte, und/oder die Topplatte und/oder die Bodenplatte eine Beschichtung aufweist, wobei die Beschichtung eine halbleitende Oxid-Keramik umfasst, insbesondere eine Keramik aufweisend Lanthan (La), Strontium (Sr), Mangan (Mn) und/oder Cobalt (Co), vorzugsweise Lanthan-Strontium-Mangan-Cobalt (LSMC), Mangan Cobalt Eisenoxid (MCF), Lanthan Strontium Manganit (LSM), Lanthan-Strontium-Cobalt-Eisenoxid (LSCF) oder Lanthan-Mangan-Cobalt (LMC).According to one embodiment, it is provided that the connector plate, and/or the top plate and/or the base plate has a coating, wherein the coating comprises a semiconducting oxide ceramic, in particular a ceramic comprising lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn) and/or cobalt (Co), preferably lanthanum-strontium-manganese-cobalt (LSMC), manganese cobalt iron oxide (MCF), lanthanum strontium manganese (LSM), lanthanum-strontium-cobalt iron oxide (LSCF) or lanthanum-manganese-cobalt (LMC).

Hinsichtlich der Beschichtung der Konnektorplatte ist daran gedacht, dass die Konnektorplatte mindestens auf einer Seite zumindest bereichsweise eine Beschichtung aufweist, insbesondere derart, dass mehrere voneinander beabstandete Oberflächenbereiche der Konnektorplatte beschichtet sind, vorzugsweise in Form eines Schachbrettmusters. Die freien Bereiche zwischen den Beschichtungszonen können helfen einen hohen Binderanteil in der Beschichtung bei der Abbindung der Schicht beispielsweise in einem Fügeprozess bei der Herstellung der Stackanordnung entweichen zu lassen. Ohne ausreichende Möglichkeit für ein Entweichen des Binderanteils beispielsweise mittels der freien Bereiche zwischen den Beschichtungszonen kann es zu Porenbildung oder unerwünschten Höhenunterschieden auf der Konnektorplatte nach dem Abbinden der Beschichtung kommen.With regard to the coating of the connector plate, it is envisaged that the connector plate has a coating on at least one side, at least in some areas, in particular such that several spaced-apart surface areas of the connector plate are coated, preferably in the form of a checkerboard pattern. The free areas between the coating zones can help to allow a high binder content in the coating to escape during the curing of the layer, for example, in a joining process during the production of the stack arrangement. Without sufficient opportunity for the binder content to escape, for example via the free areas between the coating zones, pore formation or undesirable height differences on the connector plate can occur after the coating has cured.

Zur Unterstützung eines Fügeprozesses bei der Herstellung der erfindungsgemäßen Stackanordnung und zur Aufrechthaltung einer Spannkraft zwischen der Bodenplatte und der Topplatte der Stackanordnung kann vorgesehen sein, dass die Topplatte und die Bodenplatte jeweils Spanneinrichtungen aufweisen, insbesondere in Form von jeweils am Randbereich der Topplatte und der Bodenplatte nach außen ragenden Halteelementen, derart dass außen an der Stackanordnung in einem Abstand zur Stackanordnung Spannmittel zwischen den Spanneinrichtungen der Topplatte und der Bodenplatte angeordnet werden können, mittels der eine zwischen Topplatte und Bodenplatte entlang der Stapelrichtungsachse wirkende Zugkraft aufbringbar ist.To support a joining process during the production of the stack arrangement according to the invention and to maintain a clamping force between the base plate and the top plate of the stack arrangement, it can be provided that the top plate and the base plate each have clamping devices, in particular in the form of holding elements projecting outwards at the edge region of the top plate and the base plate, such that clamping means can be arranged on the outside of the stack arrangement at a distance from the stack arrangement between the clamping devices of the top plate and the base plate, by means of which a tensile force acting between the top plate and the base plate along the stacking direction axis can be applied.

Die Spanneinrichtungen können insbesondere derart angeordnet sein, dass die Halteelemente in Stapelrichtung oben und unten fluchten. Somit lässt sich leicht ein parallel zur Achse der Stapelrichtung verlaufendes Spannmittel an den Haltelementen befestigen, mit dem eine parallel zur Stapelrichtungsachse verlaufende Zugkraft zwischen Topplatte und Bodenplatte aufbringbar ist. Denkbar ist, dass die Halteelemente der Bodenplatte und/oder der Topplatte Bohrungen zur Aufnahme bzw. Befestigung von Spannmitteln aufweisen. Als Spannmittel können beispielsweise ein Stab/Stäbe oder ein Gurt dienen, der mit den Halteelementen der Topplatte und der Bodenplatte verbunden wird. Für die Anordnung von Spannmitteln zwischen Topplatte und Bodenplatte ist darauf zu achten, dass die Spannmittel keinen Potentialausgleich zwischen Topplatte und Bodenplatte bzw. mit in der Stackanordnung angeordneten Interkonnektoren herstellen. Die Spannmittel sollten also zumindest im Kontaktbereich der Spanneinrichtungen von Topplatte und/oder Bodenplatte elektrisch isoliert bzw. nicht leitfähig sein.The clamping devices can in particular be arranged such that the holding elements are aligned at the top and bottom in the stacking direction. This makes it easy to attach a clamping device running parallel to the stacking axis to the holding elements, with which a tensile force running parallel to the stacking direction axis can be applied between the top plate and the base plate. It is conceivable that the holding elements of the base plate and/or the top plate have holes for receiving or attaching clamping devices. The clamping device can be, for example, a rod(s) or a belt that is connected to the holding elements of the top plate and the base plate. When arranging clamping devices between the top plate and the base plate, care must be taken to ensure that the clamping devices do not create a potential equalization between the top plate and the base plate or with interconnectors arranged in the stack arrangement. The clamping devices should therefore be electrically insulated or non-conductive, at least in the contact area of the clamping devices on the top plate and/or the base plate.

Für die elektrische Kontaktierung von Topplatte bzw. Bodenplatte, insbesondere zur Einspeisung einer für den Elektrolyseprozess nötigen elektrischen Energie in die Stackanordnung ist daran gedacht, dass die Topplatte und/oder die Bodenplatte Kontakteinrichtungen zur elektrischen Kontaktierung der Topplatte und/oder der Bodenplatte aufweisen. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist daran gedacht, dass die Kontakteinrichtungen mittels der Spanneinrichtungen ausgebildet sind.For the electrical contacting of the top plate and/or the base plate, in particular for supplying the electrical energy required for the electrolysis process to the stack arrangement, it is envisaged that the top plate and/or the base plate have contact devices for electrically contacting the top plate and/or the base plate. In a particularly advantageous embodiment, the contact devices are formed by means of the clamping devices.

Für eine elektrische Kontaktierung der Interkonnektoren, zum Beispiel zur messtechnischen Erfassung des elektrischen Potentials einer Elektrolysezelle kann vorgesehen sein, dass zumindest einige der Interkonnektoren in ihrem Randbereich mindestens eine Kontakteinrichtung aufweisen, die elektrisch leitend mit dem Interkonnektor verbunden ist.For electrical contacting of the interconnectors, for example for measuring the electrical potential of an electrolysis cell, it can be provided that at least some of the interconnectors have at least one contact device in their edge region, which is electrically conductively connected to the interconnector.

Für die Ausgestaltung der Kontakteinrichtungen der Interkonnektoren sind grundsätzlich verschiedene Ausgestaltungen denkbar. Vorzugsweise ist jedenfalls daran gedacht, dass die Kontakteinrichtungen derart eingerichtet und ausgebildet sind, dass auch in einem eng gestapelten Stapelverbund der Stackanordnung Messmittel einfach und unter geringer Gefahr einer elektrischen Überbrückung gestapelter Interkonnektoren ermöglicht ist. Gemäß einer ersten Variante kann vorgesehen sein, dass die Kontakteinrichtung ein in den Randbereich des Interkonnektors eingearbeitetes Loch, insbesondere ein Langloch umfasst. Mit einem Loch bzw. Langloch, insbesondere in Stapelrichtung gesehen durch den Interkonnektor hindurch, können dafür geeignete Messmittel schnell und einfach, insbesondere kraft- und/oder formschlüssig mit dem Interkonnektor verbunden werden. Die Kontakteinrichtungen können am Seitenrand der Stackanordnung seitlich nach außen abstehen, um eine leichte Kontaktierung zu unterstützen. Vorzugsweise können die Kontakteinrichtungen jedoch derart angeordnet sein, dass sie innerhalb des Seitenrandes der Stackanordnung angeordnet sind. Die Seitenkontur der Stackanordnung zwischen Topplatte und Bodenplatte ist in seiner Orthogonalprojektion auf eine Ebene senkrecht zur Stapelrichtung beispielsweise etwa rechteckförmig mit vier geraden Seitenkanten ausgebildet.In principle, various designs are conceivable for the design of the contact devices of the interconnectors. Preferably, the contact devices are designed and constructed in such a way that even in a narrow stacked stack assembly of the stack arrangement, measuring equipment is made possible easily and with little risk of electrical bridging of stacked interconnectors. According to a first variant, it can be provided that the contact device comprises a hole, in particular an elongated hole, machined into the edge region of the interconnector. With a hole or elongated hole, in particular through the interconnector as seen in the stacking direction, suitable measuring equipment can be connected to the interconnector quickly and easily, in particular in a force-fitting and/or form-fitting manner. The contact devices can protrude laterally outwards at the side edge of the stack arrangement in order to support easy contacting. Preferably, however, the contact devices can be arranged such that they are arranged within the side edge of the stack arrangement. The side contour of the stack arrangement between the top plate and the base plate is, for example, approximately rectangular with four straight side edges in its orthogonal projection onto a plane perpendicular to the stacking direction.

Um eine schnelle Kontaktierung zu ermöglichen und die Gefahr einer ungewollten elektrischen Überbrückung übereinandergestapelter Interkonnektoren zu verringern ist daran gedacht, dass die jeweils mindestens eine Kontakteinrichtung aufweisenden Interkonnektoren derart ausgebildet und/oder innerhalb der Stackanordnung angeordnet sind, dass die Kontakteinrichtungen der Interkonnektoren zweier übereinandergestapelter Elektrolysezellen quer zur Stapelrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.In order to enable rapid contacting and to reduce the risk of unwanted electrical bridging of interconnectors stacked on top of one another, it is envisaged that the interconnectors, each having at least one contact device, are designed and/or arranged within the stack arrangement in such a way that the contact devices of the interconnectors of two electrolysis cells stacked on top of one another are arranged offset from one another transversely to the stacking direction.

Zur weiteren Verbesserung einer schnellen und sicheren Kontaktierung der Interkonnektoren kann vorgesehen sein, dass die Interkonnektoren in ihren Randbereichen Aussparungen aufweisen, die in Stapelrichtung der Stackanordnung jeweils fluchtend mit der Kontakteinrichtung eines direkt oberhalb und unterhalb angeordneten Interkonnektors angeordnet sind. Somit ist die Kontakteinrichtung eines Interkonnektors prominent gegenüber den Kontakteinrichtungen seiner unmittelbaren Nachbarn im Stapelverbund und es wird eine zielsichere Kontaktierung unterstützt.To further improve fast and reliable contacting of the interconnectors, the interconnectors can be provided with recesses in their edge regions, which are aligned in the stacking direction of the stack arrangement with the contact device of an interconnector arranged directly above and below. Thus, the contact device of an interconnector is prominent compared to the contact devices of its immediate neighbors in the stack assembly, supporting accurate contacting.

Zur Begriffsbestimmung sei Folgendes angemerkt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung ist mit dem Begriff "Interkonnektor" sowohl ein Interkonnektor als auch eine Bipolarplatte gemeint. Die in dieser Anmeldung enthaltenen Ausführungen zu Interkonnektoren gelten entsprechend auch für Bipolarplatten. Als Hochtemperaturelektrolyse wird im Rahmen der vorliegenden Anmeldung eine Elektrolyse im Temperaturbereich zwischen 600 °C und 1000 °C, insbesondere 800 °C und 950 °C gemeint. Jedoch ist die Hochtemperaturanalyse nicht auf diesen Temperaturbereich beschränkt, sondern kann auch bei höheren Temperaturen beispielsweise bis 1400°C durchgeführt werden.Regarding the definition, the following should be noted: In the context of this application, the term "interconnector" refers to both an interconnector and a bipolar plate. The statements regarding interconnectors contained in this application apply This also applies to bipolar plates. For the purposes of this application, high-temperature electrolysis refers to electrolysis in the temperature range between 600°C and 1000°C, in particular between 800°C and 950°C. However, high-temperature analysis is not limited to this temperature range, but can also be carried out at higher temperatures, for example, up to 1400°C.

Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1
eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanordnung,
Fig. 2
eine vereinfachte Explosionsdarstellung einer bevorzugten Variante von MEA, Interkonnektoren und Glasdichtungen einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanordnung,
Fig. 3
eine vereinfachte Explosionsdarstellung eines generellen Aufbaus einer Stackanordnung einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanordnung,
Fig. 4a, 4b, 4c
eine vereinfachte Schnittdarstellung einer der Länge nach halbierten Stackanordnung mit sich verjüngender Manifoldstruktur,
Fig. 5
eine vereinfachte Explosionsdarstellung von gestapelten Interkonnektoren,
Fig. 6a, 6b
eine Detailansicht von Glasdichtungen auf einem Interkonnektor,
Fig. 7
eine Konnektorplatte, und
Fig. 8
eine stark schematisierte Schnittdarstellung von Kanalquerschnitten auf einem Interkonnektor.
The present invention is explained in more detail with reference to the following drawings.
Fig. 1
a highly schematic representation of an electrolysis arrangement according to the invention,
Fig. 2
a simplified exploded view of a preferred variant of MEA, interconnectors and glass seals of an electrolysis arrangement according to the invention,
Fig. 3
a simplified exploded view of a general structure of a stack arrangement of an electrolysis arrangement according to the invention,
Fig. 4a, 4b, 4c
a simplified sectional view of a stack arrangement halved lengthwise with a tapered manifold structure,
Fig. 5
a simplified exploded view of stacked interconnectors,
Fig. 6a, 6b
a detailed view of glass seals on an interconnector,
Fig. 7
a connector plate, and
Fig. 8
a highly schematic sectional view of channel cross-sections on an interconnector.

Figur 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung eine erfindungsgemäße Elektrolyseanordnung 10 mit einem Gehäuse 12 und einer im Innenraum 14 des Gehäuses 12 angeordneten Stackanordnung 16. Die Stackanordnung 16 umfasst mehrere Elektrolysezellen 18, die im vorliegenden Beispiel in Stapelrichtung S unten von einer Bodenplatte 42 und oben von einer Topplatte 40 eingefasst sind. Gestrichelt sind eine Eduktgas-Manifoldstruktur 66 und eine Produktgas-Manifoldstruktur 68 angedeutet. Innerhalb der Eduktgas-Manifoldstruktur 66 wird ein Eduktgas, wie Wasserdampf (H2O(g)) in die Stackanordnung 16 hineingeleitet und an die Elektrolysezellen 18 hingeführt. In der Produktgas-Manifoldstruktur 68 wird ein Produktgas, wie Wasserstoff (H2), von den Elektrolysezellen 18 weggeführt und aus der Stackanordnung 16 herausgeleitet. Figure 1 shows a highly schematic representation of an electrolysis arrangement 10 according to the invention with a housing 12 and a stack arrangement 16 arranged in the interior 14 of the housing 12. The stack arrangement 16 comprises a plurality of electrolysis cells 18, which in the present example are enclosed in the stacking direction S at the bottom by a base plate 42 and at the top by a top plate 40. A reactant gas manifold structure 66 and a product gas manifold structure 68 are indicated by dashed lines. Within the reactant gas manifold structure 66, a reactant gas, such as water vapor (H 2 O(g)), is introduced into the stack arrangement 16 and fed to the electrolysis cells 18. In the product gas manifold structure 68, a product gas, such as hydrogen (H 2 ), is led away from the electrolysis cells 18 and out of the stack arrangement 16.

Figur 2 zeigt eine Explosionsdarstellung einer bevorzugten Variante einer Elektrolysezelle, bestehend aus einer Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) 20, einem Interkonnektor 22 sowie einer oberhalb des Interkonnektors 22 angeordneten Glasdichtung 46 und zweier unterhalb des Interkonnektors 22 angeordneter Glasdichtungen 44. Die plattenförmig ausgebildete MEA 20 weist eine Wasserstoffseite (nicht gezeigte Unterseite) und eine Sauerstoffseite (gezeigte Oberseite) auf. Auch der ebenfalls etwa plattenförmig ausgebildete Interkonnektor 22 weist eine Wasserstoffseite (gezeigte Oberseite) und eine Sauerstoffseite (nicht gezeigte Unterseite) auf. Die Sauerstoffseite des Interkonnektors 22 liegt im zusammengesetzten Zustand der Elektrolysezelle auf der Sauerstoffseite der MEA 20 auf. Zur Ausbildung einer Stackanordnung 16 (vgl. Fig. 1 oder Fig. 3) werden mehrere Elektrolysezellen 18 in eine Stapelrichtung S übereinandergestapelt. Entsprechend schließt sich auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 eine MEA 20 an. Die sich anschließende MEA 20 eines in Stapelrichtung S unmittelbar folgend oberhalb angeordneten Elektrolysezelle 18 liegt mit ihrer Wasserstoffseite auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 der direkt unterhalb angeordneten Elektrolysezelle 18. Figure 2 shows an exploded view of a preferred variant of an electrolysis cell, consisting of a membrane electrode assembly (MEA) 20, an interconnector 22, a glass seal 46 arranged above the interconnector 22, and two glass seals 44 arranged below the interconnector 22. The plate-shaped MEA 20 has a hydrogen side (bottom side not shown) and an oxygen side (top side shown). The interconnector 22, which is also approximately plate-shaped, also has a hydrogen side (top side shown) and an oxygen side (bottom side not shown). The oxygen side of the interconnector 22 lies on the oxygen side of the MEA 20 in the assembled state of the electrolysis cell. To form a stack arrangement 16 (cf. Fig. 1 or Fig. 3 ), several electrolysis cells 18 are stacked one above the other in a stacking direction S. Accordingly, an MEA 20 is connected to the hydrogen side of the interconnector 22. The subsequent MEA 20 of an electrolysis cell 18 arranged immediately above in the stacking direction S lies with its hydrogen side on the hydrogen side of the interconnector 22 of the electrolysis cell 18 arranged directly below.

Der Interkonnektor 22 weist zwei Manifoldöffnungen 28, 30 auf, wobei eine erste Manifoldöffnung 28 für die Führung von Eduktgas dient und wobei die zweite Manifoldöffnung 30 für die Führung von Produktgas dient. Auf der Sauerstoffseite des Interkonnektors 22 sind zwei Glasdichtungen 44 jeweils um den Öffnungsrand der Manifoldöffnungen 28, 30 herum angeordnet. Die Glasdichtungen 44 dichten die Manifoldöffnungen 28, 30 zweier übereinandergestapelter Elektrolysezellen 18 derart ab, dass ein Eduktgasstrom bzw. der Produktgasstrom jeweils durch eine mittels der Manifoldöffnungen 28, 30 übereinandergestapelter Elektrolysezellen 18 ausgebildete Eduktgas-Manifoldstruktur 66 bzw. Produktgas-Manifoldstruktur 68 geführt wird. Die einzelnen Elektrolysezellen 18 sind darüber hinaus derart ausgestaltet, dass ein in einer Eduktgas-Manifoldstruktur 66 geführter Eduktgasstrom von dort auf die Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 geführt werden kann. Auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 kommt der Eduktgasstrom für den Elektrolysevorgang mit der Wasserstoffseite einer auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 aufliegenden MEA 20 in Kontakt. Bei dem Elektrolysevorgang wird das Eduktgas zwischen der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 und der Wasserstoffseite der MEA 20 in Produktgas gewandelt. Das entstehende Produktgas wird auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 weiter bis in die für die Führung von Produktgas vorgesehene Manifoldöffnung 30 des Interkonnektors 22 geführt.The interconnector 22 has two manifold openings 28, 30, a first manifold opening 28 serving to guide reactant gas and a second manifold opening 30 serving to guide product gas. On the oxygen side of the interconnector 22, two glass seals 44 are arranged around the opening edge of the manifold openings 28, 30. The glass seals 44 seal the manifold openings 28, 30 of two stacked electrolysis cells 18 in such a way that a reactant gas stream or the product gas stream is respectively guided through a reactant gas manifold structure 66 or product gas manifold structure 68 formed by the manifold openings 28, 30 of stacked electrolysis cells 18. The individual electrolysis cells 18 are furthermore designed such that a reactant gas flow guided in a reactant gas manifold structure 66 can be guided from there to the hydrogen side of the interconnector 22. On the hydrogen side of the interconnector 22, the reactant gas flow for the electrolysis process comes into contact with the hydrogen side of a manifold structure 66 arranged on the hydrogen side of the interconnector. 22. During the electrolysis process, the reactant gas is converted into product gas between the hydrogen side of the interconnector 22 and the hydrogen side of the MEA 20. The resulting product gas is further conducted on the hydrogen side of the interconnector 22 into the manifold opening 30 of the interconnector 22, which is provided for the conduction of product gas.

Zur Führung von Eduktgas aus der das Eduktgas führenden Manifoldöffnung 28 des Interkonnektors 22 kann - wie im gezeigten Beispiel - auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 eine Eduktgas-Leitungsstruktur 32 ausgebildet sein. Die Kanalstruktur auf dem Interkonnektor 22 kann 60 bis 100 Kanäle aufweisen, um eine feine, laminare Strömung zu realisieren.To guide reactant gas from the manifold opening 28 of the interconnector 22, an reactant gas line structure 32 can be formed on the hydrogen side of the interconnector 22—as in the example shown. The channel structure on the interconnector 22 can have 60 to 100 channels to achieve a fine, laminar flow.

Wie in Fig. 2 ebenfalls angedeutet, kann auf der Sauerstoffseite der MEA 20 eine als Kanalstruktur ausgebildete sauerstoffdurchlässige Struktur 34 zur Führung von dort erzeugtem Sauerstoff ausgebildet sein. Die sauerstoffdurchlässige Struktur 34 kann derart ausgebildet und eingerichtet sein, dass der Sauerstoff in seitliche Richtung, quer zur Ausrichtung der Eduktgas-Leitungsstruktur 32, abgeleitet wird. Die Elektrolysezelle 18 ist derart ausgestaltet, dass in einer gestapelten Anordnung mehrerer Elektrolysezellen 18 zur Ausbildung einer Stackanordnung 16 der Sauerstoff aus der Stackanordnung 16 in den Innenraum 14 des Gehäuses 12 entlassen wird.As in Fig. 2 As also indicated, an oxygen-permeable structure 34 designed as a channel structure for guiding the oxygen generated there can be formed on the oxygen side of the MEA 20. The oxygen-permeable structure 34 can be designed and configured such that the oxygen is discharged in a lateral direction, transverse to the orientation of the reactant gas line structure 32. The electrolysis cell 18 is configured such that, in a stacked arrangement of several electrolysis cells 18 to form a stack arrangement 16, the oxygen is released from the stack arrangement 16 into the interior 14 of the housing 12.

Glasdichtungen 44, 46 auf der Wasserstoffseite und auf der Sauerstoffseite des Interkonnektors 22 sorgen für eine gasdichte Abdichtung von in einer Stackanordnung 16 gestapelter Elektrolysezellen 18 untereinander, insbesondere der Interkonnektoren 22 direkt benachbarter Elektrolysezellen 18 untereinander, derart dass die Eduktgas-Manifoldstruktur 66 und die Produktgas-Manifoldstruktur 68 gegenüber dem Innenraum 14 des Gehäuses 12 fluidisch voneinander getrennt sind. Die Glasdichtung 46 auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 ist derart angeordnet, dass sie den Interkonnektor 22 im Randbereich seiner Wasserstoffseite vollumfänglich umläuft. Im zusammengesetzten Zustand der Stackanordnung 16 dichtet die Glasdichtung 44 einen in Stapelrichtung S ersten Interkonnektor 22 auf seiner Wasserstoffseite gegen einen in Stapelrichtung S angrenzend angeordneten zweiten Interkonnektor 22 auf dessen Sauerstoffseite ab. Die Glasdichtungen 44, 46 wirken derart mit den Interkonnektoren 22 gestapelter Elektrolysezellen 18 zusammen, dass zum einen zwischen den Wasserstoffseiten direkt aufeinander angeordneter MEA 20 und Interkonnektor 22 eine die Eduktgas-Manifoldstruktur 66 für das Eduktgas und die Produktgas-Manifoldstruktur 68 für das Produktgas fluidisch leitende Verbindung ausgebildet ist. Des Weiteren wirken die Glasdichtungen 44, 46 derart mit den Interkonnektoren 22 gestapelter Elektrolysezellen 18 zusammen, dass der Zwischenraum zwischen den Sauerstoffseiten direkt aufeinander angeordneter MEA 20 und Interkonnektor 22 fluidisch leitend mit dem Innenraum 14 des Gehäuses 12 einer Elektrolyseanordnung 10 verbunden ist.Glass seals 44, 46 on the hydrogen side and on the oxygen side of the interconnector 22 ensure a gas-tight seal between electrolysis cells 18 stacked in a stack arrangement 16, in particular between the interconnectors 22 of directly adjacent electrolysis cells 18, such that the reactant gas manifold structure 66 and the product gas manifold structure 68 are fluidically separated from one another with respect to the interior 14 of the housing 12. The glass seal 46 on the hydrogen side of the interconnector 22 is arranged such that it completely surrounds the interconnector 22 in the edge region of its hydrogen side. In the assembled state of the stack arrangement 16, the glass seal 44 seals a first interconnector 22, in the stacking direction S, on its hydrogen side, from a second interconnector 22, arranged adjacently in the stacking direction S, on its oxygen side. The glass seals 44, 46 interact with the interconnectors 22 stacked electrolysis cells 18 such that, on the one hand, a fluidically conductive connection is formed between the hydrogen sides of the directly stacked MEA 20 and interconnector 22, the reactant gas manifold structure 66 for the reactant gas, and the product gas manifold structure 68 for the product gas. Furthermore, the glass seals 44, 46 interact with the interconnectors 22 of stacked electrolysis cells 18 such that the intermediate space between the oxygen sides of the directly stacked MEA 20 and interconnector 22 is fluidically conductively connected to the interior 14 of the housing 12 of an electrolysis arrangement 10.

Auf der Sauerstoffseite der MEA 20 können - wie in Fig. 2 gezeigt - zwischen der MEA 20 und dem Interkonnektor 22 Auflageelemente 48 vorgesehen sein, die einem mechanischen Spannungsausgleich zwischen MEA 20 und Interkonnektor 22 dienen, insbesondere hervorgerufen durch Temperaturunterschiede. Vorzugsweise sind die Auflageelemente 48 aus Glas oder einer Glaskeramik und werden daher auch Glaspins genannt. Wenn sich die Elektrolysezelle 18 erwärmt, entsteht durch die unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungskoeffizienten der unterschiedlichen Materialien der verschiedenen Komponenten der Elektrolysezelle 18 mechanische Spannungen. Die MEA 20 ist mit einer Dicke von weit unter einem Millimeter, zum Beispiel 80 µm, vorzugsweise 30 µm, eine fragile Struktur, die bei mechanischer Belastung reißen oder brechen kann, insbesondere punktuelle Drucklast führt zu Brüchen in der MEA 20. Die Auflageelemente 48 sorgen gemeinsam mit den Dichtungen 44, 46 dafür, eine Wölbung der MEA 20 bei Erwärmung der Elektrolysezelle 18 zu vermindern. Die Auflageelemente 48 können zumindest bereichsweise in Aussparungen 64 der MEA 20 angeordnet sein, wobei die Aussparungen 64 vorzugsweise nichtdurchdringend in die MEA 20 eingearbeitet sind. Die Aussparungen 64 sind dabei vorzugsweise in eine erste Schicht der MEA 20 eingearbeitet. Alternativ werden die Aussparungen 64 dadurch gebildet, dass mehrere Schichten auf die MEA 20 aufgebracht werden und dabei bereichsweise Schichten nicht aufgetragen werden.On the oxygen side of the MEA 20, as in Fig. 2 shown - between the MEA 20 and the interconnector 22, support elements 48 can be provided, which serve to mechanically equalize stresses between the MEA 20 and the interconnector 22, in particular caused by temperature differences. The support elements 48 are preferably made of glass or a glass ceramic and are therefore also called glass pins. When the electrolysis cell 18 heats up, mechanical stresses arise due to the different thermal expansion coefficients of the different materials of the various components of the electrolysis cell 18. With a thickness of well under one millimeter, for example 80 µm, preferably 30 µm, the MEA 20 is a fragile structure that can tear or break under mechanical stress; in particular, point pressure loads lead to fractures in the MEA 20. The support elements 48, together with the seals 44, 46, ensure that any warping of the MEA 20 when the electrolysis cell 18 heats up. The support elements 48 can be arranged at least in regions in recesses 64 of the MEA 20, wherein the recesses 64 are preferably incorporated non-penetratively into the MEA 20. The recesses 64 are preferably incorporated into a first layer of the MEA 20. Alternatively, the recesses 64 are formed by applying multiple layers to the MEA 20, with certain layers not being applied in certain regions.

Figur 3 zeigt eine vereinfachte Explosionsdarstellung in schematischer Art des generellen Aufbaus einer Stackanordnung 16. In dem in Figur 3 gezeigten Beispiel weist die Stackanordnung 16 drei MEAs 20, also drei Ebenen auf. Die erfindungsgemäße Stackanordnung 16 kann alternativ auch weniger oder mehr MEAs 20 und somit entsprechend mehr Ebenen umfassen. Die Anzahl der Ebenen richtet sich nach der gewünschten Leistungsfähigkeit der Elektrolyseanordnung 10. Deckenseitig oberhalb der in Stapelrichtung S letzten MEA 20 schließt die Stackanordnung 16 mit einer Topplatte 40 ab. Bodenseitig unterhalb der in Stapelrichtung ersten MEA 20 schließt die Stackanordnung 16 mit einer Bodenplatte 42 ab. Figure 3 shows a simplified exploded view in schematic form of the general structure of a stack arrangement 16. In the Figure 3 In the example shown, the stack arrangement 16 has three MEAs 20, i.e. three levels. The stack arrangement 16 according to the invention can alternatively also have fewer or more MEAs 20 and thus correspondingly comprise more levels. The number of levels depends on the desired performance of the electrolysis arrangement 10. On the ceiling side, above the last MEA 20 in the stacking direction S, the stack arrangement 16 terminates with a top plate 40. On the floor side, below the first MEA 20 in the stacking direction S, the stack arrangement 16 terminates with a base plate 42.

Oberhalb der Bodenplatte 42 sind drei Elektrolysezellen 18 angeordnet, wobei die Elektrolysezellen 18 in dem gezeigten Beispiel jeweils ein vorzugsweise als Nickelnetz ausgeführtes netzartiges Metallgeflecht 38, eine MEA 20, zwei für die Abdichtung der Manifoldöffnungen 28, 30 der Interkonnektoren 22 vorgesehene Glasdichtungen 44, ein Interkonnektor 22 und eine weitere für die Abdichtung des Randbereiches der Interkonnektoren 22 vorgesehene Glasdichtung 46 umfassen. Das netzartiges Metallgeflecht 38 ist optional. Das netzartige Metallgeflecht 38 kann eine gasführende Struktur bilden und kann weiterhin dem mechanischen Stützen der MEA 20 auf dem Interkonnektor 22 dienen. Die Bodenplatte 42 ist vorliegend auf ihrer Oberseite analog zu einer Wasserstoffseite eines Interkonnektors 22 ausgebildet und wird mit einer auf der Oberseite angeordneten Glasdichtung 46 gegenüber dem Interkonnektor 22 der in Stapelrichtung S ersten Elektrolysezelle 18 abgedichtet. Die in Stapelrichtung S dritte und abschließende Elektrolysezelle 18 weist statt eines Interkonnektors 22 eine Topplatte 40 auf, die auf ihrer Unterseite analog zu einer Sauerstoffseite eines Interkonnektors 22 ausgebildet ist. Anders als die Interkonnektoren 22 weist die Topplatte keine Manifoldöffnungen 28, 30 auf. Die Topplatte 40 schließt die Stackanordnung 16 in Stapelrichtung S oben ab und verschließt die in der Stackanordnung 16 ausgebildeten Eduktgas- und Produktgas-Manifoldstrukturen 66, 68.Three electrolysis cells 18 are arranged above the base plate 42. In the example shown, the electrolysis cells 18 each comprise a mesh-like metal mesh 38, preferably made of nickel mesh, an MEA 20, two glass seals 44 provided for sealing the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22, an interconnector 22, and another glass seal 46 provided for sealing the edge region of the interconnectors 22. The mesh-like metal mesh 38 is optional. The mesh-like metal mesh 38 can form a gas-conducting structure and can also serve to mechanically support the MEA 20 on the interconnector 22. In this case, the top side of the base plate 42 is configured analogously to a hydrogen side of an interconnector 22 and is sealed with a glass seal 46 arranged on the top side relative to the interconnector 22 of the first electrolysis cell 18 in the stacking direction S. Instead of an interconnector 22, the third and final electrolysis cell 18 in the stacking direction S has a top plate 40, which is configured analogously to an oxygen side of an interconnector 22 on its underside. Unlike the interconnectors 22, the top plate does not have manifold openings 28, 30. The top plate 40 closes off the stack arrangement 16 at the top in the stacking direction S and closes the reactant gas and product gas manifold structures 66, 68 formed in the stack arrangement 16.

Die erfindungsgemäße Stackanordnungen 16 können einige wenige, beispielsweise 30, 60 bis viele, beispielsweise 400 bis etwa 900 Ebenen aufweisen. Denkbar sind grundsätzlich auch Stackanordnungen 16 mit mehr als 900 Ebenen, allerdings ist zu beachten, dass die Anforderungen an die mechanische Stabilität der Anordnung mit der Anzahl der Ebenen steigen.The stack arrangements 16 according to the invention can have a few, for example, 30 or 60, or many, for example, 400 to approximately 900 levels. Stack arrangements 16 with more than 900 levels are also conceivable in principle, although it should be noted that the requirements for the mechanical stability of the arrangement increase with the number of levels.

Direkt unterhalb der Topplatte 40 der Stackanordnungen 16 kann zwischen oberster MEA 20 und der Topplatte 40 ein weiterer Interkonnektor 22 (nicht gezeigt) oder eine Konnektorplatte (nicht gezeigt) eingefügt sein. Die Konnektorplatte ist vorzugsweise elektrisch leitend ausgeführt, um eine elektrische Verbindung zwischen Stack und Top- oder Bodenplatte zu realisieren, und weist weiter vorzugsweise eine Antihaftbeschichtung auf. Die Antihaftbeschichtung dient einer mechanischen Entkopplung des Stacks von der Top- oder Bodenplatte. Die Konnektorplatte kann zusätzlich eine Strukturierung aufweisen, die derart ausgebildet ist, dass bei Änderungen der Temperatur die unterschiedlichen thermischen Wärmeausdehnungen der unterschiedlichen Materialien mechanisch ausgleichbar, insbesondere quer zur Stapelrichtung, sind.Directly below the top plate 40 of the stack arrangements 16, between the uppermost MEA 20 and the top plate 40, a further interconnector 22 (not shown) or a connector plate (not shown). The connector plate is preferably electrically conductive in order to establish an electrical connection between the stack and the top or bottom plate, and further preferably has a non-stick coating. The non-stick coating serves to mechanically decouple the stack from the top or bottom plate. The connector plate can additionally have a structure designed such that, when the temperature changes, the different thermal expansions of the different materials can be mechanically compensated, in particular transversely to the stacking direction.

Die Figuren 4a, 4b, 4c zeigen drei schematische Teilschnitte des Querschnitts einer Stackanordnung 16 mit einem sich verjüngenden Querschnitt einer Manifoldstruktur 66, 68. Insbesondere zeigen die Figuren 4a-c jeweils eine sich verjüngende Manifoldstruktur 66, 68, bei der sich die Verjüngung ausgehend von der Bodenplatte 42 über die in Stapelrichtung S übereinandergestapelten Elektrolysezellen 18 bis zu der die Manifoldstruktur 66, 68 oben dichtend abschließenden Topplatte 40 hin erstreckt. Die Verjüngung kann in der Eduktgas-Manifoldstruktur 66 und/oder in der Produktgas-Manifoldstruktur 68 vorgesehen sein.The Figures 4a , 4b , 4c show three schematic partial sections of the cross section of a stack arrangement 16 with a tapered cross section of a manifold structure 66, 68. In particular, the Figures 4a-c each having a tapered manifold structure 66, 68, in which the taper extends from the base plate 42 over the electrolysis cells 18 stacked one above the other in the stacking direction S to the top plate 40 sealingly closing the manifold structure 66, 68. The taper can be provided in the reactant gas manifold structure 66 and/or in the product gas manifold structure 68.

In dem Beispiel nach Figur 4a ist die Verjüngung der Manifoldstruktur 66, 68 mittels der in den Interkonnektoren 22 eingearbeiteten Manifoldöffnungen 28, 30 ausgeführt. Wie schematisch angedeutet, haben die Interkonnektoren 22 dafür unterschiedlich große Manifoldöffnungen 28, 30, wobei die Interkonnektoren 22 einzelner Elektrolysezellen derart ausgesucht und die Elektrolysezellen 18 derart gestapelt sind, dass sich in der Stackanordnung 16 eine sich verjüngende Struktur ergibt. Wie gezeigt, kann damit insbesondere eine etwa keilförmig verlaufende Struktur realisiert sein. Eine Keilform wird zum Beispiel erreicht, wenn die Manifoldöffnungen 28, 30 der Interkonnektoren 22 jeweils etwa rechteckig mit zwei Seitenlängen ausgebildet sind und sich die Manifoldöffnungen 28, 30 in Stapelrichtung S nach oben hin entlang einer Seitenlänge verengen. Alternativ kann die sich verjüngende Struktur auch etwa konisch geformt sein. Eine Pyramidenform oder Pyramidenstumpfform wird zum Beispiel erreicht, wenn die Manifoldöffnungen 28, 30 der Interkonnektoren 22 jeweils etwa rechteckig mit zwei Seitenlängen ausgebildet sind und sich die Manifoldöffnungen 28, 30 in Stapelrichtung S nach oben hin entlang beider Seitenlängen verengen.In the example after Figure 4a The tapering of the manifold structure 66, 68 is implemented by means of the manifold openings 28, 30 incorporated into the interconnectors 22. As schematically indicated, the interconnectors 22 have manifold openings 28, 30 of different sizes for this purpose, wherein the interconnectors 22 of individual electrolysis cells are selected and the electrolysis cells 18 are stacked in such a way that a tapered structure results in the stack arrangement 16. As shown, this can in particular produce an approximately wedge-shaped structure. A wedge shape is achieved, for example, when the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22 are each approximately rectangular with two side lengths and the manifold openings 28, 30 narrow upwards along one side length in the stacking direction S. Alternatively, the tapered structure can also be approximately conical in shape. A pyramid shape or truncated pyramid shape is achieved, for example, if the manifold openings 28, 30 of the interconnectors 22 are each approximately rectangular with two side lengths and the manifold openings 28, 30 narrow upwards in the stacking direction S along both side lengths.

Figur 4b zeigt eine sich verjüngende Manifoldstruktur 66, 68, bei der die Verjüngung mittels eines in die Manifoldstruktur 66, 68 eingelegten Einlegekörpers 50 ausgeführt ist. Die Interkonnektoren 22 der einzelnen Elektrolysezellen 18 haben jeweils gleichgroße Manifoldöffnungen 28, 30. Damit können identische Interkonnektoren 22 für die Bereitstellung der einzelnen Elektrolysezellen 18 einer Stackanordnung 16 verwendet werden, was den Herstellungsaufwand deutlich reduziert. Zur Ausbildung der Verjüngung wird der Einlegekörper 50 in die mittels der Manifoldöffnungen 28, 30 ausgebildeten Manifoldstruktur 66, 68 eingelegt. Der Einlegekörper 50 kann - wie gezeigt - einen etwa dreieckförmigen Querschnitt in Stapelrichtung S aufweisen, so dass eine sich keilförmig verjüngende Struktur realisiert ist. Figure 4b shows a tapered manifold structure 66, 68, in which the taper is implemented by means of an insert body 50 inserted into the manifold structure 66, 68. The interconnectors 22 of the individual electrolysis cells 18 each have manifold openings 28, 30 of the same size. This allows identical interconnectors 22 to be used to provide the individual electrolysis cells 18 of a stack arrangement 16, which significantly reduces manufacturing costs. To form the taper, the insert body 50 is inserted into the manifold structure 66, 68 formed by the manifold openings 28, 30. The insert body 50 can—as shown—have an approximately triangular cross-section in the stacking direction S, so that a wedge-shaped tapered structure is realized.

Figur 4c zeigt eine besondere Form einer mittels eines Einlegekörpers 50 hergestellten Verjüngung der Manifoldstruktur 66, 68. Wie in der Ausgestaltung nach Fig. 4b haben die Interkonnektoren 22 der einzelnen Elektrolysezellen 18 jeweils gleichgroße Manifoldöffnungen 28, 30. Der Einlegekörper 50 weist im Gegensatz zur Ausgestaltung in Fig. 4b keine geradlinig verlaufende, sondern eine gewölbt verlaufende Verjüngungsfläche auf. Damit wird eine sich gewölbt verjüngende Manifoldstruktur 66, 68 realisiert, die eine besonders laminare Strömung des Eduktgases bzw. Produktgases in die Elektrolysezellen 18 hinein bzw. aus den Elektrolysezellen 18 heraus ermöglicht. Figure 4c shows a special form of a taper of the manifold structure 66, 68 produced by means of an insert body 50. As in the embodiment according to Fig. 4b the interconnectors 22 of the individual electrolysis cells 18 each have manifold openings 28, 30 of the same size. The insert body 50 has, in contrast to the design in Fig. 4b not a straight-line tapered surface, but a curved one. This creates a curved, tapered manifold structure 66, 68, which enables a particularly laminar flow of the reactant gas or product gas into or out of the electrolysis cells 18.

Figur 5 zeigt eine Stackanordnung 16, bei der zur Veranschaulichung von Details lediglich die Interkonnektoren 22 einzelner Elektrolysezellen 18 dargestellt sind. Die Interkonnektoren 22 weisen jeweils mindestens ein Orientierungsmerkmal 60 auf, in dem hier gezeigten Beispiel eine mit Führungskanälen ausgebildete Eduktgas-Leitungsstruktur 32, zwei Manifoldöffnungen 28, 30, sowie auf zwei gegenüberliegenden Seiten am Rand jeweils eine - im gezeigten Beispiel als Langloch - ausgebildete Kontakteinrichtung 52 zur Herstellung eines elektrisch leitenden Kontakts mit dem Interkonnektor 22. Zusätzlich zu der als Langloch ausgeführten Kontakteinrichtung 52 ist an den zwei gegenüberliegenden Seitenrändern des Interkonnektors 22 jeweils eine Aussparung 54 in den Randbereich des Interkonnektors 22 eingearbeitet. Die im gezeigten Beispiel als Langloch ausgebildete Kontakteinrichtung 52 kann zum Anschluss von Messmitteln zum Testen der Stackanordnung dienen, um beispielsweise defekte Elektrolysezellen zu identifizieren. Figure 5 shows a stack arrangement 16 in which, to illustrate details, only the interconnectors 22 of individual electrolysis cells 18 are shown. The interconnectors 22 each have at least one orientation feature 60, in the example shown here, a reactant gas line structure 32 formed with guide channels, two manifold openings 28, 30, and on two opposite sides at the edge, a contact device 52 - in the example shown as an elongated hole - for establishing an electrically conductive contact with the interconnector 22. In addition to the contact device 52 designed as an elongated hole, a recess 54 is incorporated into the edge region of the interconnector 22 on each of the two opposite side edges of the interconnector 22. The contact device 52 designed as an elongated hole in the example shown can be used to connect measuring devices for testing the stack arrangement, for example to identify defective electrolysis cells.

Die Interkonnektoren 22 sind in dieser Ausgestaltung jeweils um 180° gedreht aufeinandergestapelt, so dass die als Langlöcher ausgeführten Kontakteinrichtungen 52 und die Aussparungen 54 jeweils alternierend übereinander im Stapel angeordnet sind. Das Orientierungsmerkmal 60 dient dazu, Fehler beim Stapeln zu vermeiden und durch technische Vorkehrungen bzw. Einrichtungen eine sofortige oder frühzeitige Fehleraufdeckung und - verhinderung zu ermöglichen. Die Idee hierzu entstammt dem Poka-Yoke-Prinzip. Ist eine gestapelte Stackanordnung 16 nach dem Stapeln erst gefügt, lässt sich ein Fehler im Stapel nicht mehr beheben. Solange die Stackanordnung 16 noch nicht gefügt ist, ließe sich ein Stapelfehler noch beheben.In this embodiment, the interconnectors 22 are stacked one on top of the other, each rotated by 180°, so that the contact devices 52, designed as elongated holes, and the recesses 54 are arranged alternately one above the other in the stack. The orientation feature 60 serves to avoid errors during stacking and to enable immediate or early error detection and prevention through technical precautions or devices. The idea for this stems from the poka-yoke principle. If a stacked stack arrangement 16 is only joined after stacking, an error in the stack can no longer be corrected. As long as the stack arrangement 16 is not yet joined, a stacking error can still be corrected.

Die Figuren 6a, 6b zeigen jeweils einen Interkonnektor 22 mit einer auf der Wasserstoffseite des Interkonnektors 22 angeordneten Glasdichtung 46. Wie jeweils in einer Detailansicht der Figuren 6a und 6b gezeigt, können die Glasdichtungen 46 in einer speziellen Form auf den Interkonnektor 22 aufgebracht sein. Vorliegend ist in Fig. 6a ein mäanderförmiger Verlauf und in Fig. 6a ist ein zickzackförmiger Verlauf der auf den Interkonnektor 22 aufgebrachten Glasdichtung 46 gezeigt. Denkbar sind darüber hinaus auch andere Verlaufsformen. Diese spezielle Auftrageform erhöht die Streckenlänge der bandförmigen Glasdichtung im Gegensatz zu einer geradlinigen Führung. Damit kann bei gleicher Menge an Dichtungsmaterial im Vergleich zu einer geradlinigen Führung ein größere Oberfläche des Dichtungsmaterials bereitgestellt werden, was bei einem sich anschließenden Sinterprozess eine bessere Entgasung des Dichtungsmaterial ermöglicht. Diese bessere Entgasung kann den Sinterungsprozess beschleunigen. Alternativ ist bei weniger Menge an Dichtungsmaterial die gleiche Fläche abdichtbar. Dabei wird Dichtungsmaterial eingespart, da weniger Materialauftrag erfolgt, die Dichtleistung wird nicht beeinträchtigt und es wird überflüssiges Dichtungsmaterial vermieden, das beim Sintern aus dem Stack heraustreten kann.The Figures 6a, 6b each show an interconnector 22 with a glass seal 46 arranged on the hydrogen side of the interconnector 22. As shown in a detailed view of the Figures 6a and 6b As shown, the glass seals 46 can be applied in a special form to the interconnector 22. In the present case, Fig. 6a a meandering course and in Fig. 6a A zigzag-shaped course of the glass seal 46 applied to the interconnector 22 is shown. Other course shapes are also conceivable. This special application form increases the length of the band-shaped glass seal in contrast to a straight guide. This allows a larger surface area of the sealing material to be provided with the same amount of sealing material compared to a straight guide, which enables better degassing of the sealing material during a subsequent sintering process. This better degassing can accelerate the sintering process. Alternatively, the same area can be sealed with less amount of sealing material. This saves sealing material because less material is applied, the sealing performance is not impaired, and superfluous sealing material that can escape from the stack during sintering is avoided.

Figur 7 zeigt schematisch eine Konnektorplatte 36, die beispielsweise unterhalb einer Topplatte 40 bzw. oberhalb einer Bodenplatte 42 angeordnet werden kann. Zumindest auf einer Seite weist die Konnektorplatte 62 eine Beschichtung 62 auf. Die Beschichtung 62 kann - wie im gezeigten Beispiel - in der Art eines Schachbrettmusters auf der Oberfläche der Konnektorplatte 36 angeordnet sein. Auch auf der nicht gezeigten Seite der Konnektorplatte 36 kann eine Beschichtung vorliegen. Figure 7 schematically shows a connector plate 36, which can be arranged, for example, below a top plate 40 or above a base plate 42. The connector plate 62 has a coating 62 on at least one side. The coating 62 can be arranged in a checkerboard pattern on the surface of the connector plate 36, as in the example shown. A coating can also be present on the side of the connector plate 36 not shown.

Figur 8 zeigt ganz schematisch Beispiele von Kanalquerschnittsformen einer als Kanalstruktur ausgebildeten Eduktgas-Leitungsstruktur 32 auf der Wasserstoffseite eines Interkonnektors 22. Die gezeigte Kanalstruktur ist in Schnittdarstellung dargestellt. Wie die Figur zeigt, können die Kanäle 70 mittels zweier benachbart zueinander angeordneten Kanalstege 72 voneinander getrennt sein. Das gezeigte Beispiel veranschaulicht denkbare Querschnittsformen der Kanalstege 72 bzw. die damit ausgeformten Querschnittsformen der Kanäle 70. Oberhalb der Kanalstege 72 ist in der Stackanordnung 16 eine MEA 20 angeordnet (nicht dargestellt). Die Kanäle 70 sind nach unten durch den Körper des Interkonnektors 22 oder einer auf dem Interkonnektor 22 vorliegenden Beschichtung begrenzt. Nach oben sind die Kanäle 70 hin zu einer darüber angeordneten MEA 20 (nicht dargestellt) offen. Für den Elektrolyseprozess kommt das in den Kanälen 70 geführte Eduktgas an den offenen Oberseiten der Kanäle 70 mit der MEA 20 in Kontakt. Um auch im Randbereich der Kanäle 70 eine ausreichende Menge an Eduktgas für den Kontakt mit der MEA 20 bereitzustellen, ist vorgesehen, dass die Flankensteilheit F der Seitenwände der Kanalstege 72 größer als oder gleich 85° ist. Die Flankensteilheit ist dabei als Median auf die mit dem plattenförmigen Interkonnektor 22 definierte Ebene bezogen. Figure 8 shows very schematically examples of channel cross-sectional shapes of a reactant gas line structure 32 designed as a channel structure on the hydrogen side of an interconnector 22. The channel structure shown is shown in a sectional view. As the figure shows, the channels 70 can be separated from one another by means of two adjacent channel webs 72. The example shown illustrates conceivable cross-sectional shapes of the channel webs 72 or the cross-sectional shapes of the channels 70 formed thereby. An MEA 20 (not shown) is arranged above the channel webs 72 in the stack arrangement 16. The channels 70 are delimited at the bottom by the body of the interconnector 22 or a coating present on the interconnector 22. At the top, the channels 70 are open towards an MEA 20 (not shown) arranged above them. For the electrolysis process, the reactant gas guided in the channels 70 comes into contact with the MEA 20 at the open upper sides of the channels 70. In order to provide a sufficient amount of reactant gas for contact with the MEA 20 even in the edge region of the channels 70, the flank steepness F of the side walls of the channel webs 72 is greater than or equal to 85°. The flank steepness is referred to as a median relative to the plane defined by the plate-shaped interconnector 22.

BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE SYMBOLS

1010 ElektrolyseanordnungElectrolysis arrangement 5050 EinlegekörperInsert body 1212 GehäuseHousing 5252 KontakteinrichtungContact device 1414 InnenraumInterior 5454 Aussparungrecess 1616 StackanordnungStack arrangement 5656 mäanderförmige Strukturmeandering structure 1818 ElektrolysezellenElectrolysis cells 5858 zickzackförmige Strukturzigzag structure 2020 Membran-Elektroden-AnordnungMembrane electrode assembly 6060 OrientierungsmerkmalOrientation feature 2222 InterkonnektorInterconnector 6262 BeschichtungCoating 2424 Eduktgas-ÖffnungEduct gas opening 6464 Aussparungenrecesses 2626 Produktgas-ÖffnungProduct gas opening 6666 Eduktgas-ManifoldstrukturEduct gas manifold structure 2828 ManifoldöffnungManifold opening 6868 Produktgas-ManifoldstrukturProduct gas manifold structure 3030 ManifoldöffnungManifold opening 7070 KanäleChannels 3232 Eduktgas-LeitungsstrukturEduct gas pipeline structure 7272 KanalstegeCanal bridges 3434 sauerstoffdurchlässige Strukturoxygen-permeable structure 3636 Konnektorplatteconnector plate SS StapelrichtungStacking direction 3838 netzartiges Metallgeflechtnet-like metal mesh FF FlankensteilheitSlope 4040 TopplatteTop plate 4242 Bodenplattebase plate 4444 GlasdichtungGlass seal 4646 GlasdichtungGlass seal 4848 AuflageelementeSupport elements

Claims (19)

Elektrolyseanordnung (10) umfassend wenigstens ein Gehäuse (12) mit einem Innenraum (14), und wenigstens einer im Innenraum (14) des Gehäuses (12) angeordneten Stackanordnung (16), wobei die Stackanordnung (16) mehrere in eine Stapelrichtung (S) gestapelte Elektrolysezellen (18) umfasst, wobei zumindest einige der Elektrolysezellen (18) jeweils eine Membran-Elektroden-Anordnung (MEA) (20) und einen Interkonnektor (22) umfassen, und wobei die Membran-Elektroden-Anordnung (20) und der Interkonnektor (22) jeweils eine Sauerstoffseite und eine Wasserstoffseite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Elektrolysezellen (18) Auflageelemente (48) zwischen der Membran-Elektroden-Anordnung (20) und dem Interkonnektor (22) aufweisen, und wobei die Auflageelemente (48) derart ausgestaltet und eingerichtet sind, dass sie in einem Betriebszustand der Elektrolyseanordnung (10) zähflüssig und in einem Ruhezustand der Elektrolyseanordnung (10) fest sind. Electrolysis arrangement (10) comprising at least one housing (12) with an interior space (14), and at least one stack arrangement (16) arranged in the interior (14) of the housing (12), wherein the stack arrangement (16) comprises a plurality of electrolysis cells (18) stacked in a stacking direction (S), wherein at least some of the electrolysis cells (18) each comprise a membrane electrode assembly (MEA) (20) and an interconnector (22), and wherein the membrane electrode assembly (20) and the interconnector (22) each have an oxygen side and a hydrogen side, characterized in that at least some electrolysis cells (18) have support elements (48) between the membrane electrode assembly (20) and the interconnector (22), and wherein the support elements (48) are designed and arranged such that they are viscous in an operating state of the electrolysis arrangement (10) and solid in a rest state of the electrolysis arrangement (10). Elektrolyseanordnung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Sauerstoffseite zumindest einiger Membran-Elektroden-Anordnungen (20) mindestens eine Schicht vorhanden ist, welche Aussparungen (64) zur Aufnahme der Auflageelemente (48) aufweist, und wobei die die Aussparungen (64) aufweisende Schicht vorzugsweise eine sauerstoffdurchlässige Struktur (34) ist mittels der ein auf der Sauerstoffseite der Membran-Elektroden-Anordnung (20) freigesetzter Sauerstoff zu einem Seitenrand der Membran-Elektroden-Anordnung (20) hin ableitbar ist.Electrolysis arrangement (10) according to claim 1, characterized in that on the oxygen side of at least some membrane electrode arrangements (20) there is at least one layer which has recesses (64) for receiving the support elements (48), and wherein the layer having the recesses (64) is preferably an oxygen-permeable structure (34) by means of which oxygen released on the oxygen side of the membrane electrode arrangement (20) can be diverted to a side edge of the membrane electrode arrangement (20). Elektrolyseanordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageelemente (48) und/oder die Aussparungen (64) eine Konturform aufweisen aus der Auswahl kreisrund, kreissegmentförmig, quadratisch, rechteckig, viereckig, dreieckig oder rautenförmig.Electrolysis arrangement (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the support elements (48) and/or the recesses (64) have a contour shape selected from the group consisting of circular, circular segment-shaped, square, rectangular, quadrangular, triangular or diamond-shaped. Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengröße der Projektionsfläche eines Auflageelements (48) etwa 5-15% der mit Eduktgas anströmbaren Oberflächengröße der Membran-Elektroden-Anordnungen (20) der Elektrolysezelle (18) beträgt.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface area of the projection surface of a support element (48) is approximately 5-15% of the surface area of the membrane electrode arrangements (20) of the electrolysis cell (18) to which reactant gas can flow. Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächengröße der Projektionsfläche der Auflageelemente (48) kleiner ist als die Flächenausdehnung der Aussparungen (64) zur Aufnahme der Auflageelemente (48).Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the surface size of the projection surface of the support elements (48) is smaller than the surface area of the recesses (64) for receiving the support elements (48). Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Interkonnektoren (22) als flächiges, insbesondere plattenförmiges Bauelement ausgebildet sind, die auf der Wasserstoffseite und/oder auf der Sauerstoffseite frei von gasleitenden Strukturen sind, wobei diese Interkonnektoren (22) vorzugsweise als flaches Stahlblech ausgeführt sind.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some interconnectors (22) are designed as a flat, in particular plate-shaped component which is free of gas-conducting structures on the hydrogen side and/or on the oxygen side, wherein these interconnectors (22) are preferably designed as a flat steel sheet. Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Elektrolysezellen (18) ein netzartiges Metallgeflecht (38), vorzugsweise aufweisend Nickel, insbesondere eine Eisen-NickelLegierung, umfassen, das zwischen Membran-Elektroden-Anordnung (20) und Interkonnektor (22) angeordnet ist.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some of the electrolysis cells (18) comprise a net-like metal mesh (38), preferably comprising nickel, in particular an iron-nickel alloy, which is arranged between the membrane electrode arrangement (20) and the interconnector (22). Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Komponenten der Stackanordnung (16), wie Membran-Elektroden-Anordnungen (20), Interkonnektoren (22), Konnektorplatten (36), Topplatte (40) und/oder Bodenplatte (42) jeweils ein Orientierungsmerkmal (60) aufweisen mittels dem die Komponenten zur Herstellung der Stackanordnung (16) orientiert, insbesondere nach dem Poka-Yoke-Prinzip, im Stapelverbund ausrichtbar sind.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some components of the stack arrangement (16), such as membrane electrode arrangements (20), interconnectors (22), connector plates (36), top plate (40) and/or bottom plate (42) each have an orientation feature (60) by means of which the components can be aligned in the stack assembly in order to produce the stack arrangement (16), in particular according to the poka-yoke principle. Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige Interkonnektoren (22) in der Stackanordnung (16) anhand von an den Interkonnektoren (22) angeordneten Orientierungsmerkmalen (60) abwechselnd um 180° gedreht gestapelt sind.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some interconnectors (22) in the stack arrangement (16) are stacked alternately rotated by 180° using orientation features (60) arranged on the interconnectors (22). Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stackanordnung (16) in Stapelrichtung (S) oben eine die Stackanordnung (16) nach oben begrenzende Topplatte (40) und in Stapelrichtung (S) unten eine die Stackanordnung (16) nach unten begrenzende Bodenplatte (42) aufweist.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the stack arrangement (16) has a top plate (40) delimiting the stack arrangement (16) upwards in the stacking direction (S) at the top and a bottom plate (42) delimiting the stack arrangement (16) downwards in the stacking direction (S) at the bottom. Elektrolyseanordnung (10) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung der Topplatte (40) und/oder der Bodenplatte (42) eine halbleitende Oxid-Keramik umfasst, insbesondere eine Keramik aufweisend Lanthan (La), Strontium (Sr), Mangan (Mn) und/oder Cobalt (Co), vorzugsweise Lanthan-Strontium-Mangan-Cobalt (LSMC), Mangan Cobalt Eisenoxid (MCF), Lanthan Strontium Manganit (LSM), Lanthan-Strontium-Cobalt-Eisenoxid (LSCF), oder Lanthan-Mangan-Cobalt (LMC).Electrolysis arrangement (10) according to claim 10, characterized in that the coating of the top plate (40) and/or the bottom plate (42) comprises a semiconducting oxide ceramic, in particular a ceramic comprising lanthanum (La), strontium (Sr), manganese (Mn) and/or cobalt (Co), preferably lanthanum-strontium-manganese-cobalt (LSMC), manganese cobalt iron oxide (MCF), lanthanum strontium manganese (LSM), lanthanum-strontium-cobalt iron oxide (LSCF), or lanthanum-manganese-cobalt (LMC). Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Topplatte (40) und die Bodenplatte (42) jeweils Spanneinrichtungen aufweisen, insbesondere in Form von jeweils am Randbereich der Topplatte (40) und der Bodenplatte (42) nach außen ragenden Halteelementen, derart dass außen an der Stackanordnung in einem Abstand zur Stackanordnung Spannmittel zwischen den Spanneinrichtungen der Topplatte (40) und der Bodenplatte (42) angeordnet werden können, mittels der eine zwischen Topplatte (40) und Bodenplatte (42) entlang der Stapelrichtungsachse wirkende Zugkraft aufbringbar ist.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the top plate (40) and the base plate (42) each have clamping devices, in particular in the form of holding elements projecting outwards at the edge region of the top plate (40) and the base plate (42), such that clamping means can be arranged on the outside of the stack arrangement at a distance from the stack arrangement between the clamping devices of the top plate (40) and the base plate (42), by means of which clamping means a tensile force acting between the top plate (40) and the base plate (42) along the stack direction axis can be applied. Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einige der Interkonnektoren (22) in ihrem Randbereich mindestens eine Kontakteinrichtung (52) aufweisen, die elektrisch leitend mit dem Interkonnektor (22) verbunden ist.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that at least some of the interconnectors (22) have at least one contact device (52) in their edge region, which is electrically conductively connected to the interconnector (22). Elektrolyseanordnung (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontakteinrichtung (52) ein in den Randbereich des Interkonnektors (22) eingearbeitetes Loch, insbesondere ein Langloch (52) umfasst.Electrolysis arrangement (10) according to claim 13, characterized in that the contact device (52) comprises a hole, in particular an elongated hole (52), machined into the edge region of the interconnector (22). Elektrolyseanordnung (10) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweils mindestens eine Kontakteinrichtung (52) aufweisenden Interkonnektoren (22) derart ausgebildet und/oder innerhalb der Stackanordnung (16) angeordnet sind, dass die Kontakteinrichtungen (52) der Interkonnektoren (22) zweier übereinandergestapelter Elektrolysezellen (18) quer zur Stapelrichtung (S) versetzt zueinander angeordnet sind.Electrolysis arrangement (10) according to claim 13 or 14, characterized in that the interconnectors (22) each having at least one contact device (52) are designed and/or arranged within the stack arrangement (16) in such a way that the contact devices (52) of the interconnectors (22) of two electrolysis cells (18) stacked one above the other are arranged offset from one another transversely to the stacking direction (S). Elektrolyseanordnung (10) nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stackanordnung (16) in Stapelrichtung (S) oben eine die Stackanordnung (16) nach oben begrenzende Topplatte (40) und in Stapelrichtung (S) unten eine die Stackanordnung (16) nach unten begrenzende Bodenplatte (42) aufweist.Electrolysis arrangement (10) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the stack arrangement (16) has a top plate (40) delimiting the stack arrangement (16) upwards in the stacking direction (S) at the top and a bottom plate (42) delimiting the stack arrangement (16) downwards in the stacking direction (S) at the bottom. Elektrolyseanordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Topplatte (40) und der in Stapelrichtung (S) letzten, unterhalb der Topplatte (40) angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung (20) eine Konnektorplatte (36) angeordnet ist und/oder dass zwischen der Bodenplatte (42) und der in Stapelrichtung (S) ersten, oberhalb der Bodenplatte (40) angeordneten Membran-Elektroden-Anordnung (20) eine Konnektorplatte (36) angeordnet ist.Electrolysis arrangement according to claim 16, characterized in that a connector plate (36) is arranged between the top plate (40) and the last membrane electrode arrangement (20) in the stacking direction (S) and arranged below the top plate (40) and/or that a connector plate (36) is arranged between the bottom plate (42) and the first membrane electrode arrangement (20) in the stacking direction (S) and arranged above the bottom plate (40). Elektrolyseanordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Konnektorplatte (36) als ein plattenförmiges Blech ausgeführt ist, wobei die äußere Konturform der Konnektorplatte (36) zumindest im Wesentlichen der Konturform des in Stapelrichtung (S) benachbart zu der Konnektorplatte (36) angeordneten Interkonnektors (22) entspricht, und wobei die Konnektorplatte (36) vorzugsweise frei von gasleitenden Strukturen ist.Electrolysis arrangement according to claim 17, characterized in that the connector plate (36) is designed as a plate-shaped sheet, wherein the outer contour shape of the connector plate (36) corresponds at least substantially to the contour shape of the interconnector (22) arranged adjacent to the connector plate (36) in the stacking direction (S), and wherein the connector plate (36) is preferably free of gas-conducting structures. Elektrolyseanordnung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Konnektorplatte (36) mindestens auf einer Seite zumindest bereichsweise eine Beschichtung (62) aufweist, insbesondere derart, dass mehrere voneinander beabstandete Oberflächenbereiche der Konnektorplatte (36) beschichtet sind, vorzugsweise in Form eines Schachbrettmusters.Electrolysis arrangement according to claim 17 or 18, characterized in that the connector plate (36) has a coating (62) at least on one side at least in some areas, in particular such that several spaced-apart surface areas of the connector plate (36) are coated, preferably in the form of a checkerboard pattern.
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