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JP7717818B2 - Electrolysis plate for hydrogen production and method for manufacturing the electrolysis plate - Google Patents
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JP7717818B2 - Electrolysis plate for hydrogen production and method for manufacturing the electrolysis plate - Google Patents

Electrolysis plate for hydrogen production and method for manufacturing the electrolysis plate

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JP7717818B2 JP2023545816A JP2023545816A JP7717818B2 JP 7717818 B2 JP7717818 B2 JP 7717818B2 JP 2023545816 A JP2023545816 A JP 2023545816A JP 2023545816 A JP2023545816 A JP 2023545816A JP 7717818 B2 JP7717818 B2 JP 7717818B2
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Description

本発明は、水素を製造するための電解装置において使用するために適切な電解プレートに関する。さらに、本発明は、電解プレートを製造するための方法に関する。 The present invention relates to an electrolysis plate suitable for use in an electrolysis apparatus for producing hydrogen. Furthermore, the present invention relates to a method for manufacturing the electrolysis plate.

電気分解を使用して水素を製造するための装置は、例えば、欧州特許第2507410号明細書に記載されている。記載された電解プラントは、塩水源、汽水源、または淡水源から取られた水を用いて運転されるように適合されていなければならない。その場合、水は、搬送用気体流に供給されるので、水の少なくとも一部が気化した形態で搬送用気体流内に取り込まれる。この方法で投入された搬送用気体流は、最終的に電解装置に供給される。 An apparatus for producing hydrogen using electrolysis is described, for example, in EP 2 507 410. The electrolysis plant described must be adapted to operate with water taken from a saltwater, brackish, or freshwater source. In that case, the water is fed into a carrier gas stream so that at least a portion of the water is entrained in vaporized form within the carrier gas stream. The carrier gas stream fed in this way is ultimately fed to the electrolysis device.

国際公開第2019/121947号および国際公開第2020/030644号に記載された様々な電気化学システムは、流体チャンバを画定する複数のセパレータプレートからなるそれぞれの配置を有する。記載された電気化学システムは、燃料電池または電解槽であってもよい。 The various electrochemical systems described in WO 2019/121947 and WO 2020/030644 each have an arrangement of multiple separator plates that define fluid chambers. The electrochemical systems described may be fuel cells or electrolyzers.

欧州特許出願公開第3725916号明細書では、水素を発生させるための装置において使用するために設けられた電解プレートが開示されており、その電解プレートは、気体が貫通するための開口部を有し、その開口部の縁部は、非導電材料で被覆されている。 EP 3725916 A1 discloses an electrolysis plate for use in an apparatus for generating hydrogen, the electrolysis plate having an opening for gas to pass through, the edges of which are coated with a non-conductive material.

欧州特許出願公開第3575442号明細書によれば、水素を製造するために企図されている、バイポーラ型電解槽が公知である。槽のアノードおよび/またはカソードは、多孔性電極として形成されている。バイポーラ型槽の膜は、無機材料からなる多孔性膜である。欧州特許出願公開第3575442号明細書に基づく装置は、アルカリ性電気分解に適合されている必要がある。 EP 3575442 A1 discloses a bipolar electrolytic cell intended for producing hydrogen. The anode and/or cathode of the cell are formed as porous electrodes. The membrane of the bipolar cell is a porous membrane made of an inorganic material. The device according to EP 3575442 A1 must be adapted for alkaline electrolysis.

エネルギー流および/または媒体流が起こる、より包括的なシステムに、水素電気分解システムを組み込むための方法は、例えば、国際公開第2014/144556号および独国実用新案第202011102525号明細書に記載されている。 Methods for incorporating a hydrogen electrolysis system into a more comprehensive system in which energy and/or medium flows occur are described, for example, in WO 2014/144556 and DE 202011102525 A1.

本発明の課題は、電解プレートの製造を、従来技術と比較して、さらに発展させることであり、この場合、製造技術上の観点を、流体技術上の観点と同様に考慮に入れるべきである。 The objective of the present invention is to further develop the production of electrolytic plates compared to the prior art, taking into account production technology aspects as well as fluid technology aspects.

本課題は、本発明により、特に、水素電気分解のために適合された、請求項1に記載の電解プレートによって解決される。同様に、本課題は、請求項10に記載の、電解プレートを製造するための方法によって解決される。以下で製造方法との関連で説明される本発明の実施形態および利点は、本装置、すなわち、電解プレート、ならびにそのような複数の金属プレートを含む電解プラントにも、本発明の意味に即して当てはまる。 This problem is solved by the present invention by an electrolysis plate according to claim 1, which is adapted in particular for hydrogen electrolysis. Similarly, this problem is solved by a method for manufacturing an electrolysis plate according to claim 10. The embodiments and advantages of the present invention described below in the context of the manufacturing method also apply, within the meaning of the present invention, to this device, i.e., an electrolysis plate, as well as to an electrolysis plant comprising a plurality of such metal plates.

電解プレートは、少なくとも1つの型押しされた金属プレートを含み、この金属プレートは、流路を画定するために形成されており、液滴形状の個別の型押し要素を有する。 The electrolytic plate includes at least one embossed metal plate, which is shaped to define the flow paths and has individual droplet-shaped embossed elements.

プレート面の平面図における液滴形状の、すなわち、実質的に流線形の型押し要素は、成形方法によって合理的に作製可能であり、電解プレートの機械的安定性に実質的に貢献する。これは、特に、水素を製造するための大規模な電解プラントの場合に重要である。同様に、電解プレートは、燃料電池またはレドックスフローセルにおいて使用することができる。 Droplet-shaped, i.e. substantially streamlined, embossed elements in the plan view of the plate surface can be reasonably produced by molding methods and contribute substantially to the mechanical stability of the electrolysis plate. This is particularly important in the case of large-scale electrolysis plants for producing hydrogen. Similarly, the electrolysis plate can be used in fuel cells or redox flow cells.

可能な様々な実施形態によれば、液滴形状の各型押し要素は、最大型押し深さとなる点を有し、液滴形状の一方の端部までのその点の距離は、液滴形状の他方の端部までの距離の少なくとも1.2倍、最大で2.4倍となる。最大型押し深さが与えられている局在的領域の代わりに、この場合、型押し深さが連続して最大である、平面の領域もまた存在してもよい。この場合、様々な距離の間で示される関係は、一方では、液滴形状の型押し要素の先端と型押し要素の最大幅の箇所との間で、他方では、この最大幅の箇所と型押し要素の後端部との間で、長手方向に測定されることとなる距離に関係する。型押し要素を、落下する液滴とみなすと、いわゆる液滴の後端部は、上側にくるであろう。全体としては、いずれにせよ、三次元の、流線形デザインが型押し要素に付与されている。電解プレートの型押し構造の内部では、すべての型押し要素が、画一的な形態を有してもよい。同様に、型押し構造の内部で様々な型押し要素が存在する電解プレートの実施形態が実現可能である。 According to various possible embodiments, each drop-shaped embossing element has a point of maximum embossing depth, the distance of which to one edge of the drop shape is at least 1.2 times and at most 2.4 times the distance to the other edge of the drop shape. Instead of a localized area with a maximum embossing depth, planar areas may also be present in this case, where the embossing depth is continuously greatest. The relationship between the various distances relates to the longitudinal distance between the leading edge of the drop-shaped embossing element and its widest point, on the one hand, and between this widest point and the trailing edge of the embossing element, on the other hand. If the embossing element were considered as a falling drop, the so-called trailing edge of the drop would be at the top. Overall, the embossing elements are endowed with a three-dimensional, streamlined design. Within the embossing structure of the electrolytic plate, all embossing elements may have a uniform shape. Similarly, electrolytic plate embodiments are possible in which various embossing elements exist within the embossing structure.

それにより、特に、流体がアクティブフィールドに導入されるか、またはそのアクティブフィールドから排出される箇所で、適切な流線が可能になる。電解プレートの形成された様々な型押し要素が存在する場合には、これらの型押し要素は、幾何学上の意味で類似していてもよい、すなわち、同じ寸法比で拡大縮小されているのみであってもよい。同様に、同一の電解プレートの型押し要素は、基本的に異なる特徴、特に、長さと幅の比を有してもよい。両方の場合、最大突出部の点までより短い距離を有する型押し要素の端部、すなわち、いわゆる前端部から発する型押し要素の輪郭は、例えば、放物線形を描いてもよい。鋭角的な構造は、流体技術的だけではなく製造技術的にも有利な実施形態において、型押し要素と、型押し要素全面を取り囲む電解プレートの平坦な領域との間の移行部と同様に、型押し要素の内部では回避される。型押し要素は、行-列の配置を形成してもよく、型押し要素間の重なりが少なくとも一方向に与えられている。特に、型押し要素が配置されている行が重なることも、それぞれ列ごとに型押し要素に接して形成されている列が重なることもあり得る。このような方法で、電解プレートが特に屈曲負荷に対して抵抗力を有する型押し構造が提供可能である。 This allows for proper flow lines, particularly where the fluid is introduced into or discharged from the active field. If various embossing elements of an electrolytic plate are present, these elements may be similar in a geometric sense, i.e., only scaled to the same dimensional ratio. Likewise, embossing elements of the same electrolytic plate may have fundamentally different characteristics, particularly the length-to-width ratio. In both cases, the contour of the embossing element emanating from its end, the so-called front end, which has a shorter distance to the point of maximum protrusion, may be parabolic, for example. Sharp angles are avoided within the embossing element, as well as in the transition between the embossing element and the flat area of the electrolytic plate surrounding the entire surface of the embossing element, in embodiments that are advantageous not only from a fluid engineering perspective but also from a manufacturing perspective. The embossing elements may form a row-column arrangement, with overlapping between the embossing elements in at least one direction. In particular, the rows in which the embossing elements are arranged may overlap, as may the columns formed adjacent to the embossing elements, respectively, in columns. In this way, an embossed structure can be provided in which the electrolytic plate is particularly resistant to bending loads.

電解プレート上での液滴形状の個別の型押し要素の整列に関しては、多数の可能な変形形態が存在する。最も単純な場合、すべての型押し要素が、同一の方向に、典型的には、流体の所望の流れ方向に整列されている。同様に、型押し要素が、列ごとに互い違いの方向に整列されている、すなわち、製造されている電解プレートが由来する金属プレートの長手方向またはその反対方向に整列されている変形形態が実現可能である。この変形形態によって、型押し要素の特に密なパッキングが、所定の平面上で達成可能であり、これが、その底面と比較して電解プレートの特に大きな全表面積である。あるいは、型押し要素は、電解プレートの長手方向に対して傾斜してもよい。特に、型押し要素によって、少なくともわずかに細長い個別の要素の、列ごとに互い違いに傾斜したパターンが、形成されていてもよい。特に、列の傾斜して置かれた型押し要素が、型押し要素の互い違いの方向に傾斜して置かれた隣接した列に、ジッパー状にはまり合う、そのようなパターンによって、明白な液流作用が実現可能である。 There are many possible variations for the arrangement of the droplet-shaped individual embossing elements on the electrolysis plate. In the simplest case, all embossing elements are aligned in the same direction, typically in the desired fluid flow direction. Similarly, variations are possible in which the embossing elements are aligned in alternating rows, i.e., in the longitudinal direction of the metal plate from which the electrolysis plate is produced or in the opposite direction. This variation allows for particularly dense packing of the embossing elements in a given plane, which results in a particularly large total surface area of the electrolysis plate compared to its bottom surface. Alternatively, the embossing elements may be inclined relative to the longitudinal direction of the electrolysis plate. In particular, the embossing elements may form a pattern of at least slightly elongated individual elements, alternating rows and inclined. In particular, a pronounced fluid flow effect can be achieved with such a pattern, in which the inclined embossing elements of a row interlock with adjacent rows of embossing elements that are inclined in the alternating direction.

電解プレートのすでに記載されたすべての幾何学的特徴と組み合せることができる、可能な発展形態によれば、型押し要素の一方の部分は、突出部として形成されており、これに対して、型押し要素の他方の部分は、同様に形成されたくぼみとして形成されている。それにより、電解プレートの両側で、同一の流体技術上の条件が確立可能である。金属プレートのそれぞれの側、すなわち、例えば、水平構造の場合の上側および下側に対する、型押し要素の個別に測定することとなる型押し深さは、一般的な実施形態では、金属プレートの型押しされていない領域に引き延ばされた金属プレート厚さの少なくとも3倍であるが、10倍以上ではない。それにより、一方では、電解プレートの外側寸法に対して大きく構造化された、すなわち、型押しされた表面が提供され、他方では、電解プレートの成形領域において材料強度の著しい低下が回避される。 In a possible development, which can be combined with all of the geometric features of the electrolysis plate described above, one part of the embossing element is formed as a protrusion, while the other part of the embossing element is formed as a similarly shaped recess. This allows identical fluid engineering conditions to be established on both sides of the electrolysis plate. The embossing depth, which is measured separately for each side of the metal plate, i.e., for example, the upper and lower sides in the case of a horizontal configuration, is, in a typical embodiment, at least three times, but not more than ten times, the thickness of the metal plate extended into the unembossed areas of the metal plate. This provides, on the one hand, a highly structured, i.e., embossed, surface relative to the outer dimensions of the electrolysis plate, and, on the other hand, avoids a significant decrease in the material strength in the formed areas of the electrolysis plate.

製造された電気化学セルの内部では、型押し要素によって形成された電解プレートの型押し構造上に、気体拡散コーティングが存在してもよい。個別の型押し要素が相互に切り離された配置に関わらず、気体拡散コーティングは、その場合、実際上は、型押し構造上に平面状に載っており、液滴形状の実施形態によって、所望の流れは、型押し領域全体において気体拡散コーティングの方向にもたらされる。個別事例に適合されるべき型押し要素の形態および配置に関しては、特に、動圧が重要であり、電気化学セルの構造は、その動圧により決定されている。電解プレートによって、特に、電気化学装置のバイポーラプレートを提供することができる。 Inside the manufactured electrochemical cell, a gas diffusion coating may be present on the embossed structure of the electrolysis plate formed by the embossing elements. Regardless of the arrangement of the individual embossing elements, the gas diffusion coating then practically rests flat on the embossed structure, and the droplet-shaped embodiment ensures the desired flow in the direction of the gas diffusion coating throughout the entire embossed area. With regard to the shape and arrangement of the embossing elements, which must be adapted to each individual case, the dynamic pressure is particularly important, and the structure of the electrochemical cell is determined by this dynamic pressure. The electrolysis plate can in particular provide a bipolar plate for the electrochemical device.

電解プレートは、金属プレートを成形することによって合理的に製造することができ、金属プレートの内部では、相互離間された液滴形状の、個別の型押し要素の形態で、型押し構造が作製される。この成形は、特に、連続したプロセス、例えば、圧延プロセスで行うことができる。 Electrolytic plates can be produced in a streamlined manner by forming a metal plate, within which embossed structures are created in the form of separate, droplet-shaped embossed elements spaced apart from one another. This forming can be carried out in particular in a continuous process, for example, a rolling process.

以下で図面を参照して本発明の複数の実施例をより詳細に説明する。 Several embodiments of the present invention are described in more detail below with reference to the drawings.

水電気分解用電解プレートの第1の実施例の図である。1 is a diagram of a first embodiment of an electrolysis plate for water electrolysis; FIG. 図1に記載の電解プレートの詳細図である。FIG. 2 is a detailed view of the electrolysis plate shown in FIG. 1 . 図1に記載の電解プレートの、気体拡散コーティングを含む断面図である。2 is a cross-sectional view of the electrolysis plate of FIG. 1 including a gas diffusion coating. 電解プレートの代替実施形態の、図2に類似した図である。FIG. 3 is a view similar to FIG. 2 of an alternative embodiment of the electrolysis plate. 図4に記載の電解プレートの断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of the electrolysis plate shown in FIG. 4. 図4に記載の電解プレートの型押し要素の図である。5 is a diagram of an embossing element of the electrolytic plate according to FIG. 4; 図1に記載の電解プレートの型押し要素の図である。2 is a diagram of an embossing element of the electrolytic plate according to FIG. 1; 電解プレートの型押し構造の型押し要素の代替構成図である。10A and 10B are diagrams illustrating alternative configurations of the embossing elements of the embossing structure of the electrolytic plate. 電解プレートの型押し構造の型押し要素の可能な更なる構成図である。10A and 10B are diagrams showing further possible configurations of the embossing elements of the embossing structure of the electrolytic plate. 突出型押し要素および陥凹型押し要素からなる型押し構造の図である。FIG. 1 is a diagram of an embossing structure consisting of protruding and recessed embossing elements.

以下の説明は、ほかに異なる記載のない限り、すべての実施例に関連する。相互に対応する、または原則的に等しく作用する部分および輪郭は、すべての図において、同じ参照符号が付けられている。 The following description relates to all embodiments unless otherwise specified. Parts and features that correspond to each other or that act essentially equally are given the same reference numerals in all figures.

すべての実施形態において、電解プレート1は、枠形状の接続領域3と、この領域3の中に位置する矩形の成形領域4と、を有する成形金属プレート2として形成されている。成形金属プレート2は、コーティングされていてもよいスチールプレートである。 In all embodiments, the electrolytic plate 1 is formed as a formed metal plate 2 having a frame-shaped connection area 3 and a rectangular formed area 4 located within this area 3. The formed metal plate 2 is a steel plate that may be coated.

成形領域4の表面では、媒体、特に、酸性またはアルカリ性の水性液体が、実質的に成形金属プレート2の長手方向LRに流れる。成形金属プレート2の幅は、Bで表され、成形金属プレート2の高さは、Hで表されている。成形領域4は、幅Bおよび高さHを有する。 On the surface of the forming zone 4, a medium, in particular an acidic or alkaline aqueous liquid, flows substantially in the longitudinal direction LR of the formed metal plate 2. The width of the formed metal plate 2 is designated B2 and the height of the formed metal plate 2 is designated H2 . The forming zone 4 has a width B4 and a height H4 .

接続領域3の内部には、媒体の貫通を可能にする開口部6と、円形の開口部6と比較してより小さい穴5と、があり、穴5を通して図示されていないクランプアンカを挿入することによって、多数の電解プレート1をスタックの内部で機械的に相互接続することができる。 Inside the connection area 3, there are openings 6 that allow the medium to pass through and holes 5 that are smaller than the circular openings 6, and by inserting clamp anchors (not shown) through the holes 5, multiple electrolytic plates 1 can be mechanically interconnected within the stack.

成形領域4には、型押しパターン8の形態の形状加工が形成されている。型押しパターン8として形成された形状加工は、一方では流体技術上の機能を有し、他方では平坦な金属プレートと比較して電解プレート1の機械的安定性を高める。型押しパターン8は、行7および列9を形成する個別の型押し要素10、24の形態である。その場合、各行7は、成形領域4の長手方向LRに対して横向きに配置され、それに対して、列9は、長手方向LRに整列されている。成形領域4を通って流れる気体媒体または液体媒体は、実質的に長手方向LRに流れる。図2および図4では、長手方向LRは、x方向と一致する。 The forming area 4 is provided with a shaped feature in the form of an embossed pattern 8. The shaped feature formed as an embossed pattern 8 has a fluid-technical function on the one hand and increases the mechanical stability of the electrolytic plate 1 compared to a flat metal plate on the other hand. The embossed pattern 8 is in the form of individual embossed elements 10, 24 forming rows 7 and columns 9. In this case, each row 7 is arranged transversely to the longitudinal direction LR of the forming area 4, whereas the columns 9 are aligned in the longitudinal direction LR. The gaseous or liquid medium flowing through the forming area 4 flows substantially in the longitudinal direction LR. In Figures 2 and 4, the longitudinal direction LR coincides with the x-direction.

型押し要素10、24は、液滴形状に形成されており、流動性媒体が、型押しパターン8によって形成されているアクティブフィールド内で優勢に積層して流れ、かつキャビテーションを発生させることなく流れることに大いに貢献する。成形金属プレート2上に載っている気体拡散コーティングは、11で示されている。 The embossing elements 10, 24 are formed in the shape of droplets, which significantly contributes to the flowable medium flowing in a predominantly layered manner within the active field formed by the embossing pattern 8 and without generating cavitation. The gas diffusion coating on the formed metal plate 2 is indicated at 11.

各型押し要素10、24の長手方向LRへの伸長は、B10で表されている。これに対して横方向には、型押し要素10、24の伸長H10が付与されている。型押し要素10、24の型押し深さは、突出型押し要素10であるか、陥凹型押し要素24であるかに関係なく、Hで表される。型押し深さHは、成形金属プレート2の金属プレート厚さdの少なくとも3倍であり、金属プレート厚さdは、金属プレート2の14で示された平坦な領域内で測定する必要がある。 The extension of each embossing element 10, 24 in the longitudinal direction LR is designated B 10. In contrast, the extension of the embossing element 10, 24 in the transverse direction is designated H 10. The embossing depth of the embossing element 10, 24, whether it is a protruding embossing element 10 or a recessed embossing element 24, is designated H 8. The embossing depth H 8 is at least three times the metal plate thickness d of the formed metal plate 2, which must be measured within the flat area designated 14 of the metal plate 2.

型押し要素10、24は、液滴形状とも称される流線形を有する。各型押し要素10、24の先端は、12で示され、型押し要素10、24の後端部は、13で示されている。先端12から発する、型押し要素10、24の前部領域21は、端部13まで延在する後部領域22内に延在する。17で示された最大型押し深さの点は、前部領域21と後部領域22との間の境界にある。実施形態によっては、比較的伸びた領域にわたって画一的な型押し深さが付与されていてもよいため、概して、最大型押し深さの領域17という言い方がされる。前部領域21の長さは、L21で示され、領域22の長さは、L22で示されている。領域21、22の長さL21、L22の合計は、型押し要素10、24の伸長B10と一致する。先端12と点状の領域17との間で測定される前部領域21の長さL21は、長手方向LRの型押し要素10、24の合計伸長B10の30~45%である。 The embossing elements 10, 24 have a streamlined shape, also referred to as a droplet shape. The leading edge of each embossing element 10, 24 is designated 12, and the trailing edge of each embossing element 10, 24 is designated 13. The leading edge 21 of each embossing element 10, 24, originating from leading edge 12, extends into a trailing edge 22 that extends to the leading edge 13. A point of maximum embossing depth, designated 17, is located at the boundary between leading edge 21 and trailing edge 22. In some embodiments, a uniform embossing depth may be provided over a relatively elongated area, and thus the region of maximum embossing depth 17 is generally referred to as the region of maximum embossing depth. The length of leading edge 21 is designated L21 , and the length of region 22 is designated L22 . The sum of the lengths L21 and L22 of regions 21, 22 corresponds to the elongation B10 of the embossing elements 10, 24. The length L 21 of the front region 21 measured between the tip 12 and the dotted region 17 is 30-45% of the total extension B 10 of the embossing elements 10, 24 in the longitudinal direction LR.

先端12からは、少なくとも部分的に放物線形であるか、または放物線の形態に近似した前部輪郭18が発する。型押し要素10、24の外側輪郭の部分である、後部領域22内にある側部19は、端部13に向かって湾曲した後部輪郭20に合流する。後部輪郭20の各点で有限の曲率半径が与えられ、型押し要素10、24が先端で途切れることが、あらゆる場合に回避される。 From the tip 12 emanates a front profile 18 that is at least partially parabolic or approximates the form of a parabola. Sides 19 in the rear region 22, which are part of the outer profile of the embossing elements 10, 24, merge into a rear profile 20 that curves towards the end 13. A finite radius of curvature is provided at each point of the rear profile 20, preventing the embossing elements 10, 24 from discontinuing at the tip in any case.

型押し要素10、24の行-列の配置によって、行7間の重なり領域15と、列9間の重なり領域16と、が付与される。重なり領域15の幅は、U15で表され、重なり領域16の幅は、U16で表される。図1~図7に記載の実施例では、すべての型押し要素10が等しく整列されている。 The row-column arrangement of embossing elements 10, 24 provides overlapping areas 15 between rows 7 and overlapping areas 16 between columns 9. The width of overlapping area 15 is designated U 15 and the width of overlapping area 16 is designated U 16. In the embodiment shown in Figures 1-7, all embossing elements 10 are equally aligned.

図8に記載の実施例は、最初の列9の型押し要素10が第1の方向に整列され、次の列9の型押し要素10がその反対方向に整列されていることによって、図1~図7に記載の実施例と区別される。それによって、互い違いに整列された型押し要素10が、隣接配置された列9内にある。型押し要素10のこの整列には、成形領域4の特に大きな部分が型押し要素10によって満たされ得る、すなわち、型押しパターン8の内部の平坦な領域14が最小限に抑えられているという利点がある。これは特に、成形金属プレート2の機械的安定性に役立ち、同時に、好都合な流体技術上の特性が提供され、電解プレート1の全表面が最大化されており、これがまた、電気的特性に関する利点である。 The embodiment shown in Figure 8 is distinguished from the embodiments shown in Figures 1 to 7 in that the embossing elements 10 in the first row 9 are aligned in a first direction and the embossing elements 10 in the next row 9 are aligned in the opposite direction. This results in staggered embossing elements 10 in adjacently arranged rows 9. This alignment of the embossing elements 10 has the advantage that a particularly large portion of the forming area 4 can be filled with the embossing elements 10, i.e., the flat areas 14 inside the embossing pattern 8 are minimized. This particularly benefits the mechanical stability of the formed metal plate 2, while at the same time providing favorable fluid engineering properties and maximizing the overall surface of the electrolytic plate 1, which is also advantageous in terms of electrical properties.

図9に記載の実施例では、全体として型押し要素10が列ごとに互い違いに傾斜位置となるパターン23が形成されているように、すべての型押し要素10が長手方向LRに対して傾斜している。この形態の利点は、特に、気体拡散コーティングに対して特別に大きな接触面が占めていることにある。 In the embodiment shown in Figure 9, all of the embossing elements 10 are inclined relative to the longitudinal direction LR so that, overall, a pattern 23 is formed in which the embossing elements 10 are inclined in alternating rows. The advantage of this configuration is, in particular, that a particularly large contact surface is occupied by the gas diffusion coating.

図10に記載の実施例は、行7が互い違いにあることによって、図1に記載の実施例とは異なり、その行7内では型押し要素10が突出部として形成されているが、次の行7では、型押し要素24がくぼみである。平坦な領域14から正反対の方向に突出する型押し要素10、24の形態は、同一である。図10の場合でも、隣接した行7間にも、隣接した列9間にも重なりが付与されている。 The embodiment shown in Figure 10 differs from the embodiment shown in Figure 1 by the staggered rows 7, in which the embossing elements 10 are formed as protrusions in one row 7, while in the next row 7 the embossing elements 24 are depressions. The embossing elements 10, 24 protruding in opposite directions from the flat area 14 have the same shape. In Figure 10, there is also an overlap between adjacent rows 7 and between adjacent columns 9.

1 電解プレート
2 成形金属プレート
3 接続領域
4 成形領域
5 穴
6 開口部
7 行
8 型押しパターン
9 列
10 型押し要素、突出部
11 気体拡散コーティング
12 型押し要素の先端
13 型押し要素の後端
14 成形金属プレートの平坦な領域
15 行間の重なり領域
16 列間の重なり領域
17 最大型押し深さの領域
18 放物線形の前部輪郭
19 側部
20 湾曲した後部輪郭
21 前部領域
22 後部領域
23 型押し要素が傾斜位置にあるパターン
24 型押し要素、くぼみ
成形金属プレートの幅
成形領域の幅
10 型押し要素の長手方向への伸長
d 金属プレート厚さ
成形金属プレートの高さ
成形領域の高さ
型押しパターンの型押し深さ
10 型押し要素の横方向への伸長
21 前部領域の長さ
22 後部領域の長さ
LR 長手方向
15 行間の重なり領域の幅
16 列間の重なり領域の幅
1 Electrolytic plate 2 Formed metal plate 3 Connection area 4 Forming area 5 Hole 6 Opening 7 Row 8 Embossing pattern 9 Column 10 Embossing elements, protrusions 11 Gas diffusion coating 12 Tip of the embossing elements 13 Rear end of the embossing elements 14 Flat area of the formed metal plate 15 Overlap area between rows 16 Overlap area between columns 17 Area of maximum embossing depth 18 Parabolic front contour 19 Side 20 Curved rear contour 21 Front area 22 Rear area 23 Pattern with embossing elements in inclined position 24 Embossing elements, depressions B 2 Width of the formed metal plate B 4 Width of the forming area B 10 Longitudinal extension of the embossing elements d Metal plate thickness H 2 Height of the formed metal plate H 4 Height of the forming area H 8 Embossing depth of the embossing pattern H 10 Lateral extension of embossing element L 21 Length of front region L 22 Length of rear region LR Longitudinal direction U 15 Width of overlapping region between rows U 16 Width of overlapping region between columns

Claims (10)

少なくとも1つの型押しされた金属プレート(2)を含む、水素電気分解のために適合されたプレート(1)であって、前記型押しされた金属プレート(2)は、流路を画定するために形成されており、平坦な領域(14)と、その平坦な領域(14)内に形成される液滴形状の個別の型押し要素(10、24)を有し、
前記プレート(1)の両面で、同一の流体条件が得られるように、前記金属プレート(2)の前記平坦な領域(14)に対して、前記型押し要素(10)の一方の部分は、突出部として形成され、前記型押し要素(24)の他方の部分は、前記突出部と同一の形状に形成されたくぼみとして形成されていることを特徴とする、プレート(1)。
A plate (1) adapted for hydrogen electrolysis, comprising at least one stamped metal plate (2), the stamped metal plate (2) being formed to define flow channels and having a flat area (14) and individual droplet-shaped stamped elements (10, 24) formed within the flat area (14);
A plate (1), characterized in that one part of the embossing element (10) is formed as a protrusion with respect to the flat area (14) of the metal plate (2), and the other part of the embossing element (24) is formed as a depression formed in the same shape as the protrusion , so that the same fluid conditions are obtained on both sides of the plate (1).
それぞれの前記液滴形状の型押し要素(10、24)は、局在的領域として形成される最大型押し深さの領域(17)を有し、液滴形状である前記型押し要素(10、24)の一方の端部(13)までの前記最大型押し深さの領域(17)の距離(L22)は、前記型押し要素(10、24)の他方の端部(12)までの距離(L21)の1.2倍~2.4倍であることを特徴とする、請求項1に記載のプレート(1)。 2. The plate (1) according to claim 1, characterized in that each of the drop-shaped embossing elements (10, 24) has a region of maximum embossing depth (17) formed as a localized area, and the distance (L 22 ) of the region of maximum embossing depth (17) to one end (13) of the drop-shaped embossing element (10, 24) is 1.2 to 2.4 times the distance (L 21 ) to the other end (12) of the embossing element (10, 24). それぞれの前記液滴形状の型押し要素(10、24)は、一点だけの前記型押し要素(10、24)の最大幅の箇所を有し、液滴形状である前記型押し要素(10、24)の一方の端部(13)までの前記型押し要素(10、24)の最大幅の箇所の距離(L22)は、前記型押し要素(10、24)の他方の端部(12)までの距離(L21)の1.2倍~2.4倍であることを特徴とする、請求項1に記載のプレート(1)。 The plate (1) according to claim 1, characterized in that each of the droplet-shaped embossing elements (10, 24) has only one point of maximum width of the embossing element (10, 24), and the distance (L 22 ) of the maximum width of the embossing element (10, 24) to one end (13) of the droplet-shaped embossing element (10, 24) is 1.2 to 2.4 times the distance (L 21 ) to the other end (12) of the embossing element (10, 24). 最大突出部の前記領域(17)までより短い前記距離(L21)を有する前記型押し要素(10、24)の端部(12)から発する前記型押し要素(10、24)の輪郭(18)は、放物線形を描くことを特徴とする、請求項2または3に記載のプレート(1)。 4. A plate (1) according to claim 2 or 3 , characterized in that the contour (18) of the embossing element (10, 24) emanating from the end (12) of the embossing element (10, 24) having the shorter distance (L21) to the region (17) of maximum protrusion describes a parabolic shape. 前記型押し要素(10、24)の行-列の配置は、前記型押し要素(10、24)間の重なりが少なくとも一方向に与えられていることを特徴とする、請求項1から4のいずれか一項に記載のプレート(1)。 A plate (1) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the row-column arrangement of the embossing elements (10, 24) is such that there is an overlap between the embossing elements (10, 24) in at least one direction. 前記型押し要素(10、24)は、列ごとに互い違いの方向に整列されている、すなわち、前記金属プレート(2)の長手方向(LR)とその反対方向とにそれぞれ整列されていることを特徴とする、請求項5に記載のプレート(1)。 The plate (1) according to claim 5, characterized in that the embossing elements (10, 24) are aligned in alternating rows, i.e., aligned in the longitudinal direction (LR) of the metal plate (2) and in the opposite direction, respectively. 前記型押し要素(10、24)は、列ごとに互い違いに傾斜したパターン(23)に配置されていることを特徴とする、請求項5または6に記載のプレート(1)。 A plate (1) according to claim 5 or 6, characterized in that the embossing elements (10, 24) are arranged in a pattern (23) that is staggered from row to row. 前記型押し要素(10、24)の型押し深さ(H)は、前記金属プレート(2)の厚さ(d)の少なくとも3倍であることを特徴とする、請求項1から7のいずれか一項に記載のプレート(1)。 8. Plate (1 ) according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the embossing depth (H8) of the embossing elements (10, 24) is at least three times the thickness (d) of the metal plate (2). 水素を製造するための電解装置における、請求項1から8のいずれか一項に記載のプレート(1)の使用。 Use of a plate (1) according to any one of claims 1 to 8 in an electrolysis device for producing hydrogen. 金属プレート(2)を成形することを含む、水素電気分解のために適合されたプレート(1)を製造するための方法であって、前記金属プレート(2)の内部では、連続したプロセスで、型押しパターン(8)が、前記金属プレート(2)の平坦な領域(14)内に相互離間された液滴形状の、個別の型押し要素(10、24)の形態で作製され、
前記プレート(1)の両面で、同一の流体条件が得られるように、前記金属プレート(2)の前記平坦な領域(14)に対して、前記型押し要素(10)の一方の部分は、突出部として形成され、前記型押し要素(24)の他方の部分は、前記突出部と同一の形状に形成されたくぼみとして形成されている、方法。
1. A method for manufacturing a plate (1) adapted for hydrogen electrolysis, comprising shaping a metal plate (2) in which an embossed pattern (8) is produced in a continuous process in the form of separate, droplet-shaped embossed elements (10, 24) spaced apart in a flat area (14) of the metal plate (2),
A method in which one part of the embossing element (10) is formed as a protrusion and the other part of the embossing element (24) is formed as a depression formed in the same shape as the protrusion, relative to the flat area (14) of the metal plate (2), so that the same fluid conditions are obtained on both sides of the plate (1 ).
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117867551B (en) * 2024-01-10 2025-06-03 北京众和青源科技有限公司 A bipolar plate for alkaline electrolyzer with uniform flow field effect
WO2025223609A2 (en) 2024-04-22 2025-10-30 Schaeffler Technologies AG & Co. KG Electrolyser and cell component arrangement for an electrochemical system

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079500A (en) 2002-06-21 2004-03-11 Hitachi Maxell Ltd Electrode for electrochemical element and battery using the same
WO2013011578A1 (en) 2011-07-20 2013-01-24 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
DE102016121506A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 Audi Ag Bipolar plate and fuel cell with such a
JP2018537286A (en) 2015-10-30 2018-12-20 エルジー・ケム・リミテッド Channel plate manufacturing apparatus and manufacturing method
WO2019238360A1 (en) 2018-06-13 2019-12-19 Audi Ag Fuel cell plate
WO2020109436A1 (en) 2018-11-28 2020-06-04 Robert Bosch Gmbh Distributor structure for a fuel cell or electrolyser

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2387476B (en) 2002-06-24 2004-03-17 Morgan Crucible Co Flow field plate geometries
WO2011066841A1 (en) 2009-12-01 2011-06-09 Neubert, Susanne Process and apparatus for producing hydrogen by means of electrolysis
EP2503630A1 (en) 2011-03-23 2012-09-26 Siemens Aktiengesellschaft Electrochemical cell
DE202011102525U1 (en) 2011-06-28 2011-10-20 Udo Mürle Control unit for controlling hydrogen electrolysis, hydrogen storage and electricity generation from hydrogen storage on the grid
KR101241016B1 (en) * 2011-09-09 2013-03-11 현대자동차주식회사 Seperator for fuel cell
CN105121808A (en) 2013-03-15 2015-12-02 Nrg物流有限公司 Hydrogen on demand electrolysis fuel cell system
JP6746721B2 (en) 2017-01-26 2020-08-26 旭化成株式会社 Double electrode type electrolytic cell, double electrode type electrolytic cell for alkaline water electrolysis, and hydrogen production method
DE202017107797U1 (en) 2017-12-20 2019-03-25 Reinz-Dichtungs-Gmbh Electrochemical system
DE202018104628U1 (en) 2018-08-10 2019-11-14 Reinz-Dichtungs-Gmbh Electrochemical system
EP3725916A1 (en) 2019-04-19 2020-10-21 Ecovitus B.V. Improved elektrolysis plate

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004079500A (en) 2002-06-21 2004-03-11 Hitachi Maxell Ltd Electrode for electrochemical element and battery using the same
WO2013011578A1 (en) 2011-07-20 2013-01-24 トヨタ自動車株式会社 Fuel cell
JP2018537286A (en) 2015-10-30 2018-12-20 エルジー・ケム・リミテッド Channel plate manufacturing apparatus and manufacturing method
DE102016121506A1 (en) 2016-11-10 2018-05-17 Audi Ag Bipolar plate and fuel cell with such a
WO2019238360A1 (en) 2018-06-13 2019-12-19 Audi Ag Fuel cell plate
WO2020109436A1 (en) 2018-11-28 2020-06-04 Robert Bosch Gmbh Distributor structure for a fuel cell or electrolyser

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