EP4334508A1 - Elektrolyseanlage mit einer mehrzahl von elektrolysezellen - Google Patents

Elektrolyseanlage mit einer mehrzahl von elektrolysezellen

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EP4334508A1
EP4334508A1 EP22732073.6A EP22732073A EP4334508A1 EP 4334508 A1 EP4334508 A1 EP 4334508A1 EP 22732073 A EP22732073 A EP 22732073A EP 4334508 A1 EP4334508 A1 EP 4334508A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolysis
supply unit
control electrode
electrical
cell
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
EP22732073.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Hanebuth
Markus Ungerer
Peter Utz
Richard Wagner
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4334508A1 publication Critical patent/EP4334508A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • C25B9/60—Constructional parts of cells
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    • C25B11/077—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the compound being a non-noble metal oxide
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    • C25B11/081—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound the element being a noble metal

Definitions

  • the invention relates to an electrolysis system with a multiple number of electrolysis cells.
  • electrolysis systems have a large number of electrolysis cells, which are used in the conversion of chemical substances under the action of electricity into other chemical substances.
  • a chemical reaction i.e. a material conversion, is brought about with the help of an electric current.
  • PEM proton exchange membrane
  • alkaline electrolysis For example, hydrogen is now generated by proton exchange membrane (PEM) electrolysis or alkaline electrolysis. These electrolysis systems then use electrical energy to produce hydrogen and oxygen from the water supplied.
  • PEM proton exchange membrane
  • An electrolysis system has a large number of electrolysis cells, which are arranged adjacent to one another.
  • water electrolysis for example, water is broken down into hydrogen and oxygen in the electrolysis cells.
  • distilled water is typically fed to the anode side as a reactant and split into hydrogen and oxygen on a proton-permeable membrane (“proton exchange membrane”; PEM).
  • PEM proton-permeable membrane
  • the water is oxidized to oxygen at the anode.
  • the water is generally conveyed from the underside into the anode compartment and/or cathode compartment.
  • water electrolysis water is broken down into its components, namely hydrogen and oxygen, using electricity.
  • starting materials can also be used as starting materials in electrolysis and are ter Struktur, for example carbon dioxide or the like.
  • the electrolysis products are usually fluid substances that can be fed to the electrolysis cells in an electrolysis system via corresponding supply lines, in which the actual electrolysis is carried out.
  • the electrolysis products are often also in fluid form and are discharged from the electrolysis cells via additional supply lines.
  • the supply lines are usually connected to a cell supply unit, which serves to supply the electrolytic cells with the respective substances or at least one operating substance for proper operation.
  • Supply means not only supplying the operating material or the substance to be electrolyzed, but also discharging the respective electrolysis product, i.e. it includes the supplying of the educt fluid and the discharging of the product fluid that is obtained from the electrochemical conversion process.
  • Hydrogen can be provided with an electrolysis system, also known as an electrolyser, using regeneratively generated electrical energy.
  • an electrolysis system also known as an electrolyser
  • One way of generating hydrogen is to use an electrolysis system whose electrolysis cells are based on proton exchange membranes (PEM).
  • PEM proton exchange membranes
  • An electrolytic cell for generating hydrogen and oxygen from water is disclosed, for example, by DE 102011 007 759 A1. But DE 102019 205 316 A1 also describes a corresponding electrolytic cell for energy-efficient hydrogen production.
  • the electrolytic cells are also arranged one after the other in a stacking direction, so that a cell stack is formed.
  • the stacked arrangement makes it possible for the electrolysis cells arranged one after the other to be electrically contacted directly, for example by mechanical pressure, so that separate electrical connections of the electrolysis cells can be largely reduced.
  • a supply line system (manifold) is also provided within the cell stack, which is used to supply or discharge the at least one fuel to the electrolysis cells.
  • the operating substance can, for example, include the supplied fluid, for example water, and/or the reaction product, for example hydrogen and oxygen.
  • the cell stack is usually operated with a certain electrolysis capacity in such a way that the electric current is as small as possible, but the electric voltage is as high as possible.
  • the electrolysis power for the operation of the electrolysis system is provided by the energy source that is connected to it
  • Purpose can be connected to respective opposite ends of the cell stack.
  • a large number of electrolytic cells can be arranged in a cell stack, for example more than 100 electrolytic cells, in particular several hundred electrolytic cells, but preferably no more than about 400 electrolytic cells.
  • the electrical voltage at one of the respective electrolytic cells is around 1.5 V to 2.5 V. This results in the electrical voltage at the cell stack correspondingly, so that the electrical voltage at the cell stack is often 100 V exceeds, can even amount to several hundred volts.
  • the electrolysis system includes other components such as pumps, heat exchangers, separator tanks that are required for the intended operation of the electrolysis system or the electrolysis cells.
  • these components are summarized by the cell supply unit for supplying the electrolytic cells for normal operation with at least one fuel.
  • the cell supply unit is connected to the electrolytic cells arranged sequentially in a stacking direction via supply lines connected to the opposite ends of the electrolytic cells arranged sequentially.
  • the supply lines are usually made of a material such as metal or the like.
  • a correspondingly high electrical voltage occurs between the ends of the cell stack or the electrolytic cells arranged one after the other.
  • the Versor supply lines which are usually formed of a metal, it is therefore necessary that they have respective electrical cal insulating sections that serve to provide a good electrical connection between the ends of the successively arranged electrolytic cells and thus to avoid giequel between the electrical connections of the electrical energy.
  • the invention is based on the object of specifying an electrolytic system which further reduces the aforementioned corrosion problem and is equipped with an improved protection concept compared to the known solutions.
  • an electrolysis system with a plurality of electrolysis cells which are electrically connected in series and which are at least partially arranged one after the other in a stacking direction, where the series connection can be electrically coupled to an electrical energy source, comprising a cell supply unit for supplying the Electrolytic cells for intended operation with at least one operating fluid, and comprising supply lines connected to the cell supply unit and to opposite ends of the electrolytic cells arranged one after the other, wherein a material of the supply lines comprises metal, and wherein at least one of the supply lines comprises an electrical insulating section with an at least partially protruding into the interior of the insulating control electrode with a catalyst material, which is connected to a metallic pipe section of the supply line is electrically contacted on the anodic shear side.
  • the invention is based on the knowledge that previous operating concepts for electrolysis systems with regard to the avoidance and elimination of degradation phenomena, especially with regard to damaging corrosion effects on layers, are technically complex and economically significant have disadvantages.
  • effective and sustainable solutions have not yet been proposed in conventional approaches. Rather, the problem of corrosion remained, which is disadvantageous for the service life of an electrolysis system.
  • MEAs membrane electrode assemblies
  • H 2 O 2 formed at the electrodes can be converted into radicals when they come into contact with metal ions, which chemically attack the membrane structure of the MEAs and can thus impair the service life.
  • the present invention comes in specifically by avoiding the formation and release of a critical foreign ion concentration of damaging cations in the supply line in the area of the insulation section in an electrolysis system as far as possible and taking appropriate precautions.
  • the control electrode provided for this purpose, which partially protrudes into the interior of the insulating section and has a catalyst material, a stray current is achieved, in particular on the anodic side of the insulating section does not flow off via the metal pipe material of the supply line, but rather via the catalytically active control electrode. Corrosion on the anode side is thus suppressed, since no damaging metal cations, such as Fe 3+ from the ferrous material of the supply line, can go into solution.
  • the damaging processes in particular those processes on the anodic side, as explained above, can be suppressed very efficiently and, above all, sustainably and practically completely avoided with the control electrode with the catalyzer material.
  • the service life of the electrolysis system is advantageously increased.
  • the insulating section has a tubular design and is connected in a flow-tight manner to the supply line, for example as a connecting flange.
  • the insulating section has an axial extent in the axial direction, i.e. in the flow direction of the service fluid.
  • the control electrode partially protrudes into the interior of the insulating section. Depending on the design and the control efficiency that can be achieved, the control electrode can protrude between 30% and 70%, preferably about 40% to 60%, in the axial direction into the interior of the insulating section to reduce stray current consumption, measured from the anodic side of the insulating section.
  • the control electrode is in electrical contact with the metal pipe section of the supply line on the anodic side and is set to a corresponding potential, so that the release of metal cations, such as Fe 3+ , from the metal pipe material of the connec tion line in the anodic section of the supply line is efficiently avoided and corrosion protection is achieved.
  • the control electrode acts electrically and catalytically and, due to its dimensions and geometry with a correspondingly low flow resistance for a fluid flowing around, does not impair the promotion of the fuel in the supply line, or does so only to an insignificant extent.
  • the catalyst material is applied to the base body of the control electrode.
  • the catalyst material of the coating is at is chosen such that it favors, for example, the electrochemical decomposition of water into protons and oxygen. In addition to the positioning and arrangement of the control electrode in the insulating section, its catalytic effect combined with the catalyst material ensures particularly efficient protection against corrosion.
  • control electrode projects between 30% and 70%, in particular between about 40% and 60%, in the axial direction into the interior of the insulating section, measured from the anodic side of the insulating section.
  • the electrolysis cells be arranged in at least two sub-stacks, with each of the at least two sub-stacks being connected by means of at least one first supply line connected to the cell supply unit and at a first end of the respective sub-stack and at least one to the cell supply unit and the second supply line connected to a second end of the respective sub-stack opposite the first end in the stacking direction is connected to the cell supply unit, with the first supply line connected to the first end of that sub-stack having a negative electrical potential of the electrical Energy source can be coupled, is electrically conductively connected to the cell supply unit and all other supply lines have respective electrical insulating sections, with a plurality of the insulating sections having a control electrode protruding at least partially into the interior of the insulating section.
  • insulating sections are equipped with a respective control electrode that protrudes at least partially into the interior of the insulating section.
  • a particularly comprehensive protection against corrosion is thus achieved in the electrolytic system, since damaging stray currents are discharged in a majority, if necessary, even in each of the electrical insulating sections, insofar as these corrosion effects are to be feared.
  • the corrosion protection concept of the invention can therefore also be flexibly applied and adapted to electrolysis systems on an industrial scale with a high electrolysis capacity.
  • the electrical insulating sections of the supply lines, which are susceptible to corrosion, are specifically equipped with a control electrode that protrudes at least partially into the interior of the insulating section, in particular on the anodically acting side.
  • the control electrode partially protrudes inside the insulating section.
  • the control electrode can protrude in the axial direction into the interior of the insulating section by between 30% and 70%, preferably between 40% and 60%, in order to reduce stray current consumption by corrosion.
  • a plastic, a ceramic, but also a metal oxide, such as, for example, titanium dioxide, aluminum oxide and/or the like, can be provided as the material for the electrically insulating section.
  • a composite material can also be provided, which can be formed from a plastic, for example, which can be fiber-reinforced, for example.
  • almost any combination of these can also be provided, which are preferably selected in such a way that a chemical reaction with the fuel to be supplied in each case is essentially avoided.
  • the material of the supply line has at least metal.
  • the metal can, for example, be steel, in particular stainless steel.
  • another metal such as titanium or the like, can also be used.
  • Corresponding metal alloys can of course also be provided.
  • the electrical energy source of the electrolysis system can be any voltage source or current source, for example, which is able to provide sufficient power for carrying out the electrolysis through the electrolytic cells.
  • An electrolysis output can be determined at a specific surface current density depending on the dimensions of the respective electrolysis cell, in particular its electrolysis-technically effective areas.
  • the supply lines have a through-opening with a suitable inside diameter or cross-section in order to be able to guide the respective fuel to the electrolytic cells with as little loss as possible and/or to be able to remove it from the respective electrolytic cells or the partial stacks with as little loss as possible.
  • control electrode is arranged in such a way that during normal operation when the fuel is supplied Stray current in the supply line can be derived via the control electrode through its anodic effect.
  • the anode-side electrical connection and action of the control electrode is particularly efficient and therefore advantageous since the release of metal cations due to stray currents is particularly corrosive and therefore damaging in the area of the anodic side of the supply line adjacent to the insulating section.
  • control electrode is designed in the form of a wire, rod or grid.
  • a wide variety of geometric configurations and material compositions are flexibly available. Designing the control electrode from a metal wire and/or with a rod or lattice geometry is particularly advantageous due to the good local adaptability when installed and the low flow resistance that the control electrode opposes to the operating fluid conveyed in the supply line inside the insulating section during operation .
  • the control electrode it is also possible for the control electrode to be configured from a cylindrical or cup-shaped wire mesh. As a result, a larger effective area of the control electrode is provided over the internal cross section of the supply line in order to practically completely divert or prevent damaging, corrosion-promoting stray currents. At the same time, this geometry ensures that the electrical control electrode has a sufficiently low flow resistance to the pumping of the fuel inside the supply line.
  • the control electrode also preferably has a carrier metal of high conductivity, in particular titanium, coated with the catalyst material.
  • the base body of the control electrode can have or be composed of an oxidation-resistant material of high conductivity. Titanium is ideal here by train.
  • a titanium expanded metal can also function as a carrier or base body of the control electrode or, as described, the rod-shaped or wire-shaped configuration.
  • the catalyst material is applied to this base body.
  • the catalyst material of the coating is preferably selected in such a way that it promotes, for example, the electrochemical decomposition of water into protons and oxygen.
  • the catalyst material has a noble metal oxide. More preferably, the coating of the control electrode contains a catalyst material which has a mixed oxide comprising iridium and/or ruthenium.
  • a titanium-based control electrode in the form of a titanium mixed oxide anode can be used, with a titanium carrier that is activated with a mixed oxide layer.
  • the layers mainly consist of noble metal oxides from the platinum metal group with other dopings, so that so-called metal mixed oxide anodes (MMO) are formed.
  • MMO metal mixed oxide anodes
  • an MMO anode can also be used as an anodically acting control electrode in the insulating section of the electrolysis system, for example, as used for an electrophoretic coating process.
  • These are preferably based on iridium-tantalum activation, 12.5 g iridium per square meter, such as titanium expanded metal type A, for example realized with a fastening element, for example in the form of a welded hook, for fastening and electrical contacting of the control electrode on the anodic side of the supply line .
  • a composite material can also be provided, for example may be formed from a plastic which may be fiber reinforced, for example.
  • a plastic which may be fiber reinforced for example.
  • almost any combination of these can also be provided, which are preferably selected in such a way that a chemical reaction with the fuel to be supplied in each case is essentially avoided.
  • the material of the supply line has at least metal.
  • the metal can, for example, be steel, in particular stainless steel.
  • another metal for example titanium or the like, can also be used.
  • Appropriate metal alloys can of course also be provided.
  • the respective ends of the partial stacks facing the respective insulating sections are electrically insulated from the electrolytic cells.
  • the corrosion effect can be largely avoided in the region between the insulating section and the respective end of the partial stack.
  • the effect of the invention can be further improved as a result.
  • a voltage source is provided, which is connected to the cell supply unit, so that the cell supply unit can be subjected to an electrical potential that is negative with respect to ground potential.
  • the cell supply unit is at least indirectly electrically grounded in the electrolysis system. Due to the grounding, the cell supply unit with the supply lines electrically coupled to the cell supply unit can be connected to a predetermined reference potential. At the same time, this also allows the negative potential of the electrical energy source, which is electrically coupled to the cell supply unit via the supply lines is, also indirectly at least be grounded.
  • the cell stack formed from the sub-stacks is therefore at a defined electrical potential with respect to ground potential and is therefore no longer subject to floating potential. A defined electrical potential difference or electrical voltage can thus be achieved at the respective electrical insulating sections. This allows the reliability of the function of the invention to be further improved.
  • the grounding has a sacrificial anode and/or a voltage source, by means of which the cell supply unit can be subjected to an electrical potential that is negative compared to the ground potential.
  • a voltage source is used, the negative electrical potential of the voltage source can be electrically connected to the cell supply unit and to the supply lines connected to it.
  • the negative electrical potential of the voltage source is preferably grounded accordingly at the same time.
  • the voltage source provides an electrical voltage in a range from approximately -2 V to approximately 0 V in relation to the ground potential this electrical voltage is selected in a range from about -1 V to about -0.8 V.
  • an electrical voltage selected in this range corrosion of stainless steel, for example, can also be prevented under maritime conditions, especially in off-shore applications. be avoided ßere corrosion can be reduced or prevented.
  • the partial stacks are connected in parallel to the cell supply unit in terms of supply.
  • the supply can include supplying or removing the fuel or substances produced during the electrolysis.
  • a further electrode to be arranged in the manner of a counter-electrode for cathodic protection against corrosion in the area of the cell supply unit.
  • the internal corrosion phenomenon relates in particular to corrosion effects within the electrolysis system, especially within the cell supply unit.
  • this can be a titanium electrode or titanium anode, which can be coated with a mixed oxide.
  • the anode formed in this way is preferably arranged in a liquid phase of an oxygen separation tank of the cell supply unit.
  • the partial stacks are particularly advantageously connected in parallel to the cell supply unit in terms of supply. In this way, a good supply of the at least one fuel can be achieved for the sub-stacks.
  • the supply can include supplying or also discharging the fuel or substances produced during the electrolysis.
  • the exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention.
  • the features and combinations of features specified in the description above, as well as those specified in the following description The features and feature combinations mentioned in the description of exemplary embodiments and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations.
  • the invention also encompasses or is to be regarded as disclosed embodiments that are not explicitly shown and explained in the figures, but that result from the explained embodiments and can be generated through separate combinations of features.
  • the features, functions and/or effects illustrated in the exemplary embodiments can each represent individual features, functions and/or effects of the invention that are to be considered independently of one another and that further develop the invention independently of one another. Therefore, the exemplary embodiments are also intended to include combinations other than those in the illustrated embodiments.
  • the described embodiments can also be supplemented by further features, functions and/or effects of the invention that have already been described.
  • FIG. 1 shows an electrolysis system for the electrolysis of water in a schematic block diagram
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a supply line of the electrolysis system according to FIG. 1 in the area of an insulating section;
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a supply line of the electrolysis system according to FIG. 1 in the area of the insulating section with a control electrode;
  • Electrolysis plant for electrolyzing water a cell stack is divided into four sub-stacks.
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an electrolysis system 10 which has a cell stack 54 which has a plurality of electrolysis cells 12 which are arranged one after the other in a stacking direction 14 .
  • the electrolytic cells 12 presently serve to decompose water into its components oxygen and hydrogen by electrochemical means.
  • the electrolysis system 10 is therefore used in the present case to generate hydrogen and oxygen from water.
  • the electrolysis cells 12 are arranged directly adjacent to one another, so that respective electrodes of the electrolysis cells 12 arranged adjacent can make electrical contact with one another. It is provided that in each case an anode of a first of the electrolysis cells 12 makes electrical contact with a cathode of the second electrolysis cell 12 which is arranged immediately adjacent in each case. As a result, the Elect rolysezellen 12 are electrically connected in series.
  • the electrolysis cells 12 are on the one hand supplied with water to be electrolyzed and on the other hand discharge lines for the substances produced, hydrogen and oxygen, are provided via an internal supply structure of the cell stack 54, which is not shown in any more detail. This supply can be connected to opposite ends 20, 22 of the cell stack 54 in each case.
  • an electrical energy source 16 is also connected via an electrical line 52, which provides a suitable electrical voltage with an appro Neten electrical power before lying, so that the electrolysis cells 12 can be supplied with sufficient electrical energy for normal operation .
  • the electrolysis system 10 also includes a cell supply unit 18, which is used to supply the electrolytic cells 12 or the cell stack 54 with the respective fuels, which in the present case relate to the supply of water and the removal of hydrogen and oxygen.
  • a discharge line 46 for what hydrogen and a further discharge line 48 for the oxygen in the cell supply unit 18 are provided for discharging the products.
  • a corresponding supply 50 for water is connected to the cell supply unit 18 for the supply of water as the educt of the electrolysis.
  • the cell supply unit 18 also includes a number of components that are required for the intended operation of the electrolysis system 10, such as pumps, heat exchangers, separation tanks and/or the like, which are not further illustrated here.
  • the cell supply unit 18 is connected to the cell stack 54 in terms of supply via supply lines 24 which are connected to the cell supply unit 18 and the opposite ends 20, 22 of the cell stack 54.
  • the supply lines 24 thus fluidly couple the supply structure of the cell stack 54.
  • the supply lines 24 are formed from a metal such as stainless steel.
  • each of the supply lines 24 has an electrically insulating section 38. This ensures that the ends 20, 22 are designed to be electrically isolated from the cell supply unit 18 and thus also electrically isolated from one another.
  • the supply lines 24 are located outside of the cell stack 54.
  • the insulating sections 38 are essentially formed from an electrical insulating material, which can be, for example, a suitable ceramic material or also a suitable plastic or composite material.
  • 2 shows a schematic sectional view of one of the supply lines 24 from FIG. 1 in the area of the insulating section 38. In FIG Area 56 of the cell supply unit 18 faces. The areas 56 and 58 are electrically isolated from one another by the insulating section 38 .
  • This arrangement is designed to be fluid-tight overall and has an essentially constant inner diameter 62 through which the corresponding fluid can be guided, which in this case is water.
  • Corrosion occurs in a region 64 due to the electrical voltage applied to the electrical insulating section 38 .
  • This can be considered to be due to the fact that in the area of a transition from area 56 to the electrical insulation section 38, negative hydroxide ions are formed due to the absorption of electrons from the metal of the wall of the supply line 24 into the water flowing in the inner diameter 62 electric field to Be rich out 58 and there react electrochemically with the metal of the wall of the supply line 24, as shown in FIG.
  • the wall of the supply line 24 corrodes in this area 64. This is undesirable and disadvantageous for the operation of the electrolysis system for the service life.
  • the hydrogen formed in this way can be dissolved in water or it can also be present in the form of tiny bubbles and be transported away with the water.
  • the quantities produced are usually so small that the hydrogen itself does not have any disruptive effects.
  • Rouging means the finest iron-containing particles that can be distributed in the supply lines 24 and the components of the electrolysis system 10 . They can be observed above all in the supply lines 24, in which hydrogen is also fed. If this rouging gets into the oxygen-carrying ing part of the electrolysis system 10, the rouging can dissolve again with the formation of ions.
  • cations can then get into the electrolytic cells 12 from the oxygen side and accumulate there. This process can lead to higher cell voltages and therefore to lower efficiency of the electrolysis system 10 .
  • Wei terhin damaging mechanisms for the Elektrolysezel len 12 can be associated with these cations. For example, hydrogen peroxide formed at the electrodes can be converted into free radicals upon contact with metal ions, which chemically attack a membrane structure of the electrolytic cells 12 and can thus adversely affect the service life of the electrolytic cells 12 .
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of a supply line 24 in which the disadvantageous corrosion effect in the area of the insulating section 38, which was explained with reference to FIG. 2, is very effectively and sustainably avoided.
  • the supply line 24 shown in FIG. 3 is part of an electrolysis system 10, roughly corresponding to FIG. 1 with an insulating section 38.
  • FIG. 3 shows the supply line 24 with a first area 58, which faces the end 22 of the cell stack 54. whereas an opposite second area 56 faces the cell supply unit 18 .
  • the areas 56 and 58 are electrically isolated from one another by the insulating section 38 .
  • This arrangement is designed to be fluid-tight overall and has an essentially constant inner diameter 62, through which the corresponding fluid, the fuel, can be guided in the axial direction inside the supply line.
  • the fluid or fuel is water for the water electrolysis.
  • the supply line 24 has an electrical insulating section 38 with a control electrode 66 which projects at least partially into the interior of the electrical insulating section 38.
  • the control electrode 66 is in the form of a wire loop made with a titanium base material. This results in high electrical conductivity.
  • the control electrode 66 is also coated with a catalyst material 68, which comprises a mixed oxide comprising iridium and/or ruthenium.
  • the catalyst material 68 is applied to the titanium base body so that a catalytically active layer is formed on the control electrode 66 .
  • the control electrode 66 is electrically contacted via the first region 58 of the supply line 24, which forms the anodic side, and is set to a corresponding positive potential, so that stray currents can be derived.
  • the control electrode 66 is arranged and aligned rich tet that in normal operation when supplied with the fuel, in this case water, for the water electrolysis, an unwanted stray current in the supply line 24 is derived via the control electrode 66 by the anodic effect. On the anode side, ie in area 58, the stray current then no longer flows in a damaging manner via the material of the supply line 24, but instead via the control electrode 66.
  • the catalyst material 68 has a catalytic effect on the control electrode 66, which causes the electrochemical decomposition of water into oxygen and protons.
  • the control electrode extends noticeably, in the example between about 50% and 60% of the axial extent of the insulating section 38, into the interior thereof, the stray current now flows on the anodic side in the region 58 via the control electrode 66. Furthermore, the catalytic coating with the catalyst material 68 promotes the formation of oxygen at the control electrode 66, since the overvoltage for this electrocatalytically desired reaction is reduced in a targeted manner. Since the stray currents are relatively small, the resulting amounts of oxygen are quite small and do not affect operation, at least as long as these amounts of oxygen do not accumulate in the insulating section 38 or in the adjacent areas 56, 58 of the supply line 24 Kings NEN.
  • FIG. 4 The particularly advantageous application of the invention is illustrated in FIG. 4 in a schematic block diagram of a further electrolysis system 60 for the electrolysis of water.
  • this complex electrolysis system 60 the aforementioned corrosion effect in the area of the insulating section 38, which was explained with reference to FIG. 3, is avoided in a lasting and very effective manner.
  • the following explanations are also based on the previous explanations for FIGS. 1 and 3, which is why reference is made to the relevant explanations.
  • the electrolytic cells 12 are arranged in four partial stacks 26, 28, 30, 32.
  • Each of the four sub-stacks 26, 28, 30, 32 is connected to the cell supply unit 18 by means of two first supply lines 24 and two to the cell supply unit 18 and at a first end 20 of the respective sub-stack 26, 28, 30, 32 a second end 22 of the respective sub-stack 26, 28, 30, 32, which is opposite the first end 20 in the stacking direction 14, is connected to the cell supply unit 18.
  • the statements relating to FIGS. 1 and 2 essentially apply to the cell supply unit 18.
  • the number of the respective electrolytic cells 12 of the sub-stacks 26, 28, 30, 32 is the same for all sub-stacks 26, 28, 30, 32. Depending on requirements, however, this can also be selected differently in other configurations without departing from the spirit of the invention.
  • the sub-stacks 26, 28, 30, 32 are in turn electrically connected in series so that--from an electrical point of view--all the electrolytic cells 12 of the sub-stacks 26, 28, 30, 32 are again connected in series--as in the cell stack 54 according to FIG.
  • This construction of the electrolysis system 60 means that the cell supply unit 18, viewed electrically, has the smallest electrical potential of the entire electrolysis system 60. This electrical potential is also connected to the negative electrical potential 34 of the electrical energy source 16 . In addition, the electrical energy source 16 provides the positive electrical potential 36 . The electrical energy source 16 provides the operating voltage for the intended operation of the electrolysis system 60 between the negative and the positive electrical potential 34, 36.
  • first supply line 24 which is connected to the first end 20 of that partial stack 26 which can be coupled to a negative electrical potential 34 of the electrical energy source 16 to be electrically conductive to the cell supply unit 18 is connected and all other supply lines 24 have respective electrical insulating sections 38 .
  • all insulating sections 38 have a respective control electrode 66 which projects at least partially into the interior of the insulating section and which is arranged and configured in accordance with FIG is.
  • an electrical insulating layer is formed, which is present by a coating of an insulating material is formed.
  • the insulation material is, for example, a suitable synthetic material.
  • a corrosion-resistant metal-containing material can also be provided, for example a metal oxide or the like, in particular a ceramic material, for example.
  • the respective ends 20, 22 of the partial stacks 26, 28, 30, 32, which face the respective insulating sections 38 are designed to be electrically isolated from the electrolytic cells 12. This can further reduce the corrosion effect. It has proven to be particularly advantageous if the cell supply unit 18 is electrically grounded by means of grounding 42, which can be designed as a direct ground fault or--as shown in FIG. 4--indirectly.
  • the grounding 42 is not connected directly to the cell supply unit 18, but using a voltage source 44, by means of which the cell supply unit 18 can be subjected to an electrical potential that is negative compared to the ground potential.
  • the voltage source 44 provides an electrical voltage of approximately -1 V to approximately -0.8 V. That tension can, however, in principle also be selected, for example, in a range from approximately -2 V to approximately 0 volts.
  • the counter-electrode for the cathodic protection against corrosion is also arranged in the area of the cell supply unit 18 .
  • the provided here for the grounding 42 electrode is presently formed by a titanium anode which is coated with a mixed oxide be.
  • the titanium anode with the mixed oxide coating is arranged in an electrically isolated manner from the cell supply unit 18 in a liquid phase of an oxygen separation tank, not further illustrated.
  • the exemplary embodiments show that the invention can be used to reduce corrosion by forming a plurality of partial stacks 26, 28, 30, 32 of the electrolysis cells 12, which are all electrically connected in series. however, are connected separately to the cell supply unit 18 via their own supply lines 24 .
  • the invention is in no way limited to use in the electrolysis of water and can also be used in other electrolyses to be carried out, for example carbon dioxide electrolysis or the like.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage (60) mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen (12), die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung (14) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wobei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequelle (16) elektrisch koppelbar ist, und mit einer Zellenversorgungseinheit (18) zum Versorgen der Elektrolysezellen (12) für einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und mit an die Zellenversorgungseinheit (18) und an gegenüberliegenden Enden (20, 22) der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen (12) angeschlossenen Versorgungsleitungen (24), wobei ein Werkstoff der Versorgungsleitungen (24) Metall aufweist, und wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen (24) einen elektrischen Isolierabschnitt (38) aufweist mit einer zumindest teilweise in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts (38) hineinragenden Steuer elektrode (66). Die Steuerelektrode (66) weist ein Katalysatormaterial (68) auf und ist mit einem metallischen Rohrabschnitt der Versorgungsleitung (24) auf deren anodischer Seite elektrisch kontaktiert.

Description

Beschreibung
Elektrolyseanlage mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen
Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage mit einer Mehr zahl von Elektrolysezellen.
Bekannte Elektrolyseanlagen weisen eine Vielzahl von Elektro lysezellen auf, die bei der Umwandlung von chemischen Stoffen unter Einwirkung von Elektrizität in andere chemische Stoffe zum Einsatz kommen. In der Regel wird mithilfe eines elektri schen Stroms eine chemische Reaktion, also eine Stoffumwand lung, herbeigeführt.
Beispielsweise wird Wasserstoff heutzutage mittels Proton Exchange Membrane (PEM)-Elektrolyse oder alkalischer Elektro lyse erzeugt. Diese Elektrolyseanlagen produzieren dann mit Hilfe elektrischer Energie Wasserstoff und Sauerstoff aus dem zugeführten Wasser.
Eine Elektrolyseanlage weist dabei eine Vielzahl von Elektro lysezellen auf, welche benachbart zueinander angeordnet sind. Mittels der Wasserelektrolyse wird beispielsweise in den Elektrolysezellen Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff zer legt. Bei einem PEM-Elektrolyseur wird typischerweise anoden seitig destilliertes Wasser als Edukt zugeführt und an einer protonendurchlässigen Membran (engl.: „Proton-Exchange- Membrane"; PEM) zu Wasserstoff und Sauerstoff gespalten. Das Wasser wird dabei an der Anode zu Sauerstoff oxidiert. Die Protonen passieren die protonendurchlässige Membran. Katho denseitig wird Wasserstoff produziert. Das Wasser wird dabei in der Regel von einer Unterseite in den Anodenraum und/oder Kathodenraum gefördert.
Bei der Wasserelektrolyse wird Wasser unter Nutzung des elektrischen Stroms in seine Bestandteile, nämlich Wasser stoff und Sauerstoff, zerlegt. Dem Grunde nach können jedoch auch andere Ausgangsstoffe als Edukte einer Elektrolyse un- terzogen werden, beispielsweise Kohlenstoffdioxid oder der gleichen.
Üblicherweise handelt es sich hierbei um fluide Stoffe, die in einer Elektrolyseanlage über entsprechende Versorgungslei tungen den Elektrolysezellen zugeführt werden können, in de nen die eigentliche Elektrolyse durchgeführt wird. Die Elekt rolyseprodukte sind häufig ebenfalls in fluider Form und wer den über weitere Versorgungsleitungen aus den Elektrolysezel len abgeführt. Die Versorgungsleitungen sind in der Regel an eine Zellenversorgungseinheit angeschlossen, die dem Versor gen der Elektrolysezellen für den bestimmungsgemäßen Betrieb mit den jeweiligen Stoffen beziehungsweise wenigstens einem Betriebsstoff dienen. Versorgen meint hier also nicht nur ein Zuführen des Betriebsstoffs beziehungsweise des zu elektroly- sierenden Stoffs, sondern auch ein Abführen des jeweiligen Elektrolyseprodukts, umfasst also das Zuführen des Edukt- Fluids und das Abführen des Produkt-Fluids, das aus dem elektrochemischen Umwandlungsprozess gewonnen ist.
Besonders die Bereitstellung von Wasserstoff erweist sich im industriellen Maßstab als besonders interessant, zumal Was serstoff ein vielseitig nutzbarer Energieträger ist. Wasser stoff kann mit einer Elektrolyseanlage, auch Elektrolyseur genannt, unter Ausnutzung von regenerativ erzeugter elektri scher Energie bereitgestellt werden. Eine Möglichkeit der Er zeugung von Wasserstoff besteht darin, eine Elektrolyseanlage zu nutzen, deren Elektrolysezellen auf Protonen-Austausch- Membranen (englisch: proton exchange membrane, PEM) basieren. Das Prinzip einer PEM-basierten Elektrolyseanlage beziehungs weise PEM-basierten Elektrolysezelle ist im Stand der Technik bekannt, weshalb von weiteren Erläuterungen hierzu abgesehen wird. Eine Elektrolysezelle zur Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser ist beispielsweise durch die DE 102011 007 759 Al offenbart. Aber auch die DE 102019 205 316 Al be schreibt eine entsprechende Elektrolysezelle für eine ener gieeffiziente Wasserstoffherstellung. Ferner offenbart die DE 21 2018 000 414 Ul ein Wasserstofferzeugungssystem. Gattungsgemäße Elektrolyseanlagen weisen in der Regel eine Mehrzahl von Elektrolysezellen auf, die üblicherweise elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die hierdurch gebildete Reihenschaltung ist mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch gekoppelt, die eine geeignete elektrische Spannung bereitstellt, sodass mittels der Elektrolysezellen der vorge sehene Prozess der elektrochemischen Stoffumwandlung reali siert werden kann.
Die Elektrolysezellen sind darüber hinaus in einer Stapel richtung aufeinanderfolgend angeordnet, sodass ein Zellensta pel gebildet ist. Durch die gestapelte Anordnung ist es mög lich, dass die aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolyse zellen elektrisch unmittelbar, etwa durch mechanische Pres sung, miteinander kontaktiert werden können, sodass separate elektrische Anschlüsse der Elektrolysezellen weitgehend redu ziert werden können.
Innerhalb des Zellenstapels ist ferner ein Versorgungslei tungssystem (englisch: manifold) vorgesehen, welches dazu dient, den wenigstens einen Betriebsstoff den Elektrolysezel len zuzuführen beziehungsweise abzuführen. Der Betriebsstoff kann zum Beispiel das zugeführte Fluid, beispielsweise Was ser, und/oder das Reaktionsprodukt, beispielsweise Wasser stoff und Sauerstoff, umfassen. Der Zellenstapel (englisch: stack) wird in der Regel mit einer bestimmten Elektrolyse leistung so betrieben, dass ein elektrischer Strom möglichst klein, aber eine elektrische Spannung möglichst groß ist.
Dies wird durch eine geeignete Stapelung der Elektrolysezel len im Zellenstapel erreicht. Dadurch können sich elektrische Spannungen an den jeweiligen Elektrolysezellen im Zellensta pel zur Zellenstapelspannung addieren, während die auf diese Weise in Reihe geschalteten Elektrolysezellen mit einem im Wesentlichen gleichen Strom betrieben werden können.
Die Elektrolyseleistung für den Betrieb der Elektrolyseanlage wird durch die Energiequelle bereitgestellt, die zu diesem Zweck an jeweilige gegenüberliegende Enden des Zellenstapels anschließbar ist. In einem Zellenstapel können eine Vielzahl von Elektrolysezellen angeordnet sein, beispielsweise mehr als 100 Elektrolysezellen, insbesondere mehrere hundert Elektrolysezellen, vorzugsweise jedoch nicht mehr als etwa 400 Elektrolysezellen. Bei einer Elektrolyse von Wasser zu Wasserstoff und Sauerstoff beträgt eine elektrische Spannung an einer der jeweiligen Elektrolysezellen etwa 1,5 V bis 2,5 V. Daraus ergibt sich die elektrische Spannung am Zellen stapel entsprechend, sodass die elektrische Spannung am Zel lenstapel häufig 100 V übersteigt, sogar mehrere hundert Volt betragen kann.
Die Elektrolyseanlage umfasst neben dem Zellenstapel weitere Komponenten, wie zum Beispiel Pumpen, Wärmetauscher, Abschei debehälter, die für den bestimmungsgemäßen Betrieb der Elekt rolyseanlage beziehungsweise der Elektrolysezellen erforder lich sind. Diese Komponenten werden vorliegend zusammenge fasst durch die Zellenversorgungseinheit zum Versorgen der Elektrolysezellen für den bestimmungsgemäßen Betrieb mit we nigstens einem Betriebsstoff.
Die Zellenversorgungseinheit ist mit den in eine Stapelrich tung aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen über Versorgungsleitungen angeschlossen, die an den gegenüberlie genden Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolyse zellen angeschlossen sind. Die Versorgungsleitungen sind in der Regel aus einem Werkstoff wie Metall oder dergleichen ge bildet.
Zwischen den Enden des Zellenstapels beziehungsweise der auf einanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen tritt eine entsprechend hohe elektrische Spannung auf. Für die Versor gungsleitungen, die in der Regel aus einem Metall gebildet sind, ist es daher erforderlich, dass sie jeweilige elektri sche Isolierabschnitte aufweisen, die dazu dienen, eine elektrisch gut leitfähige Verbindung zwischen den Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen und somit zwischen den elektrischen Anschlüssen der elektrischen Ener giequelle zu vermeiden.
Dem Grunde nach hat sich die Anwendung gemäß dem Stand der Technik zwar bewährt, dennoch hat sich herausgestellt, dass insbesondere im Bereich des an den elektrischen Isolierab schnitt anschließenden Bereichs der Versorgungsleitung, der mit einem positiven elektrischen Potential der elektrischen Energiequelle im bestimmungsgemäßen Betrieb beaufschlagt ist, eine Korrosion auftreten kann. In diesem anodischen Bereich der Versorgungsleitung findet oxidative Zersetzung des metal lischen Rohrmaterials statt. Dies ist nicht nur für die Elektrolyseanlage als solche schädlich, sondern kann auch zu Verunreinigungen des wenigstens einen Betriebsstoffs und da mit zu Störungen beim bestimmungsgemäßen Betrieb der Elektro lysezellen führen.
Um diese Problematik zu reduzieren, ist es im Stand der Tech nik bekannt, eine spezifische elektrische Leitfähigkeit des Wassers möglichst klein zu halten und durch eine möglichst lange Isolationsstrecke oder auch eine Querschnittsreduktion im Bereich des jeweiligen Isolierabschnitts die Korrosion ki netisch zu hemmen und so die Wirkung zeitlich zu strecken.
Die Korrosion kann jedoch hierdurch dem Grunde nach nicht vermieden werden. Insbesondere die stets vorhandene, wenn auch geringe, elektrische Leitfähigkeit von Wasser, insbeson dere innerhalb der durch den Isolierabschnitt gebildeten Iso lationsstrecke, führt zu Streuströmen im Wasser, insbesondere innerhalb der Isolierstrecke. Dadurch bleibt das Problem der Korrosion weiterhin bestehen, was nachteilig für die Stand zeit einer Elektrolyseanlage ist. Neben einem besonderen und aufwändigen Wassermanagement sind ferner Konzepte mit Schutz elektroden bekannt, um den Korrosionseffekten entgegenzuwir ken, wie sie etwa in Zuleitungen und Ableitungen für den Elektrolyten einer Elektrolysevorrichtung regelmäßig auftre ten. Beispielsweise ist in der DE 4136 917 CI vorgeschlagen, in einer Elektrolysevorrichtung einige Schutzelektroden vor zusehen, die mit einer gegen Erde isolierten Metallschiene elektrisch leitend verbunden sind. Hierdurch lässt sich der Strom, der von jeder Schutzelektrode zur Metallschiene fließt, leicht mit ausreichender Genauigkeit messen. Damit kann die Funktionsfähigkeit der Schutzelektrode kontrolliert werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysean lage anzugeben, die das vorgenannte Korrosionsproblem weiter vermindert und mit einem gegenüber den bekannten Lösungen verbesserten Schutzkonzept ausgestattet ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Elektro lyseanlage mit einer Mehrzahl von Elektrolysezellen, die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung aufeinanderfolgend angeordnet sind, wo bei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequelle elektrisch koppelbar ist, umfassend eine Zellenversorgungs einheit zum Versorgen der Elektrolysezellen für einen bestim mungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und umfassend an die Zellenversorgungseinheit und an gegenüber liegenden Enden der aufeinanderfolgend angeordneten Elektro lysezellen angeschlossene Versorgungsleitungen, wobei ein Werkstoff der Versorgungsleitungen Metall aufweist, und wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen einen elektrischen Isolierabschnitt aufweist mit einer zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelekt rode mit einem Katalysatormaterial, die mit einem metalli schen Rohrabschnitt der Versorgungsleitung auf deren anodi scher Seite elektrisch kontaktiert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich durch Merkmale der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass bisherige Betriebskonzepte für Elektrolyseanlagen hinsicht lich der Vermeidung und Behebung von Degradationserscheinun gen vor allem in Bezug auf schädigende Korrosionseffekte an lagentechnisch aufwändig sind und wirtschaftlich erhebliche Nachteile aufweisen. Insbesondere effektive und auch nachhal tige Lösungen sind in herkömmlichen Ansätzen bisher nicht vorgeschlagen worden. Vielmehr blieb das Problem der Korrosi on weiterhin bestehen, was nachteilig für die Standzeit einer Elektrolyseanlage ist.
Da über die den durch den Isolierabschnitt sich ergebende Isolationsstrecke im Betrieb der Elektrolyseanlage typischer weise mehrere hundert Volt anliegen, gibt es aufgrund der hohen Spannungsdifferenz an einer Versorgungsleitung einen deutlichen Elektronen-Überschuss und an der anderen einen entsprechenden Elektronen-Mangel. Die Spannung ist hierbei so groß, dass aus thermodynamischer Sicht Elektrodenreaktionen ablaufen. Durch eine Erniedrigung der spezifischen Leitfähigkeit des Wassers bzw. eine Verlängerung oder Einengung der Isolationsstrecken lässt sich diese Reaktion grundsätzlich verlangsamen, also kinetisch hemmen. Sie lässt sich aber nie vollständig unterbinden, es ist also nur eine Behelfsmaßnahme. Das Wasser innerhalb der Isolationsstrecke hat stets eine geringe Leitfähigkeit, so dass in Konsequenz Streuströme durch den Betriebsstoff, insbesondere durch das Wasser im Fall der Wasserelektrolyse, im Bereich des Isolierabschnitts der Versorgungsleitung fließen.
Auf der kathodischen Seite mit Elektronen-Überschuss wird Wasser gespalten, wobei Wasserstoff und Hydroxid-Ionen entstehen. Der Wasserstoff liegt in Form von feinsten Bläschen oder gelöst vor und wird mit dem Wasser abtrans portiert. Die produzierten Mengen sind so gering, dass vom Wasserstoff keine störenden Wirkungen ausgehen. Die Hydroxid- Ionen befinden sich in gelöster Form im Wasser und tendieren wegen ihrer negativen Ladung und der Richtung des herrschenden elektrischen Feldes von der kathodischen Seite der Versorgungsleitung in Richtung des Isolierabschnitts und der dahinter liegenden, sich daran anschließenden, anodische Seite der Versorgungsleitung wandern. Hingegen wird auf der anodischen Seite das metallische Rohrmaterial der Versorgungsleitung oxidativ zersetzt. So geht etwa im Falle einer Versorgungsleitung aus Edelstahl metallisches Eisen Fe durch die anodische Korrosion als Fe3+ in Lösung, so dass über die Zeit signifikante Mengen an Fe3+ Fremdionen in das Wasser eingetragen werden. Es können aber auch andere Spezies gebildet werden, zum Beispiel Rost, welcher lokal an der Oberfläche verbleibt und an der charakteristischen braunen Farbe erkennbar ist. Neben Eisen können aber auch weitere Metalle, die im Stahl vorhanden sind, aufgelöst werden und hierbei schädigende Kationen bilden. Wegen der positiven Ladung haben diese Metall- Kationen die Tendenz in Gegenrichtung des Hydroxids zu wandern, was zu weiteren nachteiligen Folgeerscheinungen durch die Bildung von so genanntem Rouging. Rouging sind feinste Eisen-haltige Partikel, die sich in den Rohrleitungen und Komponenten des Elektrolyse-Systems verteilen.
Es ist auch als großer Nachteil erkannt worden, dass Metall- Ionen von der Sauerstoff-Seite aus in die Membran-Elektroden- Einheiten (MEAs) gelangen können und sich dort anreichern. Unter anderem führt dieser Vorgang zu höheren Zellspannungen. Weiterhin werden MEA-schädigende Mechanismen mit diesen Metall-Ionen in Verbindung gebracht. Beispielsweise kann an den Elektroden gebildetes H2O2 bei Kontakt mit Metall-Ionen in Radikale umgewandelt werden, welche die Membranstruktur der MEAs chemisch angreifen und so die Standzeit beeinträchtigen können.
Hier setzt die vorliegende Erfindung gezielt an, indem in ei ner Elektrolyseanlage bereits die Entstehung und Freisetzung einer kritischen Fremdionenkonzentration an schädigenden Ka tionen in der Versorgungsleitung im Bereich der Isolationsab schnitt möglichst vermieden wird und entsprechend Vorsorge trifft. Mit der hierfür vorgesehenen teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode aufwei send ein Katalysatormaterial ist erreicht, dass insbesondere an der anodischen Seite des Isolierabschnitts ein Streustrom nicht über das metallische Rohrmaterial der Versorgungslei tung abfließt, sondern stattdessen gezielt über die kataly tisch wirkende Steuerelektrode. Somit ist die anodenseitige Korrosion unterdrückt, da keine schädigende Metallkationen, wie etwa Fe3+ aus dem eisenhaltigen Material der Versorgungs leitung in Lösung gehen können. Die schädigenden Prozesse, insbesondere jene Prozesse auf der anodischen Seite, wie oben dargelegt, können mit der Steuerelektrode mit dem Katalysa tormaterial sehr effizient und vor allem nachhaltig unter drückt und praktisch vollständig vermieden werden. Die Stand zeit der Elektrolyseanlage wird vorteilhafterweise erhöht.
Der Isolierabschnitt ist rohrförmig ausgeführt und in die Versorgungsleitung strömungstechnisch dicht geschaltet, etwa als Verbindungsflansch. Somit ist der Betriebsstoff in der den Isolierabschnitt aufweisenden Versorgungsleitung fluid dicht durch den Isolierabschnitt führbar. Der Isolierab schnitt weist in axialer Richtung, also in der Strömungsrich tung des Betriebsstoffs eine Axialausdehnung auf. Die Steuer elektrode ragt teilweise in das Innere des Isolierabschnitts. Die Steuerelektrode kann je nach Ausgestaltung und erzielba rer Steuereffizienz zur korrosionsvermindernden Streustrom aufnahme etwa zwischen 30% und 70%, vorzugsweise etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Isolierabschnitts hineinragen, gemessen von der anodischen Seite des Isolierab schnitts. Die Steuerelektrode ist dabei mit dem metallischen Rohrabschnitt der Versorgungsleitung auf der anodischen Seite elektrisch kontaktiert und auf ein entsprechendes Potential gelegt, so dass bereits die Freisetzung von Metall-Kationen, etwa von Fe3+, aus dem metallischen Rohrmaterial der Verbin dungsleitung, im anodischen Abschnitt der Versorgungsleitung effizient vermieden ist und ein Korrosionsschutz erzielt. Die Steuerelektrode wirkt dabei elektrisch und katalytisch und beeinträchtigt aufgrund ihrer Abmessungen und Geometrie mit einem entsprechend geringen Strömungswiderstand für ein um strömendes Fluid, die Förderung des Betriebsstoffs in der Versorgungsleitung nicht oder nicht nennenswert. Auf dem Grundkörper der Steuerelektrode ist das Katalysatormaterial aufgebracht. Das Katalysatormaterial der Beschichtung ist da- bei so gewählt, dass es beispielsweise die elektrochemische Zersetzung von Wasser in Protonen und Sauerstoff begünstigt. Neben der Positionierung und Anordnung der Steuerelektrode in dem Isolierabschnitt sorgt deren katalytische Wirkung durch das Katalysatormaterial in Kombination für einen besonders effizienten Korrosionsschutz.
In bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ragt die Steuerelektrode zwischen 30% und 70%, insbesondere zwischen etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Iso lierabschnitts hinein, gemessen von der anodischen Seite des Isolierabschnitts .
Es wurde festgestellt, dass die axiale Positionierung der Steuerelektrode mit dem Katalysatormaterial innerhalb des Isolierabschnitt die Schutzwirkung und Steuereffizienz des Korrosionsschutzes beeinflusst. Dieser Arbeitsbereich für die axiale Position der Steuerelektrode innerhalb des Isolierab schnitts hat sich je nach Ausgestaltung und erzielbarer Steu ereffizienz zur korrosionsvermindernden Streustromaufnahme als besonders effektiv erwiesen. Eine besonders wirkungsvol ler Elektroneneinfang sowie eine anodenseitige Ableitung der Elektronen durch die Steuerelektrode in das anodenseitige me tallische Rohrmaterial sind dadurch begünstigt.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Elekt rolyseanlage wird vorgeschlagen, dass die Elektrolysezellen in wenigstens zwei Teilstapeln angeordnet sind, wobei jeder der wenigstens zwei Teilstapel mittels wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit und an einem ersten Ende des je weiligen Teilstapels angeschlossenen ersten Versorgungslei tung und wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit und an einem dem ersten Ende in Stapelrichtung gegenüberliegenden zweiten Ende des jeweiligen Teilstapels angeschlossenen zwei ten Versorgungsleitung mit der Zellenversorgungseinheit ver bunden ist, wobei diejenige erste Versorgungsleitung, die an dem ersten Ende desjenigen Teilstapels angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential der elektrischen Energiequelle koppelbar ist, elektrisch leitend an die Zel lenversorgungseinheit angeschlossen ist und alle anderen Ver sorgungsleitungen jeweilige elektrische Isolierabschnitte aufweisen, wobei eine Mehrzahl der Isolierabschnitte eine je weilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierab schnitts hineinragende Steuerelektrode aufweist.
Vorteilhafterweise sind bedarfsweise sogar alle Isolierab schnitte mit einer jeweiligen zumindest teilweise in das In nere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode ausgestattet.
Damit ist bei der Elektrolysanlage ein besonders umfassender Korrosionsschutz erreicht, da in einer Mehrzahl, im Bedarfsfall, sogar in jedem der elektrischen Isolierab schnitte schädigende Streuströme abgeleitet werden, soweit diese Korrosionseffekte zu befürchetn sind. Somit ist die Freisetzung von Metallkationen auch bei einer komplexen Elektrolyseanlage mit mehreren Teilstapeln von Elektrolyse zellen effizient und nachhaltig unterdrückt. Das Korrosions schutzkonzept der Erfindung ist daher auch bei Elektrolysean lagen im industriellen Maßstab mit großer Elektrolyseleistung flexibel anwendbar und anpassbar. Dabei sind gezielt die korrosionsanfälligen elektrischen Isolierabschnitte der Ver sorgungsleitungen, insbesondere an der anodisch wirkenden Seite, mit einer jeweiligen zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode ausge stattet. Die Steuerelektrode ragt teilweise in das Innere des Isolierabschnitts. Die Steuerelektrode kann je nach Ausge staltung und erzielbarer Steuereffizienz zur korrosionsver mindernden Streustromaufnahme etwa zwischen 30% und 70%, vor zugsweise etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Isolierabschnitts hineinragen. Dies kann jeweils nach lo kaler Geometrie im Bereich von Verbindungsleitung und Iso lierabschnitt und Anforderungen an den Korrosionsschutz fle xibel ausgestaltet werden. Als Werkstoff für den elektrischen Isolierabschnitt kann bei spielsweise ein Kunststoff, eine Keramik, aber auch ein Me talloxid, wie zum Beispiel Titandioxid, Aluminiumoxid und/oder dergleichen, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch ein Verbundwerkstoff vorgesehen sein, der beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann, der zum Beispiel fa serverstärkt sein kann. Natürlich können auch nahezu beliebi ge Kombinationen hiervon vorgesehen sein, die vorzugsweise derart gewählt sind, dass eine chemische Reaktion mit dem je weils zuzuführenden Betriebsstoff im Wesentlichen vermieden ist.
Der Werkstoff der Versorgungsleitung weist zumindest Metall auf. Das Metall kann zum Beispiel ein Stahl, insbesondere ein Edelstahl, sein. Darüber hinaus kann natürlich auch ein ande res Metall, beispielsweise Titan oder dergleichen, zum Ein satz kommen. Natürlich können auch entsprechende Metalllegie rungen vorgesehen sein.
Die elektrische Energiequelle der Elektrolyseanlage kann bei spielsweise eine beliebige Spannungsquelle oder auch Strom quelle sein, die eine ausreichende Leistung für die Durchfüh rung der Elektrolyse durch die Elektrolysezellen bereitzu stellen vermag. Eine Elektrolyseleistung kann bei einer spe zifischen Flächenstromdichte abhängig von den Abmessungen der jeweiligen Elektrolysezelle, insbesondere ihrer elektrolyse technisch wirksamen Bereiche, bestimmt sein.
Die Versorgungsleitungen weisen eine Durchgangsöffnung mit einem geeigneten Innendurchmesser beziehungsweise Querschnitt auf, um den jeweiligen Betriebsstoff möglichst verlustfrei zu den Elektrolysezellen hinführen zu können und/oder möglichst verlustfrei von den jeweiligen Elektrolysezellen beziehungs weise den Teilstapeln abführen zu können.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ist die Steuerelektrode derart angeordnet, dass im bestimmungsge mäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff, ein Streustrom in der Versorgungsleitung über die Steuerelektrode durch deren anodische Wirkung ableitbar ist.
Die anodenseitige elektrische Anbindung und Wirkung der Steu erelektrode ist besonders effizient und damit vorteilhaft, da im Bereich der anodischen Seite der an den Isolierabschnitt angrenzenden Versorgungsleitung die Freisetzung von Metall- Kationen aufgrund von Streuströmen besonders korrosiv und da mit schädigend ist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist die Steuerelektrode draht förmig, stabförmig oder gitterförmig ausgestaltet. Im Prinzip stehen vielfältige geometrische Ausgestaltungen und Material zusammensetzungen flexibel zur Verfügung. Die Steuerelektrode aus einem Metalldraht auszuführen und/oder mit stab- oder gitterförmiger Geometrie ist besonders vorteilhaft aufgrund der guten lokalen Anpassbarkeit im Einbauzustand und des ge ringen Strömungswiderstands, den die Steuerelektrode im Be trieb im Innern des Isolierabschnitts dem in der Versorgungs leitung geförderten Betriebsstoff noch entgegensetzt. Es ist auch möglich, dass die Steuerelektrode aus einem zylinderför migen oder becherförmigen Drahtgeflecht ausgestaltet ist. Hierdurch wird eine größere effektive Fläche der Steuerelekt rode über den Innenquerschnitt der Versorgungsleitung bereit gestellt, um schädigende korrosionsfördernde Streuströme praktisch vollständig abzuleiten bzw. zu unterbinden. Gleich zeitig ist durch diese Geometrie ein ausreichend geringer Strömungswiderstand der elektrischen Steuerelektrode gegen über der Förderung des Betriebsstoffs im Inneren der Versor gungsleitung sichergestellt.
Weiterhin bevorzugt weist die Steuerelektrode ein mit dem Ka talysatormaterial beschichtetes Trägermetall hoher Leitfähig keit, insbesondere Titan, auf.
So kann etwa der Grundkörper der Steuerelektrode ein oxidati onsbeständiges Material hoher Leitfähigkeit aufweisen oder aus diesem zusammengesetzt sein. Hier bietet sich Titan vor- zugsweise an. So kann etwa auch ein Titan-Streckmetall als Träger oder Grundkörper der Steuerelektrode fungieren oder wie beschrieben, die stabförmige oder drahtförmige Ausgestal tung. Auf diesen Grundkörper ist das Katalysatormaterial auf gebracht. Das Katalysatormaterial der Beschichtung ist dabei bevorzugt so gewählt, dass es beispielsweise die elektroche mische Zersetzung von Wasser in Protonen und Sauerstoff be günstigt.
In bevorzugter Ausgestaltung weist das Katalysatormaterial ein Edelmetalloxid auf. Weiter bevorzugt enthält die Be schichtung der Steuerelektrode ein Katalysatormaterial, wel ches ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ruthenium auf weist.
Somit kann beispielsweise eine Steuerelektrode auf Titanbasis in Form einer Titan-Mischoxid-Anode zum Einsatz kommen, mit einem Träger aus Titan, der mit einer Mischoxid-Schicht akti viert wird. Die Schichten bestehen vorwiegend aus Edelme talloxiden der Platinmetallgruppe mit anderen Dotierungen, so dass so genannte Metall-Mischoxid-Anoden (MMO) gebildet sind.
Es können je nach Anforderung als anodisch wirkende Steuer elektrode in dem Isolierabschnitt der Elektrolyseanlage, bei spielsweise auch eine MMO-Anode Anwendung findet, wie sie für ein elektrophoretisches Beschichtungsverfahren verwendet wer den. Bevorzugt basieren diese auf einer Iridium-Tantal- Aktivierung, 12,5 g Iridium pro qm, etwa Titanstreckmetall Typ A, beispielsweise mit einem Befestigungselement, etwa in Form eines angeschweißten Hakens realisiert, zur Befestigung und elektrischen Kontaktierung der Steuerelektrode an der anodischen Seite der Versorgungsleitung.
Als Werkstoff für den elektrischen Isolierabschnitt kann bei spielsweise ein Kunststoff, eine Keramik, aber auch ein Me talloxid, wie zum Beispiel Titandioxid, Aluminiumoxid und/oder dergleichen, vorgesehen sein. Darüber hinaus kann auch ein Verbundwerkstoff vorgesehen sein, der beispielsweise aus einem Kunststoff gebildet sein kann, der zum Beispiel fa serverstärkt sein kann. Natürlich können auch nahezu beliebi ge Kombinationen hiervon vorgesehen sein, die vorzugsweise derart gewählt sind, dass eine chemische Reaktion mit dem je weils zuzuführenden Betriebsstoff im Wesentlichen vermieden ist.
Der Werkstoff der Versorgungsleitung weist zumindest Metall auf. Das Metall kann zum Beispiel ein Stahl, insbesondere ein Edelstahl, sein. Darüber hinaus kann auch ein anderes Metall, beispielsweise Titan oder dergleichen, zum Einsatz kommen. Natürlich können auch entsprechende Metalllegierungen vorge sehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Elektroly seanlage sind die den jeweiligen Isolierabschnitten zugewand ten jeweiligen Enden der Teilstapel gegenüber den Elektroly sezellen elektrisch isoliert.
Dadurch kann erreicht werden, dass in dem Bereich zwischen Isolierabschnitt und jeweiligem Ende des Teilstapels der Kor rosionseffekt weitgehend vermieden wird. Die Wirkung der Er findung kann dadurch weiter verbessert werden.
In bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage ist eine Spannungsquelle vorgesehen, die an die Zellenversorgungsein heit angeschlossen ist, so dass die Zellenversorgungseinheit mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist.
Hierdurch ist in der Elektrolyseanlage die Zellenversorgungs einheit zumindest mittelbar elektrisch geerdet. Durch die Er dung kann die Zellenversorgungseinheit mit den mit der Zel lenversorgungseinheit elektrisch gekoppelten Versorgungslei tungen auf ein vorgegebenes Bezugspotential gelegt werden. Hierdurch kann zugleich auch das negative Potential der elektrischen Energiequelle, welches über die Versorgungslei tungen mit der Zellenversorgungseinheit elektrisch gekoppelt ist, ebenso mittelbar zumindest geerdet sein. Anders als im Stand der Technik ist somit der aus den Teilstapeln gebildete Zellenstapel gegenüber dem Erdpotential auf einem definierten elektrischen Potential und somit nicht mehr schwimmend poten tialbehaftet. Somit kann hierdurch eine definierte elektri sche Potentialdifferenz beziehungsweise elektrische Spannung an den jeweiligen elektrischen Isolierabschnitten erreicht werden. Dies erlaubt es, die Zuverlässigkeit der Funktion der Erfindung weiter zu verbessern.
Weiterhin wird in vorteilhafter Ausführung vorgeschlagen, dass die Erdung eine Opferanode und/oder eine Spannungsquelle aufweist, mittels welcher die Zellenversorgungseinheit mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Po tential beaufschlagbar ist. Dadurch kann ein „kathodischer Korrosionsschutz" erreicht werden. Wird eine Spannungsquelle genutzt, kann das negative elektrische Potential der Span nungsquelle mit der Zellenversorgungseinheit und mit den an sie angeschlossenen Versorgungsleitungen elektrisch verbunden sein. Das negative elektrische Potential der Spannungsquelle ist dabei vorzugsweise zugleich entsprechend geerdet. Für ei ne gute Funktion des auf diese Weise realisierten Korrosions schutzes kann vorgesehen sein, dass die Spannungsquelle eine elektrische Spannung in einem Bereich von etwa -2 V bis etwa 0 Volt in Bezug auf das Erdpotential bereitstellt. Als beson ders vorteilhaft erweist es sich, wenn diese elektrische Spannung in einem Bereich von etwa -1 V bis etwa -0,8 V ge wählt ist. Mit einer in diesem Bereich gewählten elektrischen Spannung kann eine Korrosion von zum Beispiel Edelstahl auch unter maritimen Bedingungen, insbesondere bei Off-Shore- Anwendungen, vermieden werden. Insbesondere kann hierdurch eine äußere Korrosionserscheinung reduziert beziehungsweise verhindert werden.
In besonders vorteilhafter Ausgestaltung sind die Teilstapel versorgungstechnisch parallel an die Zellenversorgungseinheit angeschlossen. Auf diese Weise kann für die Teilstapel eine gute Versorgung mit dem wenigstens einen Betriebsstoff er- reicht werden. Das Versorgen kann ein Zuführen beziehungswei se auch ein Abführen des Betriebsstoffs oder während der Elektrolyse erzeugter Stoffe umfassen.
Um gleichermaßen eine innere Korrosionserscheinung zu redu zieren beziehungsweise zu vermeiden, kann vorzugsweise vorge sehen sein, dass eine weitere Elektrode nach Art einer Gegen elektrode für den kathodischen Korrosionsschutz im Bereich der Zellenversorgungseinheit angeordnet ist. Die innere Kor rosionserscheinung bezieht sich insbesondere auf Korrosions effekte innerhalb der Elektrolyseanlage, besonders innerhalb der Zellenversorgungseinheit. Beispielsweise kann es sich hierbei um eine Titan-Elektrode, beziehungsweise Titan-Anode, handeln, die mit einem Mischoxid beschichtet sein kann. Vor zugsweise ist die auf diese Weise gebildete Anode in einer Flüssigphase eines Sauerstoffabscheidebehälters der Zellen versorgungseinheit angeordnet.
Besonders vorteilhaft sind die Teilstapel versorgungstech- nisch parallel an die Zellenversorgungseinheit angeschlossen. Auf diese Weise kann für die Teilstapel eine gute Versorgung mit dem wenigstens einen Betriebsstoff erreicht werden. Das Versorgen kann ein Zuführen beziehungsweise auch ein Abführen des Betriebsstoffs oder während der Elektrolyse erzeugter Stoffe umfassen.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbe schreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeig ten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kom binationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu ver lassen.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen han delt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Die vorhergehend in der Beschreibung angegebenen Merkmale, Merkmalskombinationen sowie auch die in der folgenden Be- Schreibung von Ausführungsbeispielen genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinati onen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar. Es sind so mit auch Ausführungen von der Erfindung umfasst beziehungs weise als offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht ex plizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungsformen hervorgehen und erzeugbar sind. Die anhand der Ausführungs beispiele dargestellten Merkmale, Funktionen und/oder Wirkun gen können für sich genommen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale, Funktionen und/oder Wirkungen der Erfindung darstellen, welche die Erfindung je weils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher sollen die Ausführungsbeispiele auch andere Kombinationen als die in den erläuterten Ausführungsformen umfassen. Darüber hinaus können die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale, Funktionen und/oder Wir kungen der Erfindung ergänzt sein.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Merk male beziehungsweise Funktionen.
Es zeigen:
FIG 1 in einer schematischen Blockdarstellung eine Elektro lyseanlage zur Elektrolyse von Wasser;
FIG 2 eine schematische Schnittdarstellung einer Versor gungsleitung der Elektrolyseanlage gemäß FIG 1 im Be reich eines Isolierabschnitts;
FIG 3 eine schematische Schnittdarstellung einer Versor gungsleitung der Elektrolyseanlage gemäß FIG 1 im Be reich des Isolierabschnitts mit einer Steuerelektrode;
FIG 4 eine schematische Blockdarstellung einer weiteren
Elektrolyseanlage zum Elektrolysieren von Wasser, bei der ein Zellenstapel in vier Teilstapel aufgeteilt ist.
FIG 1 zeigt in einer schematischen Blockdarstellung eine Elektrolyseanlage 10, die einen Zellenstapel 54 aufweist, der eine Mehrzahl von Elektrolysezellen 12 aufweist, die in einer Stapelrichtung 14 aufeinanderfolgend angeordnet sind. Die Elektrolysezellen 12 dienen vorliegend dazu, auf elektroche mischem Wege Wasser in seine Bestandteile Sauerstoff und Was serstoff zu zersetzen. Die Elektrolyseanlage 10 dient daher vorliegend der Erzeugung von Wasserstoff und Sauerstoff aus Wasser.
Die Elektrolysezellen 12 sind vorliegend unmittelbar benach bart zueinander angeordnet, sodass sich jeweilige Elektroden der benachbart angeordneten Elektrolysezellen 12 elektrisch kontaktieren können. Dabei ist vorgesehen, dass jeweils eine Anode einer ersten der Elektrolysezellen 12 eine Kathode, der jeweils unmittelbar benachbart angeordneten zweiten Elektro lysezelle 12 elektrisch kontaktiert. Dadurch sind die Elekt rolysezellen 12 elektrisch in Reihe geschaltet.
Über eine nicht weiter dargestellte innere Versorgungsstruk tur des Zellenstapels 54 werden die Elektrolysezellen 12 ei nerseits mit zu elektrolysierendem Wasser versorgt und ande rerseits Ableitungen für die produzierten Stoffe Wasserstoff und Sauerstoff bereitgestellt. Diese Versorgung ist an je weils gegenüberliegenden Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 anschließbar ausgebildet.
An den Enden 20, 22 ist ferner über eine elektrische Leitung 52 eine elektrische Energiequelle 16 angeschlossen, die vor liegend eine geeignete elektrische Spannung mit einer geeig neten elektrischen Leistung bereitstellt, sodass die Elektro lysezellen 12 für den bestimmungsgemäßen Betrieb ausreichend mit elektrischer Energie versorgt werden können. Die Elektrolyseanlage 10 umfasst ferner eine Zellenversor gungseinheit 18, die dem Versorgen der Elektrolysezellen 12 beziehungsweise des Zellenstapels 54 mit den jeweiligen Be triebsstoffen dient, welche vorliegend das Zuführen von Was ser und das Abführen von Wasserstoff und Sauerstoff betref fen. Für das Abführen der Produkte eine Ableitung 46 für Was serstoff sowie eine weitere Ableitung 48 für den Sauerstoff bei der Zellenversorgungseinheit 18 vorgesehen. Für die Zu fuhr von Wasser als Edukt der Elektrolyse ist eine entspre chende Zuführung 50 für Wasser an die Zellenversorgungsein heit 18 angeschlossen. Die Zellenversorgungseinheit 18 um fasst des Weiteren mehrere Komponenten, die für den bestim mungsgemäßen Betrieb der Elektrolyseanlage 10 erforderlich sind, wie zum Beispiel Pumpen, Wärmetauscher, Abscheidebehäl ter und/oder dergleichen, die hier jedoch nicht weiter darge stellt sind. Die Zellenversorgungseinheit 18 ist mit dem Zel lenstapel 54 versorgungstechnisch über Versorgungsleitungen 24 verbunden, die an die Zellenversorgungseinheit 18 und die gegenüberliegenden Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 ange schlossen sind. Die Versorgungsleitungen 24 koppeln somit fluidtechnisch die Versorgungsstruktur des Zellenstapels 54. Die Versorgungsleitungen 24 sind vorliegend aus einem Metall wie Edelstahl gebildet.
Um durch die aus Metall gebildeten Versorgungsleitungen 24 einen Kurzschluss zwischen den Enden 20, 22 des Zellenstapels 54 zu vermeiden, weist jede der Versorgungsleitungen 24 einen elektrischen Isolierabschnitt 38 auf. Hierdurch wird gewähr leistet, dass die Enden 20, 22 elektrisch isoliert von der Zellenversorgungseinheit 18 und damit auch elektrisch iso liert voneinander ausgebildet sind. Die Versorgungsleitungen 24 befinden sich außerhalb des Zellenstapels 54.
Die Isolierabschnitte 38 sind vorliegend im Wesentlichen aus einem elektrischen Isolationsmaterial gebildet, welches zum Beispiel ein geeigneter Keramikwerkstoff oder auch ein geeig neter Kunststoff beziehungsweise Verbundwerkstoff sein kann. FIG 2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer der Ver sorgungsleitungen 24 aus FIG 1 im Bereich des Isolierab schnitts 38. In FIG 2 ist die Versorgungsleitung 24 mit einem ersten Bereich 58 dargestellt, der dem Ende 22 des Zellensta pels 54 zugewandt ist, wohingegen ein gegenüberliegender zweiter Bereich 56 der Zellenversorgungseinheit 18 zugewandt ist. Die Bereiche 56 und 58 sind durch den Isolierabschnitt 38 elektrisch voneinander getrennt. Diese Anordnung ist ins gesamt fluiddicht ausgebildet und weist einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser 62 auf, durch welchen das ent sprechende Fluid geführt werden kann, welches in diesem Fall Wasser ist.
Aufgrund der am elektrischen Isolierabschnitt 38 anliegenden elektrischen Spannung findet eine Korrosion in einem Bereich 64 statt. Dies kann dadurch als begründet angesehen werden, dass im Bereich eines Übergangs vom Bereich 56 zum elektri schen Isolationsabschnitt 38 durch Elektronenaufnahme aus dem Metall der Wand der Versorgungsleitung 24 in das Wasser, wel ches im Innendurchmesser 62 strömt, negative Hydroxidionen gebildet werden, die aufgrund des elektrischen Felds zum Be reich 58 geführt werden und dort mit dem Metall der Wand der Versorgungsleitung 24 elektrochemisch reagieren, wie in FIG 2 dargestellt. Dadurch korrodiert die Wand der Versorgungslei tung 24 in diesem Bereich 64. Das ist unerwünscht und für den Betrieb der Elektrolyseanlage nachteilig für die Standzeiten.
Für diese Art der Korrosion ist zu bedenken, dass über die elektrischen Isolierabschnitte 38 in der Regel im bestim mungsgemäßen Betrieb eine Gleichspannung in einem Bereich von mehreren hundert Volt anliegen kann. Dadurch kann im Bereich des elektrischen Isolierabschnitts 38 im Bereich 56 ein Elektronenüberschuss und im Bereich 58 ein Elektronenmangel entstehen. Aufgrund der Größe der elektrischen Spannung am elektrischen Isolierabschnitt 38 finden aus thermodynamischer Sicht Elektrodenreaktionen, wie zuvor erläutert, statt. Zwar kann durch Reduzierung der elektrischen Spannung der Korrosi onseffekt zeitlich gestreckt werden, also kinetisch gehemmt werden, jedoch kann er dadurch nicht vollständig unterbunden werden. Auch eine Verlängerung der Isolationsstrecke mittels des elektrischen Isolierabschnitts 38 oder eine Reduzierung im Innendurchmesser 62 können lediglich den Korrosionseffekt hinsichtlich seiner Wirkung hemmen, jedoch nicht vermeiden.
Im Bereich 56 kann der hierbei gebildete Wasserstoff im Was ser gelöst oder auch in Form von feinsten Bläschen vorliegen und mit dem Wasser abtransportiert werden. Die produzierten Mengen sind dabei in der Regel so gering, dass vom Wasser stoff selbst keine störenden Wirkungen ausgehen.
In Bezug auf die Hydroxidionen, die im Wasser in gelöster Form vorliegen, trifft dies jedoch nicht zu. Sie tendieren wegen ihrer negativen Ladung und der Richtung des elektri schen Felds im Bereich des elektrischen Isolierabschnitts 38 dazu, vom Bereich 56 zum Bereich 58 zu wandern. In diesem Be reich 58 wird dann das metallische Material der Versorgungs leitung 24 oxidativ zersetzt. In FIG 2 ist diese Zersetzung für den Fall dargestellt, dass die Versorgungsleitung 24 aus Edelstahl gebildet ist. Diese Wirkung ist jedoch nicht auf Stahl begrenzt, sondern kann nahezu bei jedem anderen belie bigen metallischen Werkstoff auftreten.
Neben dem Freisetzen von Eisen als Kation Fe3+ können aber auch weitere Metalle, wie sie im Stahl vorhanden sein können, aufgelöst werden. Hierbei können weitere Kationen gebildet werden. Wegen deren positiver Ladung haben die Metall- Kationen die Tendenz, in Gegenrichtung der Hydroxidionen zu wandern. Dies kann dazu führen, dass aus den Metall-Kationen, insbesondere, wenn es sich um Eisen-Ionen handelt, und den Hydroxidionen sogenanntes Rouging entstehen. Rouging meint feinste eisenhaltige Partikel, die sich in den Versorgungs leitungen 24 und den Komponenten der Elektrolyseanlage 10 verteilen können. Sie können vor allem in den Versorgungslei tungen 24, in denen ebenfalls Wasserstoff geführt wird, beo bachtet werden. Gelangt dieses Rouging in den sauerstofffüh- renden Teil der Elektrolyseanlage 10, kann sich das Rouging wieder unter Bildung von Ionen auflösen.
Unter anderem können dann Kationen von der Sauerstoffseite aus in die Elektrolysezellen 12 gelangen und sich dort anrei chern. Dieser Vorgang kann zu höheren Zellspannungen und da mit sinkender Effizienz der Elektrolyseanlage 10 führen. Wei terhin können schädigende Mechanismen für die Elektrolysezel len 12 mit diesen Kationen in Verbindung gebracht werden. Beispielsweise kann an den Elektroden gebildetes Wasserstoff peroxid bei Kontakt mit Metallionen in Radikale umgewandelt werden, welche eine Membranstruktur der Elektrolysezellen 12 chemisch angreifen und so die Standzeit der Elektrolysezellen 12 nachteilig beeinträchtigen können.
FIG 3 zeigt eine schematische Schnittansicht einer Versor gungsleitung 24, bei der der nachteilige Korrosionseffekt im Bereich des Isolierabschnitts 38, der anhand FIG 2 erläutert wurde, sehr effektiv und nachhaltig vermieden ist. Die in FIG 3 gezeigte Versorgungsleitung 24 ist dabei Teil einer Elekt rolyseanlage 10, etwa entsprechend FIG 1 mit einem Isolierab schnitt 38. In FIG 3 ist die Versorgungsleitung 24 mit einem ersten Bereich 58 dargestellt, der dem Ende 22 des Zellensta pels 54 zugewandt ist, wohingegen ein gegenüberliegender zweiter Bereich 56 der Zellenversorgungseinheit 18 zugewandt ist. Die Bereiche 56 und 58 sind durch den Isolierabschnitt 38 elektrisch voneinander getrennt. Diese Anordnung ist ins gesamt fluiddicht ausgebildet und weist einen im Wesentlichen konstanten Innendurchmesser 62 auf, durch welchen das ent sprechende Fluid, der Betriebsstoff, im Inneren der Versor gungsleitung in axialer Richtung geführt werden kann. Das Fluid bzw. der Betriebsstoff ist in diesem Fall Wasser für die Wasserelektrolyse ist.
Die Versorgungsleitung 24 weist einen elektrischen Isolierab schnitt 38 auf mit einer zumindest teilweise in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts 38 hineinragenden Steuer elektrode 66. Die Steuerelektrode 66 ist als Drahtschleife mit einem Grundmaterial aus Titan ausgeführt. Hierdurch ist eine hohe elektrische Leitfähigkeit gegeben. Die Steuerelekt rode 66 ist weiterhin mit einem Katalysatormaterial 68 be schichtet, das ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ru thenium aufweist. Das Katalysatormaterial 68 ist auf den Ti tangrundkörper aufgebracht, so dass eine katalytisch wirkende Schicht auf der Steuerelektrode 66 gebildet ist. Über den die anodische Seite bildenden ersten Bereich 58 der Versorgungs leitung 24 ist die Steuerelektrode 66 elektrisch kontaktiert und auf ein entsprechendes positives Potential gelegt, so dass Streuströme ableitbar sind.
Die Steuerelektrode 66 ist derart angeordnet und ausgerich tet, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff, vorliegend Wasser, für die Wasserelektro lyse, ein unerwünschter Streustrom in der Versorgungsleitung 24 über die Steuerelektrode 66 durch deren anodische Wirkung abgeleitet wird. Anodenseitig, d.h. im Bereich 58 fließt der Streustrom dann nicht mehr in schädigender Weise über das Ma terial der Versorgungsleitung 24 ab, sondern stattdessen über die Steuerelektrode 66. Durch das Katalysatormaterial 68 wird dabei eine katalytische Wirkung der Steuerelektrode 66 er reicht, der die elektrochemische Zerlegung des Wassers in Sauerstoff und Protonen begünstigt. Dadurch, dass die Steuer elektrode merklich, im Beispiel etwa zwischen etwa 50% und 60% der Axialausdehnung des Isolierabschnitts 38, in das In nere desselben hineinreicht, fließt nun der Streustrom auf der anodischen Seite im Bereich 58 über die Steuerelektrode 66 ab. Weiterhin begünstigt die katalytische Beschichtung mit dem Katalysatormaterial 68 die Sauerstoffbildung an der Steu erelektrode 66, da die Überspannung für diese elektrokataly- tisch gewünschte Reaktion gezielt herabgesetzt wird. Da die Streuströme verhältnismäßig klein sind, sind die dabei ent stehenden Sauerstoffmengen recht gering und beeinträchtigen den Betrieb nicht, jedenfalls solange diese Sauerstoffmengen sich nicht in dem Isolierabschnitt 38 oder in den angrenzen den Bereichen 56, 58 der Versorgungsleitung 24 ansammeln kön nen. Dies ist aber vorliegend sichergestellt, da die Über- Spannung während des Betriebs der Elektrolyseanlage 10 der Isolierabschnitt 38 im Inneren von Wasser durchströmt wird. Der entsprechend FIG 1 an die Zellenversorgungseinheit 18 an geschlossene Bereich 56 der Versorgungsleitung 24 wirkt ka- thodisch, wodurch dort keine Freisetzung von Metallionen zu erwarten ist.
Die besonders vorteilhafte Anwendung der Erfindung wird in FIG 4 in einer schematische Blockdarstellung an einer weite ren Elektrolyseanlage 60 zum Elektrolysieren von Wasser il lustriert. Bei dieser komplexen Elektrolyseanlage 60 ist der vorgenannte Korrosionseffekt im Bereich des Isolierabschnitts 38, der anhand von FIG 3 erläutert wurde, nachhaltig und sehr effektiv vermieden. Die folgenden Erläuterungen basieren auch auf den bisherigen Erläuterungen zu den FIG 1 und FIG 3, wes halb ergänzend auf die diesbezüglichen Ausführungen verwiesen wird.
Wie aus FIG 4 ersichtlich ist, sind die Elektrolysezellen 12 in vier Teilstapel 26, 28, 30, 32 angeordnet. Jeder der vier Teilstapel 26, 28, 30, 32 ist mittels zweier an die Zellen versorgungseinheit 18 und an einem ersten Ende 20 des jewei ligen Teilstapels 26, 28, 30, 32 angeschlossenen ersten Ver sorgungsleitungen 24 und zweier an die Zellenversorgungsein heit 18 und an einem dem ersten Ende 20 in Stapelrichtung 14 gegenüberliegenden zweiten Ende 22 des jeweiligen Teilstapels 26, 28, 30, 32 angeschlossenen zweiten Versorgungsleitungen 24 mit der Zellenversorgungseinheit 18 verbunden. Für die Zellenversorgungseinheit 18 gelten im Wesentlichen die Aus führungen zu den FIG 1 und 2.
Die erste Versorgungsleitung 24, die an dem ersten Ende 20 desjenigen Teilstapels 26 angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energie quelle 60 gekoppelt ist, ist elektrisch leitend an die Zel lenversorgungseinheit 18 angeschlossen. Dadurch ist genau dieses erste Ende 20 des Teilstapels 26 elektrisch unmittel bar mit der Zellenversorgungseinheit 18 verbunden. Alle ande- ren Versorgungsleitungen 24 weisen jeweilige elektrische Iso lierabschnitte 38 auf.
Vorliegend ist vorgesehen, dass die Anzahl der jeweiligen Elektrolysezellen 12 der Teilstapel 26, 28, 30, 32 für alle Teilstapel 26, 28, 30, 32 gleich ist. Je nach Bedarf kann dies bei anderen Ausgestaltungen jedoch auch abweichend ge wählt sein, ohne den Gedanken der Erfindung zu verlassen.
Die Teilstapel 26, 28, 30, 32 sind ihrerseits elektrisch in Reihe geschaltet, sodass - aus elektrischer Sicht - wieder eine Reihenschaltung aller Elektrolysezellen 12 der Teilsta pel 26, 28, 30, 32 - wie bei dem Zellenstapel 54 gemäß FIG 1 - vorliegt.
Durch diese Konstruktion der Elektrolyseanlage 60 kann er reicht werden, dass die Zellenversorgungseinheit 18, elek trisch betrachtet, das kleinste elektrische Potential der ge samten Elektrolyseanlage 60 aufweist. Dieses elektrische Po tential ist ferner mit dem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energiequelle 16 verbunden. Die elektri sche Energiequelle 16 stellt darüber hinaus das positive elektrische Potential 36 bereit. Zwischen dem negativen und dem positiven elektrischen Potential 34, 36 stellt die elekt rische Energiequelle 16 die Betriebsspannung für den bestim mungsgemäßen Betrieb der Elektrolyseanlage 60 bereit.
In der vorliegenden Ausgestaltung nach FIG 4 ist es vorgese hen, dass diejenige erste Versorgungsleitung 24, die an dem ersten Ende 20 desjenigen Teilstapels 26 angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential 34 der elektrischen Energiequelle 16 koppelbar ist, elektrisch lei tend an die Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen ist und alle anderen Versorgungsleitungen 24 jeweilige elektrische Isolierabschnitte 38 aufweisen. Dabei weisen hier alle Iso lierabschnitte 38 eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts hineinragenden Steuerelektrode 66 auf, die entsprechend FIG 3 angeordnet und ausgestaltet ist. Je nach Korrosionslast in den Isolierabschnitten 38 ist es ist aber auch möglich, dass nicht alle Isolierabschnitte 38, sondern eine vorbestimmbare Mehrzahl der Isolierabschnit te 38 eine jeweilige zumindest teilweise in das Innere des Isolierabschnitts 38 hineinragende Steuerelektrode 66 aufwei sen. Dies kann im Bedarfsfall auf die jeweilige Betriebssitu ation der Elektrolyseanlage 60 ausgelegt werden.
Es kann ferner optional vorgesehen sein, dass an den jeweili gen Enden 20, 22 der jeweiligen Teilstapel 26, 28, 30, 32 zu gewandten Isolierabschnittsenden 40 der jeweiligen Isolierab schnitte 38 versorgungsleitungsinnenseitig eine elektrische Isolationsschicht ausgebildet ist, die vorliegend durch eine Beschichtung aus einem Isolationswerkstoff gebildet ist. Der Isolationswerkstoff ist beispielsweise ein geeigneter Kunst stoff. Alternativ oder ergänzend kann jedoch auch ein korro sionsfester metallhaltiger Stoff vorgesehen sein, beispiels weise ein Metalloxid oder dergleichen, insbesondere zum Bei spiel ein Keramikwerkstoff.
Darüber hinaus kann ferner vorgesehen sein, dass die jeweili gen Enden 20, 22 der Teilstapel 26, 28, 30, 32, die den je weiligen Isolierabschnitten 38 zugewandt sind, gegenüber den Elektrolysezellen 12 elektrisch isoliert ausgebildet sind. Dadurch kann der Korrosionseffekt weiter reduziert werden. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Zellenversor gungseinheit 18, mittels einer Erdung 42 elektrisch geerdet ist, die als unmittelbarer Erdschluss oder - wie in FIG 4 dargestellt - mittelbar ausgeführt sein kann.
In dieser vorteilhaften Ausführung der Elektrolyseanlage 60 ist es vorgesehen, dass die Erdung 42 nicht unmittelbar an der Zellenversorgungseinheit 18 angeschlossen ist, sondern unter Nutzung einer Spannungsquelle 44, mittels der die Zel lenversorgungseinheit 18 mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Zu die sem Zweck stellt die Spannungsquelle 44 eine elektrische Spannung von etwa -1 V bis etwa -0,8 V bereit. Diese Spannung kann jedoch grundsätzlich auch zum Beispiel in einem Bereich von etwa -2 V bis etwa 0 Volt gewählt sein.
Mit einer derart eingestellten elektrischen Spannung lässt sich der Korrosionseffekt, beispielsweise bei Edelstahl, auch unter maritimen Bedingungen, beispielsweise bei Off-Shore- Anwendungen, gegen Korrosion noch besser unterdrücken.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn dann die Gegen elektrode für den kathodischen Korrosionsschutz auch im Be reich der Zellenversorgungseinheit 18 angeordnet ist. Die hier für die Erdung 42 vorgesehene Elektrode ist vorliegend durch eine Titananode gebildet, die mit einem Mischoxid be schichtet ist. Die Titananode mit der Mischoxidbeschichtung ist vorliegend elektrisch isoliert von der Zellenversorgungs einheit 18 in einer Flüssigphase eines nicht weiter darge stellten Sauerstoffabscheidebehälters angeordnet.
Insgesamt zeigen die Ausführungsbeispiele, dass mit der Er findung erreicht werden kann, dass die Korrosion dadurch re duziert werden kann, dass mehrere Teilstapel 26, 28, 30, 32 der Elektrolysezellen 12 gebildet werden können, die weiter hin sämtlich elektrisch in Reihe geschaltet sind, jedoch über eigene Versorgungsleitungen 24 separat mit der Zellenversor gungseinheit 18 verbunden sind.
Durch den gezielten Einsatz der Steuerelektrode 66 im Iso lierabschnitt 38 der Versorgungsleitung 24 der Elektrolysean lage 60 kann bereits die Entstehung und damit die Freisetzung von Metallionen weitgehend verhindert werden. Die Anwendung dieses effektiven Korrosionsschutzkonzepts ist flexibel an passbar etwa auf verschiedene anlagentechnische Konfiguratio nen von PEM-Elektrolyseanlagen. Somit kann die unerwünschte Korrosion weitgehend vermieden werden. Von besonderem Vorteil erweist sich dabei, dass auch komplexe Elektrolyseanlagen 60 mit mehreren Teilstapeln 26, 28, 30, 32 und jeweiligen An schlüssen an die Versorgungsleitung 24 zur Betriebsstoffver sorgung mit nur einer zentralen elektrischen Energiequelle 16 (DC-Quelle) und einer zentralen Zellenversorgungseinheit 18 betreibbar sind. Ein kathodischer Korrosionsschutz ist, wie beschrieben, als zusätzliche und vorteilhafte Maßnahme mög lich.
Die Erfindung ist keineswegs nur auf die Anwendung bei der Elektrolyse von Wasser beschränkt und kann gleichermaßen auch bei anderen durchzuführenden Elektrolysen, beispielsweise ei ner Kohlenstoffdioxidelektrolyse oder dergleichen zum Einsatz kommen.
Die Ausführungsbeispiele dienen ausschließlich der Erläute rung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrolyseanlage (60) mit
- einer Mehrzahl von Elektrolysezellen (12), die elektrisch in Reihe geschaltet und die zumindest teilweise in einer Stapelrichtung (14) aufeinanderfolgend angeordnet sind, wo bei die Reihenschaltung mit einer elektrischen Energiequel le (16) elektrisch koppelbar ist,
- einer Zellenversorgungseinheit (18) zum Versorgen der Elektrolysezellen (12) für einen bestimmungsgemäßen Betrieb mit wenigstens einem Betriebsstoff, und
- an die Zellenversorgungseinheit (18) und an gegenüberlie genden Enden (20, 22) der aufeinanderfolgend angeordneten Elektrolysezellen (12) angeschlossenen Versorgungsleitungen (24), wobei ein Werkstoff der Versorgungsleitungen (24) Me tall aufweist, und
- wobei mindestens eine der Versorgungsleitungen (24) einen elektrischen Isolierabschnitt (38) aufweist mit einer in das Innere des elektrischen Isolierabschnitts (38) hinein ragenden Steuerelektrode (66) mit einem Katalysatormaterial (68), die mit einem metallischen Rohrabschnitt der Versor gungsleitung (24) auf deren anodischer Seite elektrisch kontaktiert ist
2. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, bei der die Steuer elektrode (66) zwischen 30% und 70%, vorzugsweise etwa 40% bis 60% in axialer Richtung in das Innere des Isolierab schnitts (38) hineinragt, gemessen von der anodischen Seite des Isolierabschnitts (38).
3. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Elektrolysezellen (12) in wenigstens zwei Teilstapeln (26, 28, 30, 32) angeordnet sind, wobei jeder der wenigstens zwei Teilstapel (26, 28, 30, 32) mittels wenigs tens einer an die Zellenversorgungseinheit (18) und an einem ersten Ende (20) des jeweiligen Teilstapels (26, 28, 30, 32) angeschlossenen ersten Versorgungsleitung (24) und wenigstens einer an die Zellenversorgungseinheit (18) und an einem dem ersten Ende (20) in Stapelrichtung (14) gegenüberliegenden zweiten Ende (22) des jeweiligen Teilstapels (26, 28, 30, 32) angeschlossenen zweiten Versorgungsleitung (24) mit der Zel lenversorgungseinheit (18) verbunden ist, wobei diejenige erste Versorgungsleitung (24), die an dem ersten Ende (20) desjenigen Teilstapels (26) angeschlossen ist, das mit einem negativen elektrischen Potential (34) der elektrischen Ener giequelle (16) koppelbar ist, elektrisch leitend an die Zel lenversorgungseinheit (18) angeschlossen ist und alle anderen Versorgungsleitungen (24) jeweilige elektrische Isolierab schnitte (38) aufweisen, wobei eine Mehrzahl der Isolierab schnitte (38) eine jeweilige in das Innere des Isolierab schnitts (38) hineinragende Steuerelektrode (66) aufweist.
4. Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (66) derart angeord net ist, dass im bestimmungsgemäßen Betrieb bei Versorgung mit dem Betriebsstoff ein Streustrom in der Versorgungslei tung (24) über die Steuerelektrode (66) durch deren anodische Wirkung ableitbar ist.
5. Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (60) drahtförmig, stabförmig oder gitterförmig ausgestaltet ist.
6. Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektrode (66) ein mit dem Katalysatormaterial (68) beschichtetes Trä germetall hoher Leitfähigkeit, insbesondere Titan, aufweist.
7. Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, dass des Katalysatormaterial (68) ein Edelme talloxid aufweist.
8. Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch ge kennzeichnet, dass das Katalysatormaterial (68) ein Mischoxid umfassend Iridium und/oder Ruthenium aufweist.
9. Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die den jeweiligen Iso lierabschnitten (38) zugewandten jeweiligen Enden (20, 22) der Teilstapel (26, 28, 30, 32) gegenüber den Elektrolysezel len (12) elektrisch isoliert sind.
10. Elektrolyseanlage (60) nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannungsquelle (44) vorgesehen ist, die an die Zellenversorgungseinheit (18) angeschlossen ist, so dass die Zellenversorgungseinheit (18) mit einem gegenüber dem Erdpotential negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist.
11. Elektrolyseanlage (60) nach Anspruch 10, dadurch gekenn zeichnet, dass die Erdung (42) eine Opferanode und/oder eine Spannungsquelle (44) aufweist, mittels der die Zellenversor gungseinheit (18) mit einem gegenüber dem Erdpotential (42) negativen elektrischen Potential beaufschlagbar ist.
12. Elektrolyseanlage (60) nach einem der Ansprüche 2 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstapel (26, 28, 30, 32) versorgungstechnisch parallel an die Zellenversorgungseinheit (18) angeschlossen sind.
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