ES2462615T3

ES2462615T3 - Un apilamiento de celdas electroquímicas

Info

Publication number: ES2462615T3
Application number: ES11712650.8T
Authority: ES
Inventors: Richard Lindsay Underwood; Peter John Ridley
Original assignee: redT Energy Ireland Ltd
Current assignee: redT Energy Ireland Ltd
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2011-03-11
Publication date: 2014-05-26
Anticipated expiration: 2031-03-11
Also published as: WO2011114094A1; CA2794567A1; GB201004650D0; US20130008782A1; AP2012006470A0; PT2548256E; DK2548256T3; EP2548256B1; CA2794567C; CN102947998A; EP2548256A1

Abstract

Un apilamiento de celdas electroquimicas (1) que comprende una pluralidad de celdas dispuestas lado a lado en un apilamiento, teniendo cada celda: - una membrana (30), - una primera cavidad de semicelda (23) sobre un lado de la membrana y una segunda cavidad de semicelda (24) sobre el otro lado de la membrana, - una placa de electrodo respectiva (7) en el lado de cada semicelda opuesta a la membrana, proporcionando 10 cada placa de electrodo contacto entre las celdas adyacentes al menos para aquellas intermedias a las celdas, - un par de chasis (2, 3), uno para una semicelda (2) y el otro para la otra (3), en donde los chasis: - capturan la membrana (30) entre los mismos, - localizan las placas de electrodos (7) y - tienen: 15 - margenes continuos alrededor de vacios centrales (5, 15) que proporcionan las cavidades de semicelda, - aberturas (41) en los margenes continuos que proporcionan conductos para el flujo del electrolito a traves del apilamiento para la distribución a las celdas, existiendo asi respectivas aberturas y conductos tanto para la alimentación como para el retorno del anolito y del catolito a las celdas, - pasos de flujo del electrolito (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 5º) en los margenes continuos de uno u otro o ambos de los chasis del par para el flujo del electrolito desde una de las aberturas de los conductos, dentro y fuera de la semicelda y hasta otra de las aberturas de los conductos, en el que: - cada chasis tiene al menos dos aberturas para cada una de la alimentación y el retorno de cada uno del anolito y del catolito, - siendo una de dichas al menos dos aberturas para alimentación (51, 53) o para retorno (52, 54) a traves de unos respectivos de los pasos de flujo del electrolito hacia y desde la semicelda definida por el chasis o a una semicelda adyacente, y - siendo la o cada una de dichas al menos dos aberturas para alimentación (55, 57) o para retorno (56, 5º) a un semicelda remota en el apilamiento, a traves de pasos de flujo respectivos en un chasis remoto; siendo la disposición tal que el apilamiento esta dividido en secciones (46, 47) correspondientes al numero de aberturas para cada una de la alimentación y el retorno de anolito y de catolito, por lo que la tensión a lo largo de los conductos de anolito o catolito en contacto con las celdas de la sección es la tensión total del apilamiento reducida por el cociente entre el numero de celdas de la sección y el numero total de celdas.

Description

La presente invenci6n se refiere a un apilamiento de celdas electroquimicas o electroliticas, en particular, aunque no exclusivamente, a un apilamiento de celdas de combustible de reducci6n/oxidaci6n regenerativa (redox)

5 Se conoce que las celdas electroquimicas consisten tipicamente en entre dos y cincuenta semiceldas positivas y negativas alternas, aunque no se desconocen numeros mayores; ya que los componentes de las celdas se apilan entre si, dicha pluralidad de semiceldas se conoce tipicamente como un apilamiento electroquimico o un apilamiento de celdas electroliticas, a menudo simplificado brevemente a «un apilamiento». Los factores importantes en el

10 diseno de un apilamiento de celdas de este tipo son el procedimiento de construcci6n y el grosor de las celdas individuales. Las disposiciones tipicas usan lo que se conoce como un diseno de filtro prensa que comprende, dentro de cada una de las capas sucesivas de celda, de un material de empaquetadura no conductivo. Las capas comprenden chasis, que sirven para albergar el material de los electrodos, y tambien contienen dentro de sus grosores los pasos de distribuci6n del flujo de electrolito. Cada chasis se ensambla dentro de uno o dos tipos de una

15 semicelda (positivo y negativo); debe observarse que, en general, el diseno de los chasis tanto para las semiceldas positivas como negativas es basicamente similar y su asignaci6n es una consecuencia de la construcci6n global o del uso del apilamiento, mas que una caracteristica inherente. Estos chasis se intercalan tipicamente de forma alternativa con laminas de un material electrodo adecuado y un separador de membrana adecuado. Esta construcci6n produce una sucesi6n de pares de semiceldas en serie con electrodos comunes para dos semiceldas,

20 por consiguiente los electrodos se refieren como electrodos bipolares. Tambien es posible y deseable en algunas aplicaciones conectarse de forma electrica a los electrodos intermedios y, dependiendo de la disposici6n de distribuci6n del electrolito interno, operar las celdas de diversas otras formas en serie y/o en paralelo cuando alguno

o todos los electrodos pueden ser unipolares en lugar de ser bipolares.

25 Ya que los chasis deben proporcionar un numero de caracteristicas diferentes, incluyendo sellado hidraulico, resistencia mecanica, acomodaci6n del electrodo y pasos de distribuci6n de flujo, requiriendose estos pasos para proporcionar tanto aislamiento contra las corrientes derivadas internas y de forma contraria contra la resistencia al flujo minimo y distribuci6n de flujo uniforme, normalmente se requiere un compromiso de diseno entre las caracteristicas. En particular, se sabe que es deseable conseguir una velocidad de flujo lineal elevada del electrolito

30 dentro de la celda, que implique un espaciamiento de celda pequeno pero, dado que el grosor del chasis define el espaciamiento, este, a su vez, tiene el efecto no deseado de reducir la profundidad disponible para los pasos de distribuci6n que tipicamente se destinan a una u otra superficie de los chasis. Adicionalmente, se conoce que para lograr un rendimiento de celda eficaz y fiable, se debe conseguir el cierre de los canales de distribuci6n dentro de tales chasis a fin de evitar trayectorias no deseables y potenciales perjudiciales, en terminos de fuga hidraulica y de

35 corriente electrica. Con vistas a dar a conocer un apilamiento de celdas electroquimicas mejorado, en nuestra solicitud de patente europea n.D 06 726 659, segun esta ahora concedida, (Nuestra patente anterior) hemos descrito y reivindicado un apilamiento de celdas electroquimicas que comprende una pluralidad de celdas dispuestas unas junto a otras en un

40 apilamiento, teniendo cada celda:

•: una membrana,

•: una primera cavidad de semicelda en un lado de la membrana y una segunda cavidad de semicelda en el otro lado de la membrana,

45 • una placa de electrodo respectiva en el lado de cada semicelda opuesta a la membrana, proporcionando cada placa de electrodo contacto entre las celdas adyacentes al menos para aquellas intermedias a las celdas,

• un par de chasis, uno para una semicelda y el otro para la otra, en donde los chasis:

•: capturan la membrana entre los mismos, 50 • localizan las placas de electrodos y

•: tienen:

•: margenes continuos alrededor de vacios centrales que proporcionan las cavidades de

•: semicelda,

•: aberturas en los margenes continuos que proporcionan conductos para el flujo del 55 • electrolito a traves del apilamiento para la distribuci6n a las celdas

•: rebajes de distribuci6n del electrolito en bordes interiores opuestos de los margenes, y

•: pasos en los margenes continuos para el flujo del electrolito desde una de las aberturas de los conductos, dentro y fuera de la semicelda en los rebajes de distribuci6n y hasta otra de

las aberturas de los conductos, en el que:

• se captura cada electrodo de placa entre un chasis de una celda y un chasis de una celda

5 adyacente con al menos dos partes de los margenes de estos chasis extendiendose fuera de los respectivos bordes del electrodo de placa, teniendo los chasis de celdas adyacentes caras que colindan en las partes;

• se forman pasos de flujo en las caras de los margenes y se cierran colindando con las caras del chasis opuestas; y

10 • se proporcionan aberturas a traves del chasis en los chasis para extender los pasos de las caras que colindan de los chasis con las otras, con el lado de la membrana de los chasis dentro de los rebajes de distribuci6n.

En Nuestra patente anterior, preferimos que los chasis sean rectangulares, es decir, que tengan cuatro margenes 15 rectos, con las aperturas de conducto del electrolito dispuestas en las esquinas y los pasos de flujo provistos solamente en dos margenes opuestos.

Ademas, hemos preferido proporcionar todos los pasos en la cara de uno de cada par de chasis con caras que colindan, es decir, con dos pasos en cada parte marginal teniendo pasos con una abertura del chasis a traves de la 20 parte en el extremo de uno de los pasos y otra de dichas aberturas en el otro chasis opuesto al extremo del otro paso.

Tambien hemos preferido que los electrodos se capturen en los rebajes de las caras que colindan de los chasis que se extienden alrededor de toda la continuidad de los margenes alrededor del vacio central.

25 Ademas, hemos preferido proporcionar juntas alrededor de los conductos y de los pasos que irradien desde los mismos y alrededor de los electrodos. Las juntas pueden ser de un material de empaquetadura, pero son preferentemente juntas t6ricas ajustadas en ranuras de los chasis.

30 Dos preferencias finales fueron:

-: extensiones de paso en las caras opuestas a los chasis desde las caras que colindan, prolongandose las extensiones desde las aberturas a traves del chasis hasta los respectivos rebajes de distribuci6n del electrolito; y

-: siendo los rebajes de distribuci6n del electrolito mas amplios que los rebajes de captura del electrodo. Si bien el apilamiento de Nuestra patente anterior resolvi6 muchos problemas, los apilamientos de celdas electroquimicas 35 siguen presentando un problema de corriente en derivaci6n inherente, que no es exclusivo del apilamiento de Nuestra patente anterior. Es el resultado de los conductos del electrolito que se extienden desde un extremo al otro de los apilamientos a traves de las aberturas. Los electrolitos son conductores y proporcionan la conexi6n electrica desde cada celda (o al menos cada semicelda del mismo tipo) a cada otra celda, realizandose la conexi6n a los conductos a traves de los pasos de flujo de los margenes. Los pasos de flujo son pequenos en comparaci6n con los 40 conductos, por lo que el electrolito presente en ellos ofrece una resistencia relativamente alta entre las celdas individuales. Sin embargo, los conductos tienen una resistencia relativamente baja. Por lo tanto, la resistencia entre las celdas adyacentes es del mismo orden de magnitud que la resistencia entre las celdas en los extremos opuestos del apilamiento. El potencial entre los apilamientos terminales opuestos aumenta en proporci6n al numero de apilamientos. Asi pues, los apilamientos largos tienen una perdida inherente por corriente de derivaci6n interna,

45 fluyendo la corriente de derivaci6n por los conductos del electrolito.

En el documento US 2009/047570 se da a conocer un apilamiento electroquimico de la tecnica anterior.

El objeto de la presente invenci6n es dar a conocer un apilamiento de celdas electroquimicas mejorado. 50 La invenci6n se define en la reivindicaci6n 1.

De acuerdo con la invenci6n, se da a conocer un apilamiento de celdas electroquimicas que comprende una pluralidad de celdas dispuestas lado a lado en un apilamiento, teniendo cada celda: 55

•: una membrana,

•: una placa de electrodo respectiva en el lado de cada semicelda opuesta a la membrana, proporcionando

cada placa de electrodo contacto entre las celdas adyacentes al menos para aquellas intermedias a las celdas,

•: un par de chasis, uno para una semicelda y el otro para la otra, en donde los chasis:

•: capturan la membrana entre los mismos, 5 • localizan las placas de electrodos y

•: tienen:

•: semicelda,

•: aberturas en los margenes continuos que proporcionan conductos para el flujo del 10 • electrolito a traves del apilamiento para la distribuci6n a las celdas

•: pasos en los margenes continuos para el flujo del electrolito desde una de las aberturas de los conductos, dentro y fuera de la semicelda en los rebajes de distribuci6n y hasta otra de las aberturas de los conductos,

15 en el que:

•: cada chasis tiene al menos dos aberturas para cada una de la alimentaci6n y el retorno de cada uno del anolito y del catolito,

•: siendo una de dichas al menos dos aberturas para alimentaci6n o para retorno a traves de

20 unos respectivos de los pasos de flujo del electrolito hacia y desde la semicelda definida por el chasis o a una semicelda adyacente, y

• siendo la o cada una de dichas al menos dos aberturas para alimentaci6n o para retorno a un semicelda remota en el apilamiento, a traves de pasos de flujo respectivos en un chasis remoto;

25 siendo la disposici6n tal que el apilamiento esta dividido en secciones correspondientes al numero de aberturas para cada una de la alimentaci6n y el retorno de anolito y de catolito, por lo que la tensi6n a lo largo de los conductos de anolito o catolito en contacto con las celdas de la secci6n es la tensi6n total del apilamiento reducida por el cociente entre el numero de celdas de la secci6n y el numero total de celdas.

30 En la realizaci6n preferente, las aberturas y los conductos estan duplicados, es decir hay dos de cada tipo: anolito/catolito y flujo/retorno. Esto da lugar a una divisi6n en dos secciones y reduce a la mitad la tensi6n de la corriente de derivaci6n a traves de las secciones con respecto a la tensi6n global del apilamiento. �ientras que en Nuestra patente anterior preferimos colocar las aberturas/conductos en las esquinas de los chasis, en la presente

35 realizaci6n preferente, en la que las celdas son rectangulares con la alimentaci6n y el retorno en los extremos cortos opuestos, todas las aberturas estan en los extremos cortos. Sin embargo se puede contemplar que, en particular cuando se proporcionan mas de dos aberturas/conductos para cada tipo de anolito/catolito y flujo/retorno, estos pueden estar dispuestos tanto en el extremo como en los lados del rectangulo. Por ejemplo, dos pares de conductos en cada extremo y un par de conductos en cada extremo de cada lado permiten dividir el conjunto en cuatro

40 secciones.

�ientras que en teoria es posible contemplar el sellado de los chasis entre si sin elementos de sellado separados, esperamos incluir juntas entre los chasis individuales. Normalmente, como en Nuestra patente anterior, se utilizaran juntas t6ricas, con ranuras de posicionamiento en una o en ambas caras de los chasis.

45 Preferentemente, hay una junta que rodea las aberturas de cada tipo, junto con una junta respectiva dentro de cada una de estas juntas que sella la abertura o cada una de las aberturas que forman parte del conducto para el suministro remoto de electrolito desde la abertura para el suministro local a traves de los pasos de flujo. Para permitir el flujo del electrolito mas alla de las juntas que rodean la abertura, los pasos de flujo conducen a sus celdas

50 mediante aberturas a traves del chasis. Si bien se puede prever que cada chasis tenga pasos de flujo que conduzcan desde la abertura al conducto que suministra localmente el electrolito, en donde tipicamente el anolito se alimenta y retorna por un chasis y el catolito se alimenta y retorna por el chasis siguiente, en la realizaci6n preferente uno de cada dos chasis alternos tiene todos los pasos de flujo que conducen desde/hasta las aberturas, estando estos pasos de flujo en una cara del chasis que esta a nivel con una placa de electrodos entre celdas, teniendo este

55 chasis y el otro chasis por lo demas plano, es decir, todos los chasis, aberturas a traves del chasis, como en Nuestra solicitud de patente anterior.

De acuerdo con una caracteristica preferente significativa, cada paso de flujo desde su conducto tiene forma de serpentina o da al menos una vuelta sobre si mismo, con el fin de aumentar la resistencia electrica a lo largo del mismo.

Normalmente, los pasos de flujo estaran cerrados por una cara del chasis siguiente del apilamiento de chasis.

5 Como en Nuestra patente anterior, los pasos de flujo o las aberturas a traves del chasis, en el caso de que existan, se abren a rebajes en los chasis para dispersar o recoger el flujo del electrolito a traves de los extremos de las semiceldas. Estas ultimas estan convenientemente llenas de fieltro de grafito con el fin de mejorar el contacto electrico entre el electrolito y el electrodo de la semicelda. La membrana son tipicamente membranas

10 semipermeables sostenidas de manera hermetica contra una cara plana de un chasis en un lado del mismo por medio de una junta llevada por un chasis situado en el otro lado.

Para ayudar a la comprensi6n de la invenci6n, una forma de realizaci6n especifica de la misma se describira ahora a titulo de ejemplo y con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

15 La figura 1 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la invenci6n;

La figura 2 es una vista en perspectiva similar de un chasis de paso de la mitad inferior del apilamiento de la figura 1; 20 La figura 3 es una vista desde abajo del chasis de paso de la figura 2;

La figura 4 es una vista en perspectiva similar de un chasis de transferencia del apilamiento de la figura 1;

25 La figura 5 es una vista desde abajo del chasis de transferencia de la figura 4;

La figura 6 es una vista en secci6n transversal recortada de dos pares de chasis de paso y transferencia, estando la secci6n transversal en la linea ��-�� de la figura 1 en un lado del apilamiento;

30 La figura 7 es una vista en secci6n transversal recortada de dos pares de chasis de paso y transferencia, estando la secci6n transversal en la linea ��-�� de la figura 1 en un extremo del apilamiento, que muestra la falta de flujo de anolito desde la aberturas de flujo interior hasta las celdas del apilamiento en este extremo del apilamiento; y

La figura � es una vista en secci6n transversal similar de dos pares de chasis de paso y transferencia, estando la 35 secci6n transversal en la linea ��-�� de la figura 1 en el otro extremo del apilamiento, que muestra el flujo de anolito desde las aberturas de flujo interior hasta las celdas del apilamiento en este extremo del apilamiento.

�aciendo referencia a los dibujos, un apilamiento electroquimico 1 consta de chasis de dos tipos, denominados en este documento chasis de paso 2 y chasis de transferencia 3. Estos estan dispuestos alternativamente en el

40 apilamiento, es decir, primero un chasis de paso y, a continuaci6n, un chasis de transferencia a lo largo de la longitud del apilamiento.

En un lado o cara 4 de cada chasis de paso, tiene muchas ranuras para juntas t6ricas y otras ranuras para el paso del electrolito. Estas se describiran con mas detalle a continuaci6n. Tiene una abertura central 5 con un rebaje 6 45 abierto por un lado alrededor de la abertura. El rebaje tiene la mitad del grosor de un electrodo 7 de polimero relleno de carbono. El rebaje tiene una ranura � para una junta t6rica 9 contra la cual se asienta el electrodo. Por lo tanto, no es posible que el electrolito evite el paso por el electrodo. La cara complementaria 10 del siguiente chasis de transferencia 3 es plana y tiene otro rebaje 11, tambien con la mitad de la profundidad del electrodo. �ientras que el electrodo esta ajustado con holgura por ambos lados en los rebajes, es capturado por los chasis cuando se

50 mantienen juntos, con la cara 4 hacia la cara 10. El rebaje 11 no tiene ranura para junta t6rica, pero la cara 4 del chasis de paso tiene una ranura 12 que rodea el rebaje 6 para una junta t6rica 14, con lo cual electrolito del rebaje 11 no puede fluir hacia los lados entre los chasis ni evitar el paso por el electrodo, debido a la junta t6rica 9. El chasis 3 tiene tambien una abertura central 15.

55 Para situar los chasis unos con respecto a otros, cada chasis de paso presenta unos orificios ensanchados 16 en los margenes alrededor de la abertura central. Los orificios se extienden a traves de los salientes abiertos 17 que se extienden desde la otra cara plana 1� del chasis, abriendose los extremos de diametro grande de los orificios ensanchados en la cara 4. �gualmente, la cara plana rebajada 10 del chasis de transferencia tambien tiene salientes abiertos 19, mientras que su otra cara 20 tiene orificios ensanchados 21. Con los salientes 19 encajados en los orificios ensanchados 16, los chasis quedan totalmente situados de manera que sus caras no se puedan deslizar una con respecto a la otra. Con el apilamiento totalmente ensamblado, las barras de uni6n 22 se extienden a traves de los orificios 16, 21 y ejercer fuerza para mantener el apilamiento estrechamente comprimido, teniendo las barras de uni6n tuercas 35 que reaccionan contra las placas terminales del apilamiento 36.

5 Se debe entender que el chasis 2, el electrodo 7 y el chasis 3 descritos anteriormente definen dentro de los chasis dos espacios de semicelda 23, 24 de las celdas adyacentes, separados por un dipolo o electrodo comun 7. Los espacios estan llenos de fieltro de grafito 25, 26, en contacto electrico con el electrodo y el electrolito en los espacios.

10 Los pares de chasis con electrodos capturados estan montados con membranas semipermeables 30 entre ellos. La cara superior 20 de cada chasis de transferencia tiene una ranura 31 para una junta t6rica 32 de sellado de la membrana. La membrana cubre la extensi6n de la junta t6rica, que presiona la membrana contra la cara plana 1� del chasis de paso montado contra ella. La membrana esta limitada en su posici6n longitudinalmente en los chasis

15 por el ajuste entre las puntas 33 de la cara 20 del chasis de la transferencia, acoplandose las puntas en los orificios 33 de la cara opuesta 15. Lateralmente, la membrana esta limitada por los salientes 17 del chasis de paso. Con el apilamiento comprimido, esta disposici6n sella la membrana a los chasis sin posibilidad de escape del electrolito entre los chasis. De esta manera, se define una celda que incluye las dos semiceldas a cada lado de la membrana y los electrodos en los lados opuestos de los espacios de semicelda 23, 24.

20 A continuaci6n se describiran disposiciones para hacer pasar el electrolito hacia y desde los espacios de semicelda. El electrolito preferente es el sulfato de vanadio. El vanadio puede adoptar cuatro diferentes estados de valencia y la quimica redox del vanadio se describe en la patente de EE. UU. n.D 4.7�6.567, a la que se remite al lector para una mejor comprensi6n. �aste decir aqui que el anolito y el catolito que estan presentes en las semiceldas en los lados

25 opuestos de la membrana comprenden soluciones de vanadio en diferentes estados de valencia. Las disposiciones para el suministro del anolito y del catolito son practicamente identicas y la elecci6n de cual es cual es arbitraria en cuanto a la estructura fisica del apilamiento, a pesar de que ello incida directamente sobre la polaridad del apilamiento.

30 Los chasis de paso y los chasis de transferencia tienen lineas de cuatro aberturas 41 en cada extremo. Con los chasis montados en el apilamiento, las aberturas forman cuatro conductos en cada extremo del lado del apilamiento correspondiente a los extremos de los chasis, extendiendose los conductos desde un extremo al otro del apilamiento para facilitar el flujo del electrolito a traves del mismo. Las aberturas de los chasis transferencia no tienen pasos conectados a ellas y sirven meramente para la transferencia del electrolito desde un lado de los chasis al otro, es

35 decir, en sentido longitudinal del apilamiento. Estas aberturas tienen ranuras 42 y juntas t6ricas 43 que se extienden alrededor de ellas. Estas evitar el escape del electrolito hacia los lados entre los chasis en sus caras que colindan 1�, 20, que tienen la membrana entre ellos.

Las ocho aberturas 41 del chasis de paso estan rodeadas en pares por cuatro ranuras 44 y juntas t6ricas 45, que las

40 dividen en un par para la alimentaci6n del anolito, un par para el retorno del anolito, un par para la alimentaci6n del catolito y un par para el retorno del catolito. El apilamiento se divide en las secciones terminales opuestas 46, 47. Solo uno de cada par esta conectado a un paso local de flujo de alimentaci6n o de retorno, contenido dentro de las juntas t6ricas. El otro esta conectado a la otra secci6n. Como se muestra en la figura 1, los pasos estan indicados con los siguientes numeros de referencia:

45 Secci6n 46: Alimentaci6n de anolito 51

�etorno de anolito 52 Alimentaci6n de catolito 53 50 �etorno de catolito 54

Secci6n 47: Alimentaci6n de anolito 55

�etorno de anolito 56

Alimentaci6n de catolito 57 55 �etorno de catolito 5�.

Los pasos de alimentaci6n y de retorno del anolito 51, 52, 55, 56 conducen desde sus aberturas a las respectivas aberturas 61 de la parte 4 de cada chasis de paso a su cara plana 1�. Aqui se dispone un rebaje de distribuci6n 62, con elementos de dispersi6n 63, para distribuir/recoger el electrolito hacia el fieltro de grafito en la semicelda del anolito. En el borde del rebaje y alrededor de toda la abertura 5 se disponen pinchos 64 para enganchar el borde del fieltro y localizarlo.

En la secci6n 46 del apilamiento, los pasos de alimentaci6n y de retorno del anolito 51, 52 llevan el anolito desde el

5 interior de las dos aberturas/conductos de alimentaci6n del anolito a traves del apilamiento y lo devuelven al interior de los dos conductos de retorno del anolito al otro extremo del chasis/lado del apilamiento. Por el contrario, en la otra secci6n terminal 47 del apilamiento, los pasos de alimentaci6n y de retorno del anolito 55,56 estan conectados a los dos conductos de anolito exteriores.

10 Los conductos de alimentaci6n y de retorno del catolito estan dispuestos de manera similar.

El resultado es que no existe una conexi6n electrica a traves del electrolito en los conductos entre las celdas en los extremos opuestos del apilamiento. Los conductos interiores conectan las celdas en los extremos opuestos de la secci6n 46 y los exteriores conectan las celdas en los extremos opuestos de los conductos 47. Por lo tanto, aun

15 existen trayectorias de derivaci6n de corriente, pero solo a la mitad de la tensi6n de todo el apilamiento

Aun no se han descrito algunos detalles adicionales. Todos los pasos de alimentaci6n y de retorno son de tipo serpentina, es decir, girados sobre si mismos, entre sus aberturas 41 y sus aberturas transversales 61. Esto aumenta considerablemente su resistencia electrica, con respecto a la que seria si los pasos fuesen rectos. Este

20 aumento de la resistencia reduce aun mas la corriente de derivaci6n.

Los pasos del catolito no tienen pasos transversales en los chasis de paso, pero se disponen pasos equivalentes 65 en los chasis de transferencia hasta rebajes de distribuci6n similares 66, elementos de dispersi6n 67 y pinchos para el fieltro 6� en las caras 20 de los chasis. Estas caras tambien incluyen ranuras 69 y juntas t6ricas 70 que se

25 extienden alrededor de todos los elementos de la cara, con la excepci6n de los orificios ensanchados 21. Estas juntas t6ricas tienen la funci6n de evitar cualquier posible fuga en el interior de las juntas t6ricas, por poco probable que sean tales fugas. Dentro de las ranuras 69, existen mas ranuras 71 alrededor de las aberturas centrales 15 y dispuestas de manera que las juntas t6ricas 72 se apoyen contra las membranas 30 y aislen cualquier tendencia del electrolito a fugar hacia los bordes de la membrana.

30 Los electrolitos se alimentan hacia y desde el apilamiento por acoplamientos terminales 73 en una de las placas terminales 36 y conectados a los conductos formados de las aberturas 41. Las placas terminales llevan electrodos terminales (no mostrados) para el apilamiento.

35 Se considera que la realizaci6n descrita anteriormente tiene una perdida por corriente en derivaci6n ventajosamente mejorada, debido a que las aberturas y los conductos del electrolito en el apilamiento estan duplicadas para la alimentaci6n del electrolito a las secciones del apilamiento, a traves de las cuales la tensi6n que induce la corriente de derivaci6n se reduce de la tensi6n del apilamiento global

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un apilamiento de celdas electroquimicas (1) que comprende una pluralidad de celdas dispuestas lado

a lado en un apilamiento, teniendo cada celda: 5

•

una membrana (30),

•

una primera cavidad de semicelda (23) sobre un lado de la membrana y una segunda cavidad de semicelda

(24) sobre el otro lado de la membrana,

•

una placa de electrodo respectiva (7) en el lado de cada semicelda opuesta a la membrana, proporcionando 10 cada placa de electrodo contacto entre las celdas adyacentes al menos para aquellas intermedias a las celdas,

• un par de chasis (2,3), uno para una semicelda (2) y el otro para la otra (3), en donde los chasis:

•

capturan la membrana (30) entre los mismos,

•

localizan las placas de electrodos (7) y

•

tienen: 15 • margenes continuos alrededor de vacios centrales (5, 15) que proporcionan las cavidades de semicelda,

•

aberturas (41) en los margenes continuos que proporcionan conductos para el flujo del electrolito a traves del apilamiento para la distribuci6n a las celdas, existiendo asi respectivas aberturas y conductos tanto para la alimentaci6n como para el retorno del anolito y del catolito a las celdas,

•

pasos de flujo del electrolito (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 5�) en los margenes continuos de uno u otro o

20 ambos de los chasis del par para el flujo del electrolito desde una de las aberturas de los conductos, dentro y fuera de la semicelda y hasta otra de las aberturas de los conductos,

en el que:

25 • cada chasis tiene al menos dos aberturas para cada una de la alimentaci6n y el retorno de cada uno del anolito y del catolito,

• siendo una de dichas al menos dos aberturas para alimentaci6n (51, 53) o para retorno (52, 54) a traves de unos respectivos de los pasos de flujo del electrolito hacia y desde la semicelda definida por el chasis o a una semicelda adyacente, y

30 • siendo la o cada una de dichas al menos dos aberturas para alimentaci6n (55, 57) o para retorno (56, 5�) a un semicelda remota en el apilamiento, a traves de pasos de flujo respectivos en un chasis remoto;

siendo la disposici6n tal que el apilamiento esta dividido en secciones (46, 47) correspondientes al numero de

35 aberturas para cada una de la alimentaci6n y el retorno de anolito y de catolito, por lo que la tensi6n a lo largo de los conductos de anolito o catolito en contacto con las celdas de la secci6n es la tensi6n total del apilamiento reducida por el cociente entre el numero de celdas de la secci6n y el numero total de celdas.
2. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 1, en el que las aberturas 40 (51) y los conductos (51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 5�) estan duplicados, es decir, hay dos de cada tipo.
3. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 1 o la reivindicaci6n 2, en el que las celdas son rectangulares, proporcionandose los pasos de flujo de alimentaci6n y de retorno en extremos cortos opuestos de los chasis (2, 3).
4. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 1, la reivindicaci6n 2 o la reivindicaci6n 3, en el que todas las aberturas (41) para la alimentaci6n y el retorno estan en extremos cortos opuestos de los chasis.

50 5. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 1, la reivindicaci6n 2 o la reivindicaci6n 3, en el que se proporcionan mas de dos aberturas/conductos (41), para cada tipo de anolito/catolito y flujo/retorno, y estan dispuestos tanto en el extremo como en los lados de los chasis.
6. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 55 anteriores, que incluye juntas (14, 70) entre los chasis adyacentes.
7. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 6, en el que las juntas (14, 70) son juntas t6ricas, con ranuras de posicionamiento en una o en ambas caras de los chasis.

�. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con la reivindicaci6n 6 o la reivindicaci6n 7, en el que:

5 • hay una junta que rodea las aberturas de cada tipo, junto con una junta respectiva dentro de cada una de estas juntas que sella la abertura o cada una de las aberturas que forman parte del conducto para el suministro remoto de electrolito desde la abertura para el suministro local a traves de los pasos de flujo, y

• los pasos de flujo conducen a sus semiceldas a traves de aberturas del chasis.

10 9. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada chasis (2, 3) tiene pasos de flujo que conducen desde los respectivos de la abertura que suministra localmente el electrolito, o uno de cada dos chasis alternos tiene todos los pasos de flujo (51, 52, 53, 54) que conducen desde/hasta las aberturas que suministran localmente el electrolito, estando estos pasos de flujo en una cara del chasis que esta a nivel con una placa de electrodos entre celdas.
10. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada paso de flujo desde su conducto tiene forma de serpentina o da al menos una vuelta sobre si mismo, con el fin de aumentar la longitud del paso de flujo y la resistencia electrica a lo largo del mismo.

20 11. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los pasos de flujo terminan en posiciones (61) del chasis que son comunes entre un paso de flujo de una de dichas al menos dos aberturas y el otro o cada uno de los otros de dichas al menos dos aberturas.
12. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 25 anteriores, en el que los pasos de flujo estan cerrados por una cara del chasis siguiente del apilamiento de chasis.
13. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los pasos de flujo o las aberturas a traves del chasis, en el caso de que existan, se abren a rebajes en los chasis para dispersar o recoger el flujo del electrolito a traves de los extremos de las semiceldas.
14. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en el que las semiceldas estan llenas de fieltro de grafito (25, 26) con el fin de mejorar el contacto electrico entre el electrolito y el electrodo de la semicelda.

35 15. Un apilamiento de celdas electroquimicas de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, en el que las membranas (30) son membranas semipermeables sostenidas de manera hermetica contra una cara plana de un chasis en un lado del mismo por medio de una junta llevada por un chasis situado en el otro lado.