Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle, umfassend eine Polymerelektrolytmemb rane, welche eine Anodenseite und eine Kathodenseite voneinander trennt, wobei beiderseits der Polymerelektrolytmembrane jeweils eine Katalysatorschicht umfas send jeweils ein Katalysatormaterial sowie eine Fluiddiffusionsschicht an die Katalysa torschicht angrenzend angeordnet sind, und wobei die Fluiddiffusionsschichten jeweils angrenzend an eine Elektrode angeordnet und über diese elektrisch kontaktiert sind. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Elektrolyseur zur Elektrolyse von Wasser.

Elektrolysezellen der eingangs genannten Art sind hinreichend bekannt. So offenbart die DE 10 2018 213 404 A1 eine Elektrolyseeinheit zum Zerlegen von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff mit wenigstens einer Elektrolysezelle. Die Elektrolysezelle weist einen Kathodenraum und einen Anodenraum auf, wobei der Kathodenraum vom Anodenraum mittels einer Protonenaustauschmembran (PEM) getrennt ist. Die Elekt rolysezelle umfasst weiterhin eine Anode und eine Kathode verbunden mit je einer Bi polarplatte mit Strömungskanälen. Die Bipolarplatten grenzen jeweils an eine poröse Trägerstruktur an. Durch diese Trägerstruktur fließt das Edukt Wasser durch die Elekt rolysezelle. Die poröse Trägerstruktur grenzt wiederum an eine elektrokatalytische Schicht. Eine elektrokatalytische Schicht ist im Anodenraum angeordnet, eine weitere elektrokatalytische Schicht ist im Kathodenraum angeordnet. Zwischen diesen beiden katalytisch wirkenden Schichten befindet sich die Protonenaustauschmembran, hier umfassend ein sulfoniertes Fluorpolymer, wie Perfluorosulfonsäure.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine elektrisch leitfähige und besonders korrosionsbe ständige Fluiddiffusionsschicht bereitzustellen.

Die Aufgabe wird für eine Elektrolysezelle, umfassend eine Polymerelektrolytmembra ne, welche eine Anodenseite und eine Kathodenseite voneinander trennt, wobei bei derseits der Polymerelektrolytmembrane jeweils eine Katalysatorschicht umfassend jeweils ein Katalysatormaterial sowie eine Fluiddiffusionsschicht an die Katalysator schicht angrenzend angeordnet sind, und wobei die Fluiddiffusionsschichten jeweils angrenzend an eine Elektrode angeordnet und über diese elektrisch kontaktiert sind, dadurch gelöst, dass mindestens eine der Fluiddiffusionsschichten durch einen offen porösen Graphitkörper mit Poren ausgebildet ist, die einen Porendurchmesser im Be reich von 180 bis 220 pm aufweisen.

Eine Fluiddiffusionsschicht aus Graphit weit eine gute elektrische Leitfähigkeit und ei ne hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Die Herstellung einer solchen Fluiddiffusions schicht kann besonders schnell und kostengünstig erfolgen. Die eingestellte offene Porosität ermöglicht eine gute Versorgung der Polymerelektrolytmembrane mit Reak tionsmedien sowie einen ungehinderten Abtransport der Reaktionsprodukte.

Der Graphitkörper ist dabei insbesondere starr ausgebildet. Die Herstellung des Gra phitkörpers erfolgt bevorzugt durch Siebdrucken oder durch Schäumen. Dabei hat es sich bewährt, wenn der Graphitkörper plattenförmig ausgebildet ist. Die ermöglicht ei ne platzsparende Anordnung in einem Elektrolyseur, wo eine Vielzahl an Elektrolyse zellen stapelförmig angeordnet werden.

Es hat sich zudem bewährt, wenn der jeweilige Graphitkörper gleichzeitig die Elektro de bildet, also die Funktion der Elektrode übernimmt. Dies spart Platz und Fertigungs kosten.

Der Graphitkörper kann alternativ auch durch einen Graphitfilz gebildet sein.

Es hat sich bewährt, wenn die Katalysatorschicht mit der angrenzenden Polymerelekt rolytmembrane und/oder dem angrenzenden Graphitkörper unlösbar verbunden ist.

So kann die Katalysatorschicht auf der Polymerelektrolytmembrane aufgebracht sein oder auf der Fluiddiffusionsschicht angeordnet werden. Auch ein fester Verbund von Membrane, Katalysatorschicht und Fluiddiffusionsschicht ist möglich. Insbesondere bildet der Graphitkörper lediglich auf der Kathodenseite die Fluiddiffusi onsschicht. Sofern auf der Anodenseite Spannungen von > 2 Volt auftreten, können diese zu einer Zerstörung des Graphitkörpers führen, so dass in einem solchen Fall von einer Ausbildung der Fluiddiffusionsschicht aus Graphit abzusehen ist.

Sofern die Elektroden nicht einstückig mit der jeweiligen Fluiddiffusionsschicht ausge bildet sind, weisen die Elektroden an ihrer der Fluiddiffusionsschicht zugewandten Seite bevorzugt Strömungskanäle auf, die eine Zufuhr von Reaktionsmedien zur Po lymerelektrolytmembrane und eine Abfuhr von Reaktionsprodukten von der Polymer elektrolytmembrane erleichtern.

Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch einen Elektrolyseur zur Elektrolyse von Was ser, umfassend mindestens eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle.

Die Figuren 1 bis 3 sollen die Erfindung beispielhaft erläutern. So zeigt

Figur 1 eine Fluiddiffusionsschicht in Form eines plattenförmigen Graphitkörpers,

Figur 2 eine Elektrolysezelle, und

Figur 3 schematisch einen Elektrolyseur umfassend mehrere Elektrolysezellen.

Figur 1 zeigt einen Fluiddiffusionskörper 4 in Form eines plattenförmigen, starren Gra phitkörpers in stark vergrößerter Darstellung, der eine offene Porosität mit Poren mit einem Porendurchmesser im Bereich von 180 bis 220 pm aufweist. Der Graphitkörper ist hier durch Siebdrucken ausgebildet worden.

Figur 2 zeigt eine Elektrolysezelle 1 umfassend eine Polymerelektrolytmembrane 2, welche eine Anodenseite A und eine Kathodenseite K voneinander trennt. Beiderseits der Polymerelektrolytmembrane 2 ist jeweils eine Katalysatorschicht 3a, 3b umfas send jeweils ein Katalysatormaterial sowie eine Fluiddiffusionsschicht 4a, 4b an die Katalysatorschicht 3a, 3b angrenzend angeordnet. Die Fluiddiffusionsschichten 4a, 4b sind jeweils angrenzend an eine Elektrode 5a, 5b angeordnet und über diese elektrisch kontaktiert. Die Elektroden 5a, 5b weisen jeweils Strömungskanäle 6a, 6b auf ihren den Fluiddiffusionsschichten 4a, 4b zugewandten Seiten auf, um eine Zufuhr von Reaktionsmedium (Wasser) und eine Abfuhr von Reaktionsprodukten (Wasser stoff, Sauerstoff) zu verbessern. Die Fluiddiffusionsschicht 4a ist hier auf der Katho denseite K durch den offenporösen Graphitkörper gemäß Figur 1 ausgebildet.

Figur 3 zeigt schematisch einen Elektrolyseur 10 zur Elektrolyse von Wasser, umfas send mehrere parallel geschaltete Elektrolysezellen 1 , die jeweils einen Aufbau ge mäß Figur 2 aufweisen. Den Elektrolysezellen 1 wird elektrische Energie E und Was ser zugeführt. Es wird Wasserstoff und Sauerstoff gebildet und getrennt abgeführt.

Bezuqszeichenliste

1 Elektrolysezelle

2 Polymerelektrolytmembrane

3a, 3b Katalysatorschicht 4, 4a, 4b Fluiddiffusionsschicht 5a, 5b Elektrode 6a, 6b Strömungskanal E elektrische Energie A Anodenseite K Kathodenseite