Suyun elektrolizi ile yeni bir hidrojen üretim yönteminin doğuşu: verimlilik dört kattan fazla arttı!
Kılavuz
Son zamanlarda, Güney Kore'deki Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ne bağlı ortak bir araştırma ekibi, bir Hibrit-SOEC sistemini başarıyla geliştirdi. Raporlara göre, sistem hidrojen üretiminde son derece yüksek elektrokimyasal performansa sahip. Ucuz ve verimli hidrojen üretimi için bu önerilen sistem yeni ve ümit verici bir seçenektir.
arka fon
Hidrojen, normal sıcaklık ve basınçta son derece kolay yanan, renksiz, şeffaf, kokusuz ve tatsız bir gazdır. Temiz ve verimli bir yakıt olarak kullanılabilir. Hidrojen yanmasının ürünü, çevreyi kirletmeyecek sudur. Aynı zamanda, hidrojen yanmasının kalorifik değeri, çeşitli yakıtlar arasında en yüksektir.Ölçümlere göre, bir kilogram hidrojen yanması için yayılan kalori, petrolün kalori değerinin üç katından fazla olan 1.4 * 10 ^ 8J'dir.
Şu anda, hidrojen yakıtı sadece havacılık projelerinde roket itmek için kullanılmıyor, aynı zamanda yeni enerji araçları için de kullanılabiliyor ve gelecekte çok önemli bir sürdürülebilir enerji kaynağı olması bekleniyor. Bugün, hidrojen üretiminin büyük çoğunluğu "metan buharı reformu" adı verilen bir işlemle doğal gazdan çıkarılmaktadır, ancak dezavantajı karbondioksit de salmasıdır.
Bununla birlikte, suyun elektrolizi de önemli bir hidrojen üretme yöntemidir ve karbondioksit üretmez. Yakıt olarak kullanılabilecek oksijen (O2) ve hidrojen (H2) üretmek için suyu (H2O) elektrik akımı ile elektrolize eder. Elektrik sudan geçtiğinde, katottaki suyu indirgeyerek hidrojen oluşur; anotta suyu oksitleyerek oksijen oluşur ve üretilen hidrojen miktarı oksijenin yaklaşık iki katıdır.
(Resim kaynağı: Wikipedia)
Yazar, kısa bir süre önce Columbia Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Kimya Mühendisliği Bölümü'nden Yardımcı Doçent Daniel Esposito'nun ekibini tanıttı.Suyu elektrolize etmek için solar fotovoltaik hücreler tarafından üretilen elektriğin "metan buharı reforming" in yerini alması ve hidrojen yakıtı hazırlamak için yeni nesil yöntem olması bekleniyor. .
Yenilikçilik
Son zamanlarda, suyun elektrolizi ile hidrojen üretimi teknolojisinde yeni bir atılım olmuştur. Güney Kore'deki Ulsan Ulusal Bilim ve Teknoloji Üniversitesi'ne (UNIST) bağlı ortak bir araştırma ekibi, bir Hibrit-SOEC sistemini başarıyla geliştirdi. Raporlara göre, sistem hidrojen üretiminde son derece yüksek elektrokimyasal performansa sahip. Ucuz ve verimli hidrojen üretimi için bu önerilen sistem yeni ve ümit verici bir seçenektir. Diğer su elektroliz sistemlerine göre üstün performansı nedeniyle hayatın her kesiminden de ilgi görmüştür.
UNIST Enerji ve Kimya Mühendisliği Okulu'ndan Profesör Guntae Kim, Kore Enerji Araştırma Enstitüsü'nden (KIER) Profesör Tak-Hyoung Lim ve Sookmyung Kadın Üniversitesi'nden Profesör Jeeyoung Shin, bu çığır açan araştırmaya liderlik etmek için işbirliği yaptı.
(Resim kaynağı: UNIST)
teknoloji
Katı oksit elektrolizörü (SOEC), tamamı katı olan iki elektrot ve bir elektrolitten oluşur. Hidrojen üretimi için yeni bir aday olarak şiddetle tavsiye edilirler çünkü kaybolan elektroliti yenilemeye ve aynı zamanda korozyon problemini çözmeye gerek yoktur. Ayrıca SOEC, nispeten yüksek sıcaklıklarda (700-1000 ° C) çalışabilir ve bu da güç tüketimini azaltır.
Profesör Kim ve araştırma ekibi, hidrojen üretiminin enerji verimliliğini artırmak için SOEC'i kullanmanın bir yolunu arıyor. Bu çalışmada, araştırma ekibi, hem hidrojen elektrodunda hem de hava elektrodunda suyun elektrolizinin oluşmasına izin veren karışık iyonlara dayanan iletken bir elektrolit gösterdi.
Mevcut SOEC elektroliti, hidrojen iyonlarından veya oksijen iyonlarından yalnızca birinin diğer elektrotlara taşınmasına izin verir. Örneğin, SOEC elektroliti oksijen iyonlarını taşır, anotta suyun elektrolizi oluşur ve böylece hidrojen üretir; bunun tersine, SOEC elektroliti hidrojen iyonlarını taşır ve katotta su elektrolizi meydana gelir, böylece oksijen üretir. Burada hidrojen, elektrolitten anoda taşınır.
Teorik olarak, hem hidrojen iyonlarını hem de oksijen iyonlarını taşıyabilen bir elektrolit kullanarak, elektrolitik hücrenin her iki ucunda iki elektrolitik ürün üretilebilir: hidrojen ve oksijen. Bu, hidrojen üretim oranını büyük ölçüde artıracaktır. Bu çalışmada, araştırma ekibi elektrolitin özelliklerini kontrol etmeye odaklandı.
Profesör Kim ve araştırma ekibi, karışık iyon iletkenlerine dayalı SOEC sistemlerinin geliştirilmesindeki yeni keşiflerini bildirdi. Bu tür karışık iyon iletkeni, oksijen iyonlarını ve protonları aynı anda iletebilir, bu nedenle buna "Hibrit-SOEC" adı verilir.
(Resim kaynağı: UNIST)
Literatürde bildirilen diğer SOEC sistemleri ve temsili su bazlı cihazlarla karşılaştırıldığında, bu önerilen sistem hidrojen üretimi için daha az elektrik gerektirir ve mükemmel elektrokimyasal performans ve kararlılığa sahiptir. Dahası, hibrit SOEC sisteminin performansı, 60 saatten fazla çalıştıktan sonra herhangi bir gözlemlenebilir bozulma göstermeyecek, bu da hidrojen üretimi için sağlam bir sistem olduğunu gösterecektir.
değer
Makalenin baş yazarı ve Enerji ve Kimya Mühendisliği Bölümü'nde doktora öğrencisi Junyoung Kim, "Hidrojen iyonu iletken elektrolitin taşıma ortamını kontrol ederek, iki iyonun geçmesine izin veren bir" hibrit iyon iletken elektrolit "gerçekleştirildi. Karışık SOEC elektrolit sisteminde, her iki elektrotta su elektrolizi meydana gelir ve böylece toplam hidrojen üretimini önemli ölçüde artırır.
Hibrit SOEC elektrodu, mükemmel elektrokimyasal performansa sahip katmanlı perovskit kullanır. Karışık iyon iletken elektrolite mükemmel bir elektrot malzemesi ekleyerek, elektrokimyasal performans geliştirilecektir. Bu nedenle, elektrolizör voltajı 1.5V'a ve sıcaklık 700 ° C'ye ulaştığında, karşılık gelen hidrojen üretimi saatte 1.9 L'dir. Bu sistemin hidrojen üretim verimliliği, mevcut su elektrolizör sisteminin 4 katından fazladır.
Son olarak, SOEC sisteminin ekonomik değerine bakalım. Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Enerji sağlamak için güneş ve rüzgar enerjisi gibi yeni nesil yenilenebilir enerji kaynakları sayesinde, suyun elektrolizi için elektriğe dönüştürülerek, üretilen hidrojen, hidrojen yakıt hücreli araçlarda kullanılabilir. Örneğin, bir saatte 0,9 litre hidrojen üretilebilir, bu da hidrojen yakıt hücreli bir aracın 25 kilometre yol alması için yaklaşık olarak yeterlidir.
(Resim kaynağı: UNIST)
Anahtar kelime
Hidrojen, yeni enerji, elektrolize su
Referans
[1]
2 Junyoung Kim, Areum Jun, Ohhun Gwon, Seonyoung Yoo, Meilin Liu, Jeeyoung Shin, Tak-Hyoung Lim, Guntae Kim. Hibrit-katı oksit elektroliz hücresi: Verimli hidrojen üretimi için yeni bir strateji Nano Enerji, 2018; 44: 121 DOI: 10.1016 / j.nanoen.2017.11.074
Daha ileri teknolojiler ve yenilikçi ürünler için lütfen WeChat herkese açık hesabını takip edin: IntelligentThings veya yazarın kişisel WeChat ile iletişime geçin: JohnZh1984
