Дослідження енергоефективності процесу отримання водню в електролізерах з лужним електролітом
DOI:
https://doi.org/10.15587/2706-5448.2023.290309Ключові слова:
електроліз, електролізер, водень, екологічно чисте отримання енергії, відновлювальні джерела енергії, лужний електролітАнотація
Об’єктом дослідження є енергоефективність процесу електролізу в електролізерах з лужним електролітом електричними параметрами. Існуюча проблема полягає в отриманні енергоефективності процесу в електролізері з лужним електролітом більше 65 %.
Для вирішення цієї проблеми пропонується виготовити електролізер з металевими електродами, виготовленими з нержавіючої сталі та розділеними між собою газонепроникною мембраною (болоньова тканина) для розділення газів водню та кисню. Для встановлення характеристик енергоефективності виготовлена експериментальна установка, а також використано необхідне вимірювальне обладнання. У ході роботи розроблена методика проведення досліджень та проведений необхідний розрахунок виміряних величин. В результаті, виявлено вплив робочої напруги на споживання струму, що протікає через електроди електролізера та споживану ним потужність, значення яких збільшуються із збільшенням робочої напруги. Встановлено, що енергоефективність процесу в електролізерах з лужним електролітом зменшується із збільшенням робочої напруги. При робочій напрузі у 3 В, 4 В та 5 В, енергоефективність, відповідно, складає 85,7 %, 77 % та 70 %. Запропонована методика передбачає виконання експериментальних досліджень безпосередньо на діючому електролізері.
Практична реалізація використання газонепроникної мембрани (болоньова тканина) може допомогти знизити собівартість виготовлення електролізера. Тому представлене дослідження буде корисним для промислового виробництва водню.
Посилання
- Lewis, N. S., Nocera, D. G. (2006). Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization. Proceedings of the National Academy of Sciences, 103 (43), 15729–15735. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0603395103
- Dunikov, D. O. (2017). Vodorodnye energeticheskie tekhnologii. Materialy seminara laboratorii VET OIVT RAN. Moscow: OIVT RAN, 1, 190.
- Wirkert, F. J., Roth, J., Jagalski, S., Neuhaus, P., Rost, U., Brodmann, M. (2020). A modular design approach for PEM electrolyser systems with homogeneous operation conditions and highly efficient heat management. International Journal of Hydrogen Energy, 45 (2), 1226–1235. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2019.03.185
- Chang, W. J., Lee, K.-H., Ha, H., Jin, K., Kim, G., Hwang, S.-T. et al. (2017). Design Principle and Loss Engineering for Photovoltaic–Electrolysis Cell System. ACS Omega, 2 (3), 1009–1018. doi: https://doi.org/10.1021/acsomega.7b00012
- Kuznetcov, N. P., Lysenko, O. V., Chebanov, A. B. (2019). Electricity Consumption Model for Energy Systems of Ukraine at Various Levels of Locality. Problemele Energeticii Regionale, 3 (44), 31–42. doi: https://doi.org/10.5281/zenodo.3562195
- Gahleitner, G. (2013). Hydrogen from renewable electricity: An international review of power-to-gas pilot plants for stationary applications. International Journal of Hydrogen Energy, 38 (5), 2039–2061. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2012.12.010
- Grätzel, M. (2001). Photoelectrochemical cells. Nature, 414 (6861), 338–344. doi: https://doi.org/10.1038/35104607
- Cox, C. R., Lee, J. Z., Nocera, D. G., Buonassisi, T. (2014). Ten-percent solar-to-fuel conversion with nonprecious materials. Proceedings of the National Academy of Sciences, 111 (39), 14057–14061. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.1414290111
- Sytniuk, H. O., Nochnichenko, I. V., Kostiuk, D. V., Myronchuk, V. S. (2018). Elektroliz yak aktualnyi sposib otrymannia alternatyvnoho palyva vodniu. Prykladna heometriia, dyzain, ob’iekty intelektualnoi vlasnosti ta innovatsiina diialnist studentiv ta molodykh vchenykh. Kyiv, 115–119.
- Yakymenko, L. M., Motilievska, I. D., Tkachek, Z. O. (1970). Elektroliz vody. Moscow: Vyd. Khimiia, 264.
- Peharz, G., Dimroth, F., Wittstadt, U. (2007). Solar hydrogen production by water splitting with a conversion efficiency of 18 %. International Journal of Hydrogen Energy, 32 (15), 3248–3252. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2007.04.036
- Shevchenko, A. A., Zipunnikov, M. M., Kotenko, А. L., Chorna, N. A. (2020). Investigation of the Electrolysis Process of Obtaining Hydrogen and Oxygen with Serial and Parallel Connection of Electrons. Journal of Mechanical Engineering, 23 (4), 63–71. doi: https://doi.org/10.15407/pmach2020.04.063
- Nocera, D. G. (2012). The Artificial Leaf. Accounts of Chemical Research, 45 (5), 767–776. doi: https://doi.org/10.1021/ar2003013
- Felgenhauer, M., Hamacher, T. (2015). State-of-the-art of commercial electrolyzers and on-site hydrogen generation for logistic vehicles in South Carolina. International Journal of Hydrogen Energy, 40 (5), 2084–2090. doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2014.12.043
- Krivtcova, V. I., Levterov, A. A., Grushko, A. I. (2006). Analiz pozharovzryvobezopasnosti sistem khraneniia i podachi vodoroda na osnove reaktcii samorasprostraniaiushchegosia vysokotemperaturnogo sinteza intermetallidov. Problemi nadzvichainikh situatcіi, 3, 145–151.
- Vasylkovskyi, O. M., Leshchenko, S. M., Vasylkovska, K. V., Petrenko, D. I. (2016). Pidruchnyk doslidnyka. Kirovohrad, 204.

##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Olha Lysenko, Valerii Ikonnikov

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.