همرفت توسط شناور در الکترولیت کنترل می شود


توزیع تغییر موضعی pH (ΔpH) در طول زمان در یک الکترولیت حاوی 0.5 M K2SO4. اعتبار: HZB

هیدروژن تولید شده با استفاده از انرژی خورشیدی می تواند به سیستم انرژی خنثی آب و هوا در آینده کمک کند. اما از مقیاس آزمایشگاهی تا اجرای مقیاس بزرگ موانعی وجود دارد. اکنون تیمی از HZB روشی را برای تجسم همرفت در الکترولیت و شبیه سازی قابل اطمینان پیش از آن با یک مدل چند فیزیکی ارائه کرده است. نتایج می تواند به طراحی و مقیاس گذاری این فناوری کمک کند و در یک ژورنال مشهور منتشر شده است انرژی و علوم محیطی.

هیدروژن می تواند با انرژی های تجدید پذیر به روش خنثی از نظر آب و هوایی تولید شود و می تواند سهم قابل توجهی در سیستم انرژی آینده داشته باشد. یک گزینه استفاده از نور خورشید برای جدا کردن الکترولیتی آب است ، یا به طور غیر مستقیم با اتصال سلول خورشیدی به الکترولیزر ، یا مستقیماً به سلول فوتوالکتروشیمیایی (PEC). نیمه هادی های جذب کننده نور به عنوان فوتوالکترود عمل می کنند. آنها در یک محلول الکترولیت آب مخلوط شده با اسیدهای قوی یا بازها غوطه ور می شوند که حاوی غلظت بالایی از پروتون ها یا یون های هیدروکسید لازم برای الکترولیز کارآمد است.

با این حال ، در یک نصب در مقیاس بزرگ ، استفاده از محلول الکترولیت با PH تقریباً خنثی به دلایل ایمنی منطقی خواهد بود. چنین محلول غلظت کمی از پروتون ها و یون های هیدروکسید دارد که منجر به محدودیت در حمل و نقل جرم و عملکرد ضعیف می شود. درک این محدودیت ها برای طراحی دستگاه جداسازی آب PEC ایمن و مقیاس پذیر ضروری است.

تیمی به سرپرستی دکتر فتوا عبدی از موسسه HZB برای سوخت های خورشیدی برای اولین بار در حال بررسی نحوه رفتار الکترولیت مایع در سلول در هنگام الکترولیز هستند: با استفاده از فیلم حسگر pH فلورسنت ، دکتر Keisuke Obata ، فوق دکتر در تیم عبدی مقدار pH محلی در سلولهای PEC بین آند و کاتد را در حین الکترولیز تعیین کردند. سلولهای PEC با الکترولیتهای pH تقریباً خنثی پر شدند.

دانشمندان به طور آزمایشی کاهش PH در مناطق نزدیک به آند و افزایش PH در مناطق نزدیک به کاتد را تجسم کرده اند. جالب اینجاست که آنها حرکت الکترولیت را در جهت حرکت ساعت مشاهده می کنند. مشاهده را می توان با شناوری ناشی از تغییر در چگالی الکترولیت در طی واکنش الکتروشیمیایی که منجر به همرفت می شود ، توضیح داد. عبدی می گوید: “تعجب آور بود که می دیدیم تغییرات کوچک در تراکم الکترولیت (~ 1/0٪) باعث این اثر شناوری می شود.”

به موازات آن ، عبدی و تیمش یک مدل چند فیزیکی برای محاسبه همرفت ناشی از واکنش های الکتروشیمیایی تهیه کردند. عبدی می گوید: “ما این مدل را به طور کامل آزمایش کرده ایم و اکنون می توانیم ابزاری قدرتمند برای شبیه سازی همرفت طبیعی در یک سلول الکتروشیمیایی با الکترولیت های مختلف از قبل ارائه دهیم.”

برای این پروژه ، عبدی “نیروگاه احتراق خورشیدی” را در HZB احداث کرده است که بخشی از کارخانه تولید مواد انرژی هلمولتز (HEMF) است ، زیرساخت بزرگی که برای سایر دانشمندان قابل استفاده است. این مطالعه همچنین با همکاری TU Berlin ، در خوشه تعالی UniSysCat انجام شد.

پروفسور دکتر رول ون د کرول ، رئیس سوخت های خورشیدی می گوید: “با این کار ، ما با تلاش در زمینه مهندسی راکتور فوتوالکتروشیمیایی ، که گام بعدی اساسی در گسترش وسایل سوخت خورشیدی است ، تخصص خود را در زمینه مواد گسترش می دهیم.” .


هیدروژن خورشیدی: بیایید پایداری فوتوالکترودها را بررسی کنیم


اطلاعات بیشتر:
Keisuke Obata و همکاران ، مشاهده در محل تغییر pH در هنگام جداسازی آب در شرایط pH خنثی: اثرات همرفت طبیعی ناشی از اثرات شناور ، انرژی و علوم محیطی (2020) DOI: 10.1039 / D0EE01760D

تهیه شده توسط انجمن مراکز تحقیقاتی آلمان هلمهولتز

نقل قول: هیدروژن سبز: همرفت کنترل شده با شناوری الکترولیت (2020 ، 19 نوامبر) ، استخراج شده در 19 نوامبر 2020 از https://phys.org/news/2020-11-green-hidrogen-buoyancy-driven- همرفت الکترولیت.html

این برگه یا سند یا نوشته تحت پوشش قانون کپی رایت است. به جز هر معامله عادلانه ای به منظور معاینه خصوصی یا تحقیق ، هیچ بخشی بدون اجازه کتبی قابل تولید نیست. این محتوا فقط برای اطلاع رسانی ارائه شده است.




منبع: moshaverh-news.ir

دیدگاهتان را بنویسید

Comment
Name*
Mail*
Website*