Efektivní výroba vodíku s ultrazvukem

Vodík je alternativní palivo, které je vhodnější díky své šetrnosti k životnímu prostředí a nulovým emisím oxidu uhličitého. Konvenční výroba vodíku však není účinná pro ekonomickou hromadnou výrobu. Ultrazvukem podporované elektrolýzy vody a alkalické vody řešení má za následek vyšší výtěžek vodíku, reakční rychlost a rychlost konverze. Ultrazvukem asistovaná elektrolýza činí výrobu vodíku ekonomickou a energeticky účinnou.
Ultrazvukem podporované elektrochemické reakce, jako je elektrolýza a elektrokoagulace ukazují lepší rychlost reakce, rychlost a výnosy.

Efektivní výroba vodíku s ultrazvukem

Elektrolýza vody a vodných roztoků za účelem výroby vodíku je slibným procesem pro výrobu čisté energie. Elektrolýza vody je elektrochemický proces, při kterém se elektřina aplikuje na rozdělení vody na dva plyny, a to vodík (H2) a kyslík (O2). Aby se rozštěpilo H – Ó – H vazby elektrolýzou, proudem vody proudí elektrický proud.
Pro elektrolytickou reakci se používá přímá elektrická měna, která iniciuje nespontánní reakci. Elektrolýza může generovat vodík vysoké čistoty jednoduchým, ekologickým a ekologickým procesem s nulovými emisemi CO2, protože O2 je jediným vedlejším produktem.

Toto video ilustruje pozitivní vliv ultrazvuku přímé elektrody na elektrický proud. Používá Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) ultrazvukový homogenizátor s elektrochemickým upgradem a titanovou elektrodou / sonotrodou. Elektrolýza zředěné kyseliny sírové produkuje plynný vodík a plynný kyslík. Ultrazvuku snižuje tloušťku difúzní vrstvy na povrchu elektrody a zlepšuje přenos hmoty během elektrolýzy.

Sono-elektrochemie - ilustrace vlivu ultrazvuku na dávkovou elektrolýzu

Miniatura videa

Žádost o informace





Ultrazvuková elektrochemická syntéza je vysoce účinná metoda pro výrobu vodíku. Sono-elektrochemická úprava podporuje štěpení vazeb H - O - H elektrolýzou, voda prochází elektrickým proudem.

2x ultrazvukové procesory modelu UIP200hdT se sondami, které působí jako elektrody, tj. katoda a anoda. Ultrazvukové vibrace a kavitace podporují elektrochemickou produkci vodíku.

 
Pokud jde o elektrolýzu vody, je štěpení vody na kyslík a vodík dosaženo průchodem elektrického proudu přes vodu.
V čisté vodě na záporně nabité katodě probíhá redukční reakce, při které jsou elektrony (e−) z katody darovány vodíkovým kationtům tak, aby vznikl plynný vodík. Na kladně nabité anodě probíhá oxidační reakce, která generuje plynný kyslík, zatímco anodě dává elektrony. To znamená, že voda reaguje na anodě za vzniku kyslíku a kladně nabitých vodíkových iontů (protonů). Tím je doplněna následující rovnice energetické bilance:
 
2H+ (aq) + 2e → H2 g (redukce na katodě)
2H2O (l) → O2 (g) + 4H+ (aq) + 4e (oxidace v anodě)
Celková reakce: 2H2O (l) → 2H2 (g) + O2 (g)
 
Pro elektrolýzu se často používá alkalická voda, aby se vyrobil vodík. Alkalické soli jsou rozpustné hydroxidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin, jejichž běžnými příklady jsou: hydroxid sodný (NaOH, také známý jako hydroxid sodný) a hydroxid draselný (KOH, také známý jako hydroxid draselný). Pro eletkrolýzu se používají hlavně koncentrace 20% až 40% žíravého roztoku.

Sono-elektrochemická výroba vodíku na ultrazvukové katodě.

Sono-elektrochemická výroba vodíku na ultrazvukové katodě.

 

Toto video ilustruje pozitivní vliv přímé ultrazvuku elektrody na elektrický proud v nastavení elektrolyzéru H-Cell. Používá Hielscher UP100H (100 Watts, 30kHz) ultrazvukový homogenizátor s elektrochemickým upgradem a titanovou elektrodou / sonotrodou. Elektrolýza zředěné kyseliny sírové produkuje plynný vodík a plynný kyslík. Ultrazvuku snižuje tloušťku difúzní vrstvy na povrchu elektrody a zlepšuje přenos hmoty během elektrolýzy.

Sono-elektro-chemie - ilustrace vlivu ultrazvuku na elektrolýzu H-buněk

Miniatura videa

 

Ultrazvuková syntéza vodíku

Když se vodíkový plyn vyrábí v elektrolytické reakci, vodík je syntetizován přímo na potenciálu rozkladu. Povrch elektrod je oblast, kde se tvorba vodíku vyskytuje na molekulárním stupni během elektrochemické reakce. Molekuly vodíku se nukleují na povrchu elektrody, takže následně jsou kolem katody přítomny bubliny vodíkového plynu. Použití ultrazvukových elektrod zlepšuje impedanci aktivity a impedanci koncentrace a urychluje růst vodíkových bublin během elektrolýzy vody. Několik studií prokázalo, že ultrazvuková produkce vodíku zvyšuje výnosy vodíku efektivně.

 
Výhody ultrazvuku na vodíkové elektrolýzy

  • Vyšší výtěžnost vodíku
  • Vyšší energetická účinnost

jako ultrazvuk má za následek:

  • zvýšená přenos hmoty
  • Zrychlené snížení akumulované impedance
  • Snížení poklesu ohmického napětí
  • Snížená reakce nadměrná potenciál
  • Snížený potenciál rozkladu
  • Odplynění vody / vodného roztoku
  • Čištění elektrodových katalyzátorů

 

Ultrazvukové účinky na elektrolýzu

Ultrasonically excited electrolysis is also known as sono-electrolysis. Various ultrasonic factors of sonomechanical and sonochemical nature influence and promote electrochemical reactions. These electrolysis-influencing factors are results of ultrasound-induced cavitation and vibration and include acoustic streaming, micro-turbulences, microjets, shock waves as well as sonochemical effects. Ultrasonic / acoustic cavitation occurs, when high-intensity ultrasound waves are coupled into liquid. The phenomenon of cavitation is characterized by the growth and collapse of so-called cavitation bubbles. The bubble implosion is marked by super-intense, locally occuring forces. These forces include intense local heating of up to 5000K, high pressures of up to 1000 atm, and enormous heating and cooling rates (>100k/sec) and they provoke a unique interaction between matter and energy. For instance, those cavitational forces impact hydrogen bondings in water and facilitate splitting of water clusters which subsequently results in a reduced energy consumption for the electrolysis.
 
Ultrazvukový dopad na elektrody

  • Odstranění usazenin z povrchu elektrody
  • Aktivace povrchu elektrody
  • Transport elektrolytů směrem k elektrodám a od jejich odchyt

 

Ultrazvukové čištění a aktivace povrchů elektrod

Přenos hmoty je jedním z klíčových faktorů ovlivňujících rychlost reakce, rychlost a výnos. Při elektrolytických reakcích se reakční produkt, např. Ultrazvukem podporované elektrolytické procesy vykazují zvýšený přenos hmoty v hromadném roztoku a v blízkosti povrchů. Ultrazvukové vibrace a kavitace odstraňuje pasivační vrstvy z povrchů elektrod a udržují je tak trvale plně účinné. Navíc, sonifikace je známo, že zvýšení reakční cesty sonochemical účinky.

Nižší pokles ohmického napětí, nadměrná reakce a potenciál rozkladu

Napětí potřebné pro elektrolýzu se nazývá potenciál rozkladu. Ultrazvuk může snížit potřebný potenciál rozkladu v procesech elektrolýzy.

Ultrazvuková elektrolýza buňka

Pro elektrolýzu vody, ultrazvukový energetický vstup, elektrodová mezera a koncentrace elektrolytů jsou klíčovými faktory, které ovlivňují elektrolýzu vody a její účinnost.
Pro alkalickou elektrolýzu se používá elektrolýzová buňka s vodným žíravým roztokem obvykle 20%–40% KOH nebo NaOH. Elektrická energie se aplikuje na dvě elektrody.
Elektrodové katalyzátory mohou být použity k urychlení rychlosti reakce. Například, Pt elektrody jsou příznivé, protože reakce se vyskytuje snadněji.
Vědecký výzkum články zpráva 10%-25% úspory energie pomocí ultrazvukem propagované elektrolýzy vody.

Ultrazvukové elektrolyzéry pro výrobu vodíku v pilotním a průmyslovém měřítku

Hielscher Ultrazvuk’ průmyslové ultrazvukové procesory jsou postaveny pro provoz 24/7/365 při plném zatížení a v těžkých procesech.
Tím, že dodává robustní ultrazvukové systémy, speciálně navržené sonotrody (sondy), které fungují jako elektrody a ultrazvukové vlny vysílače ve stejnou dobu, a elektrolýza reaktory, Hielscher Ultrazvuk uspokojuje specifické požadavky na výrobu elektrolytického vodíku. Všechny digitální průmyslové ultrasonicators řady UIP (UIP500hdT (500 wattů), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW) a UIP4000hdT (4kW)) jsou vysoce výkonné ultrazvukové jednotky pro aplikace elektrolýzy.

Ultrazvuková sonda vysoce výkonného ultrasonicator UIP2000hdT funguje jako anoda. Díky aplikovanému ultrazvukovému poli je podporována elektrolýza vodíku.

Ultrazvuková sonda UIP2000hdT funguje jako anoda. Aplikované ultrazvukové vlny zesilují elektrolytickou syntézu vodíku.

Níže uvedená tabulka vám dává informaci o přibližné zpracovatelské kapacity našich ultrasonicators:

Hromadná dávka průtok Doporučené Devices
0.02 až 5l 0.05 až 1L/min UIP500hdT
0.05 až 10L 0.1 až 2L/min UIP1000hdT
0.07 až 15l 0.15 až 3L/min UIP1500hdT
00,1 až 20L 00,2 až 4 litry / min UIP2000hdT
10 až 100L 2 až 10 l / min UIP4000hdT

Kontaktujte nás! / Zeptej se nás!

Požádejte o další informace

Použijte níže uvedený formulář a vyžádejte si další informace o ultrazvukových elektrodách a sono-elektrochemických systémech, podrobnosti o aplikaci a ceny. Rádi s vámi probereme váš sono-elektrochemický proces a nabídneme vám ultrazvukový systém splňující vaše požadavky!









Uvědomte si prosím naši Zásady ochrany osobních údajů,


Ultrazvukové homogenizátory s vysokým smykem se používají v laboratorních, stolních, pilotních a průmyslových zpracováních.

Hielscher Ultrazvuk vyrábí vysoce výkonné ultrazvukové homogenizátory pro míchání aplikací, disperze, emulgaci a extrakce v laboratoři, pilotním a průmyslovém měřítku.



Fakta Worth Knowing

Co je vodík?

Vodík je chemický prvek se symbolem H a atomovým číslem 1. Se standardní atomovou hmotností 1,008 je vodík nejlehčím prvkem periodické tabulky. Vodík je nejhojnější chemickou látkou ve vesmíru, která tvoří zhruba 75% veškeré baryonické hmoty. H2 je plyn, který se tvoří, když se dva atomy vodíku spojí a stanou se molekulou vodíku. H2 se také nazývá molekulární vodík a je diatomická, homonukleární molekula. Skládá se ze dvou protonů a dvou elektronů. Molekulární vodík má neutrální náboj a je stabilní a tím i nejběžnější forma vodíku.

Když se vodík vyrábí v průmyslovém měřítku, je nejpoužívanější výrobní formou parní reformování zemního plynu. Alternativní metodou je elektrolýza vody. Většina vodíku se vyrábí v blízkosti místa jeho pozdějšího použití, např. v blízkosti zařízení na zpracování fosilních paliv (např. hydrokrakování) a výrobců hnojiv na bázi amoniaku.

Literatura / Reference

Rádi probereme váš proces.

Pojďme se spojit.