Effizient Waasserstoffproduktioun mat Ultrasonics

Effizient Waasserstoff Generatioun mat Sonication

Elektrolyse vu Waasser a wässerege Léisunge fir den Zweck vun der Waasserstoffgeneratioun ass e villverspriechende Prozess fir d'Produktioun vu propper Energie. D'Elektrolyse vu Waasser ass en elektrochemesche Prozess wou Elektrizitéit applizéiert gëtt fir Waasser an zwee Gasen opzedeelen, nämlech Waasserstoff (H₂) a Sauerstoff (O₂). Fir den H ze splécken – O – H verbënnt sech duerch Elektrolyse, en elektresche Stroum leeft duerch d'Waasser.
Fir déi elektrolytesch Reaktioun gëtt eng direkt elektresch Währung (DC) applizéiert fir eng aner-weise net-spontan Reaktioun ze initiéieren. Elektrolyse kann Waasserstoff mat héijer Rengheet an engem einfachen, ëmweltfrëndleche, grénge Prozess mat engem Null CO generéieren₂ Emissioun als O₂ ass deen eenzegen Nieweprodukt.

2x Ultraschallveraarbechter UIP2000hdT mat Sonden, déi als Elektroden handelen, also Kathode an Anode. D'Ultraschallfeld verstäerkt d'elektrolytesch Synthese vu Waasserstoff aus Waasser oder wässerleche Léisungen.

Wat d'Elektrolyse vu Waasser ugeet, gëtt d'Splécke vu Waasser a Sauerstoff a Waasserstoff erreecht duerch en elektresche Stroum duerch d'Waasser.
Am pure Waasser bei der negativ geluedener Kathode fënnt eng Reduktiounsreaktioun statt wou Elektronen (e−) aus der Kathode u Waasserstoffkatioune gespent ginn sou datt Waasserstoffgas entsteet. Bei der positiv geluedener Anode fënnt eng Oxidatiounsreaktioun statt, déi Sauerstoffgas generéiert wärend Elektronen der Anode ginn. Dëst bedeit datt Waasser op der Anode reagéiert fir Sauerstoff a positiv gelueden Waasserstoffionen (Protonen) ze bilden. Dofir ass d'folgend Equatioun vum Energiebilanz fäerdeg:

2H⁺ (aq) + 2e^– → H₂ (g) (Reduktioun bei der Kathode)
2H₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (Oxidatioun an der Anode)
Allgemeng Reaktioun: 2H₂O (l) → 2H₂ (g) + O₂ (g)

Oft gëtt alkalescht Waasser fir d'Elektrolyse benotzt fir Waasserstoff ze produzéieren. Alkalisalze si löslech Hydroxide vun Alkalimetaller an Alkalimetaller, dovu sinn allgemeng Beispiller: Natriumhydroxid (NaOH, och bekannt als “ätzend Soda “) a Kaliumhydroxid (KOH, och bekannt als “ätzendem Potash “). Fir Elekrolyse ginn haaptsächlech Konzentratioune vun 20% bis 40% ätzend Léisung benotzt.

Ultraschall Synthese vu Waasserstoff

Wa Waasserstoffgas an enger elektrolytescher Reaktioun produzéiert gëtt, gëtt de Waasserstoff direkt beim Zersetzungspotenzial synthetiséiert. D'Uewerfläch vun Elektroden ass d'Géigend, wou Waasserstoffbildung op molekulärer Bühn wärend der elektrochemescher Reaktioun geschitt. D'Wasserstoffmoleküle nuklearéieren op der Elektrode Uewerfläch, sou datt duerno Waasserstoffgasblosen ronderëm d'Kathode präsent sinn. Mat Ultraschallelektroden verbessert d'Aktivitéitsimpedanzen an d'Konzentratiounsimpedanz a beschleunegt d'Erhéijung vu Waasserstoffblosen während der Waasserelektrolyse. Verschidde Studie weisen datt d'Ultraschall Waasserstoffproduktioun d'Waasserstoff effizient erhéicht.

Ultraschall Effekter op Elektrolyse

Ultraschall begeeschtert Elektrolyse ass och bekannt als Sono-Elektrolyse. Verschidde Ultraschallfaktore vu sonomechanescher a sonochemescher Natur beaflossen a förderen elektrochemesch Reaktiounen. Dës Elektrolyse-beaflosst Faktore si Resultater vun Ultraschall-induzéierter Kavitation a Vibration an enthalen akustesche Streaming, Mikro-Turbulenzen, Mikrojet, Schockwellen souwéi sonochemesch Effekter. Ultraschall / akustesch Kavitation tritt op, wann Ultraschallwellen mat héijer Intensitéit a Flëssegkeet gekoppelt sinn. De Phänomen vu Kavitation zeechent sech duerch de Wuesstem an Zesummebroch vu sougenannte Kavitatiounsblosen. D'Bubbeleimplosioun gëtt vu superintensiven, lokaler optriedenen Kräfte gezeechent. Dës Kräfte gehéieren intensiv lokal Heizung vu bis zu 5000K, héijen Drock vu bis zu 1000 Atm, an enorm Heizungs- a Killgeschwindegkeet (> 100k / sec) a si provozéieren eng eenzegaarteg Interaktioun tëscht Matière an Energie. Zum Beispill, dës Kavitatiounskräften hunn Waasserstoffbänn am Waasser beaflosst an d'Splitting vu Waasserkéip erliichtert, wat duerno zu engem reduzéierten Energieverbrauch fir d'Elektrolyse resultéiert.

Ultraschall Impakt op d'Elektroden

• Oflagerunge vun der Elektrode Uewerfläch ewechhuelen
• Aktivatioun vun der Elektrode Uewerfläch
• Transport vun Elektrolyte Richtung a fort vun Elektroden

Botzen an Aktivéiere vu Flächen

Massentransfer ass ee vun den entscheedende Faktoren, déi d'Reaktiounsquote, d'Geschwindegkeet an d'Rendement beaflossen. Wärend elektrolytesche Reaktiounen accumuléiert d'Reaktiounsprodukt, zB Ausfällungen, sech sou wéi direkt op den Elektrodenflächen a bremst d'elektrolytesch Ëmwandlung vu frëscher Léisung op d'Elektrode. Ultraschall gefördert elektrolytesch Prozesser weisen e verstäerkte Massentransfer an der Bulkléisung a bei de Flächen. Ultraschall Vibratioun a Kavitation entfernt Passivatiounsschichten vun den Elektrodenflächen an hält se domat permanent voll effizient. Ausserdeem ass d'Sonifikatioun bekannt fir d'Reaktiounsweeër duerch sonochemesch Effekter ze verbesseren.

Ënneschten Ohmesche Spannungsfall, Reaktioun Iwwerpotential an Zersetzungspotenzial

D'Spannung déi fir d'Elektrolyse erfuerderlech ass ass bekannt als Zersetzungspotenzial. Ultraschall kann den néidegen Zersetzungspotenzial bei Elektrolyseprozesser senken.

Ultraschall Elektrolyse Zell

Fir Waasserelektrolyse, Ultraschallenergieinput, Elektrodespalt, an Elektrolytkonzentratioun si Schlësselfaktoren déi d'Waasserelektrolyse a seng Effizienz beaflossen.
Fir eng alkalesch Elektrolyse gëtt eng Elektrolysezell mat enger wässerger ätzender Léisung vun normalerweis 20% –40% KOH oder NaOH benotzt. Elektresch Energie gëtt op zwou Elektroden applizéiert.
Elektrode Katalysatoren kënne benotzt ginn fir d'Reaktiounsgeschwindegkeet ze beschleunegen. Zum Beispill, Pt Elektroden si favorabel well d'Reaktioun méi einfach geschitt.
Wëssenschaftlech Fuerschungsartikele mellen 10% -25% Energie spueren mat der ultrasonesch gefërderter Elektrolyse vu Waasser.

Ultraschall Elektrolyséierer fir Waasserstoffproduktioun op Pilot an Industrie Skala

Hielscher Ultrasonics’ industriell Ultraschallveraarbechter gi fir d'24/7/365 Operatioun ënner voller Belaaschtung a bei schwéiere Prozesser gebaut.
Duerch Versuergung vu robuste Ultraschallsystemer, speziell entwéckelt Sonotroden (Sonden), déi als Elektrode an Ultraschallwelle Sender zur selwechter Zäit funktionnéieren, an Elektrolysreaktoren, Hielscher Ultrasonics erfëllt déi spezifesch Ufuerderunge fir elektrolytesch Waasserstoffproduktioun. All digital industriell Ultraschaller vun der UIP Serie (UIP500hdT (500 Watt), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW), an UIP4000hdT (4kW)) sinn performant Ultraschall-Eenheete fir Elektrolyse-Uwendungen.
D'Tabellner ënnert Iech en Indikatioun vun der ongeféieren Veraarbechtkapazitéit vun eisem Ultraschall: