Effektiv vätgasproduktion med Ultrasonics

Effektiv vätegenerering med ultraljudsbehandling

Elektrolys av vatten och vattenlösningar för syftet med vätgasgenerering är en lovande process för produktion av ren energi. Elektrolysen av vatten är en elektrokemisk process där elektricitet appliceras för att dela upp vatten i två gaser, nämligen väte (H₂) och syre (O₂). För att klyva H- – den – H-bindningar genom elektrolys, en elektrisk ström körs genom vattnet.
För den elektrolytiska reaktionen appliceras en direkt elektrisk valuta (DC) för att initiera en annan-vis icke-spontan reaktion. Elektrolys kan generera väte av hög renhet i en enkel, miljövänlig, grön process med en noll CO₂ utsläpp som O₂ är den enda av produkten.

2x ultraljud processorer UIP2000hdT med sonder, som fungerar som elektroder, dvs katod och anod. Ultraljudsfältet intensifierar den elektrolytiska syntesen av väte från vatten eller vattenlösningar.

Angående vattnets elektrolys åstadkoms klyvningen av vatten till syre och väte genom att en elektrisk ström passeras genom vattnet.
I rent vatten vid den negativt laddade katoden sker en reduktionsreaktion där elektroner (e−) från katoden doneras till vätekatjoner så att vätgas bildas. Vid den positivt laddade anoden sker en oxidationsreaktion, som genererar syregas samtidigt som elektroner ger upphov till anoden. Detta innebär, vatten reagerar vid anoden för att bilda syre och positivt laddade vätejoner (protoner). Därmed efter balanserar likställanden av energi avslutas:

2H⁺ (aq) + 2e^– → H₂ g) (reduktion vid katoden)
2H₂O (l) → O2 (g) + 4H⁺ (aq) + 4e^– (oxidation vid anoden)
Totalreaktion: 2H₂O (l) → 2H₂ g) + O₂ (g)

Ofta används alkaliskt vatten för elektrolysen för att producera väte. Alkalisalter är lösliga hydroxider av alkalimetaller och alkaliska jordartsmetaller, varav vanliga exempel är: Natriumhydroxid (NaOH, även känd som “kaustiksoda") och kaliumhydroxid (KOH, även kallat “kaustiken potash"). För eletcrolys används främst koncentrationer på 20% till 40% kaustisk lösning.

Ultraljud Syntes av väte

När vätgas produceras i en elektrolytisk reaktion syntetiseras vätet precis vid sönderdelningspotentialen. Ytan på elektroder är det område, där vätebildning sker på molekylärt stadium under den elektrokemiska reaktionen. Vätemolekylerna kärnar ur på elektroden ytbehandlar, så att väten gasar därpå bubblar är närvarande runt om katoden. Använda ultraljud elektroder förbättrar aktiviteten impedanser och koncentration impedans och påskyndar resning av vätebubblor under vatten elektrolys. Flera studier visade att ultraljud väteproduktion ökar vätgas avkastning effektivt.

Ultraljudseffekter på elektrolys

Ultraljud upphetsad elektrolys är också känd som sono-elektrolys. Olika ultraljud faktorer av sonomekaniska och sonochemical natur inflytande och främja elektrokemiska reaktioner. Dessa elektrolys-påverkande faktorer är resultat av ultraljud-inducerad kavitation och vibrationer och inkluderar akustisk streaming, mikro-turbulenser, microjets, chockvågor samt sonochemical effekter. Ultraljud / akustisk kavitation sker, när högintensiva ultraljud vågor kopplas till vätska. Fenomenet kavitation kännetecknas av tillväxten och kollapsen av så kallade kavitationsbubblor. Bubblan implosionen är märkt av super-intensiva, lokalt förekommer krafter. Dessa krafter inkluderar intensiv lokal uppvärmning på upp till 5000K, höga tryck på upp till 1000 atm, och enorma värme-och kylhastigheter (>100k/sek) och de framkallar en unik interaktion mellan materia och energi. Till exempel, dessa cavitational krafter eimpact väte bindningar i vatten och underlätta uppdelning av vatten kluster som därefter resulterar i en minskad energiförbrukning för elektrolys.

Ultraljud Inverkan på elektroderna

• Ta bort avlagringar från elektrodytan
• Aktivering av elektrodytan
• Transport av elektrolyter mot och bort från elektroder

Rengöring och aktivering av ytor

Massöverföring är en av de avgörande faktorer som påverkar reaktionshastighet, hastighet och avkastning. Under elektrolytiska reaktioner ackumuleras reaktionsprodukten, t ex fällningar, runt såväl som direkt på elektrodytorna och bromsa den elektrolytiska omvandlingen av färsk lösning till elektroden. Ultraljud främjas elektrolytiska processer visar en ökad massa överföring i bulklösningen och nära ytorna. Ultraljudsvibrationer och kavitation tar bort passiveringsskikt från elektrodytorna och håller dem därigenom permanent fullt effektiva. Vidare, sonification är känt för att förbättra reaktionsvägar av sonochemical effekter.

Lägre Ohmic spänningsfall, reaktion Overpotential, och nedbrytningspotential

Den spänning som krävs för att elektrolys ska uppstå kallas för sönderdelningspotential. Ultraljud kan sänka den nödvändiga sönderdelningspotentialen i elektrolysprocesser.

Ultraljud Elektrolys Cell

För vattenelektrolys, ultraljud energi ingång, elektrod gap, och elektrolyt koncentration är viktiga faktorer som påverkar vatten elektrolys och dess effektivitet.
För en alkalisk elektrolys används en elektrolyscell med en vattenhaltig kaustisk lösning på vanligtvis 20%–40% KOH eller NaOH. Elektrisk energi appliceras på två elektroder.
Elektrodkatalysatorerna kan användas för att påskynda reaktionshastigheten. Till exempel, Pt elektroder är gynnsamma som reaktion sker lättare.
Vetenskapliga forskningsartiklar rapporterar 10%-25% energibesparing med hjälp av ultraljud-främjas elektrolys av vatten.

Ultraljudselektrolyzers för vätgasproduktion vid pilot- och industriskala

Hielscher Ultrasonics’ industriella ultraljud processorer är byggda för 24/7/365 drift under full belastning och i tunga processer.
Genom att leverera robusta ultraljudssystem, specialdesignade sonotroder (sonder), som fungerar som elektrod och ultraljud våg sändare samtidigt, och elektrolys reaktorer, Hielscher Ultrasonics tillgodoser de särskilda kraven för elektrolytisk väteproduktion. Alla digitala industriella ultrasonicators av UIP-serien (UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1kW), UIP1500hdT (1,5 kW), UIP2000hdT (2kW), och UIP4000hdT (4kW)) är högpresterande ultraljudsenheter för elektrolysapplikationer.
Nedanstående tabell ger dig en indikation på hur mycket våra ultraljudsapparater kan hantera: