Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency
The high pressure of the gases being generated (hydrogen and oxygen) makes it possible to increase the efficiency of the electrochemical generator. Energy components of the process of liquid electrolyte decomposition under pressure are described. Dependencies of reducing energy costs per cell during...
Збережено в:
| Дата: | 2019 |
|---|---|
| Автори: | , , , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | English Russian |
| Опубліковано: |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України
2019
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://journals.uran.ua/jme/article/view/188848 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Energy Technologies & Resource Saving |
Репозитарії
Energy Technologies & Resource Saving| id |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-188848 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Energy Technologies & Resource Saving |
| collection |
OJS |
| language |
English Russian |
| topic |
electrolyzer hydrogen oxygen high pressure UDC 544.6.018.42 електролізер водень кисень високий тиск УДК 544.6.018.42 электролизер водород кислород высокое давление УДК 544.6.018.42 |
| spellingShingle |
electrolyzer hydrogen oxygen high pressure UDC 544.6.018.42 електролізер водень кисень високий тиск УДК 544.6.018.42 электролизер водород кислород высокое давление УДК 544.6.018.42 Shevchenko, Andrii A. Zipunnikov, Mykola M. Kotenko, Аnatolii L. Vorobiova, Iryna O. Semykin, Vitalii M. Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| topic_facet |
electrolyzer hydrogen oxygen high pressure UDC 544.6.018.42 електролізер водень кисень високий тиск УДК 544.6.018.42 электролизер водород кислород высокое давление УДК 544.6.018.42 |
| format |
Article |
| author |
Shevchenko, Andrii A. Zipunnikov, Mykola M. Kotenko, Аnatolii L. Vorobiova, Iryna O. Semykin, Vitalii M. |
| author_facet |
Shevchenko, Andrii A. Zipunnikov, Mykola M. Kotenko, Аnatolii L. Vorobiova, Iryna O. Semykin, Vitalii M. |
| author_sort |
Shevchenko, Andrii A. |
| title |
Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| title_short |
Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| title_full |
Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| title_fullStr |
Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| title_full_unstemmed |
Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency |
| title_sort |
study of the influence of operating conditions on high pressure electrolyzer efficiency |
| title_alt |
Исследование влияния режимных параметров на эффективность работы электролизера высокого давления Дослідження впливу режимних параметрів на ефективність роботи електролізера високого тиску |
| description |
The high pressure of the gases being generated (hydrogen and oxygen) makes it possible to increase the efficiency of the electrochemical generator. Energy components of the process of liquid electrolyte decomposition under pressure are described. Dependencies of reducing energy costs per cell during the electrolysis of water under pressure at different temperatures are presented. It has been established that with increasing pressure, the processes of electrode depolarization by dissolved gases increase, however, their quantitative value and influence on the current efficiency depend on the design of electrolyzers, adopted electrolyte circulation scheme, and conditions for the penetration of the dissolved hydrogen into the anode space and of oxygen into the cathode. The pressure increase of the electrochemical process of producing hydrogen and oxygen is accompanied by an increase in their solubility in the electrolyte, which may be accompanied by the anode and cathode depolarization by dissolved gases. The transition of the electrolysis equipment to the operation from atmospheric pressure to the operation from pressures of the order of 0.1−4.0 MPa is most effective. The decrease in the voltage of electrochemical reactions is due to the processes of electrode depolarization, dissolved gases, as well as a decrease in gas filling due to a decrease in the size of gas bubbles. With increasing pressure, the value of the electrode potential increases, which should lead to an increase in the cell voltage, but the opposite is observed. This can be explained by a decrease in voltage loss during electrolysis. We conducted a comparative analysis of the existing technologies for the electrolysis of hydrogen and oxygen. To correctly compare the energy efficiency of a membrane-free technology for producing high-pressure hydrogen and oxygen as well as existing industrial electrolyic technologies, the energy costs for electrolytic hydrogen production by an industrial method and its subsequent compression should be summarized. |
| publisher |
Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України |
| publishDate |
2019 |
| url |
https://journals.uran.ua/jme/article/view/188848 |
| work_keys_str_mv |
AT shevchenkoandriia studyoftheinfluenceofoperatingconditionsonhighpressureelectrolyzerefficiency AT zipunnikovmykolam studyoftheinfluenceofoperatingconditionsonhighpressureelectrolyzerefficiency AT kotenkoanatoliil studyoftheinfluenceofoperatingconditionsonhighpressureelectrolyzerefficiency AT vorobiovairynao studyoftheinfluenceofoperatingconditionsonhighpressureelectrolyzerefficiency AT semykinvitaliim studyoftheinfluenceofoperatingconditionsonhighpressureelectrolyzerefficiency AT shevchenkoandriia issledovanievliâniârežimnyhparametrovnaéffektivnostʹrabotyélektrolizeravysokogodavleniâ AT zipunnikovmykolam issledovanievliâniârežimnyhparametrovnaéffektivnostʹrabotyélektrolizeravysokogodavleniâ AT kotenkoanatoliil issledovanievliâniârežimnyhparametrovnaéffektivnostʹrabotyélektrolizeravysokogodavleniâ AT vorobiovairynao issledovanievliâniârežimnyhparametrovnaéffektivnostʹrabotyélektrolizeravysokogodavleniâ AT semykinvitaliim issledovanievliâniârežimnyhparametrovnaéffektivnostʹrabotyélektrolizeravysokogodavleniâ AT shevchenkoandriia doslídžennâvplivurežimnihparametrívnaefektivnístʹrobotielektrolízeravisokogotisku AT zipunnikovmykolam doslídžennâvplivurežimnihparametrívnaefektivnístʹrobotielektrolízeravisokogotisku AT kotenkoanatoliil doslídžennâvplivurežimnihparametrívnaefektivnístʹrobotielektrolízeravisokogotisku AT vorobiovairynao doslídžennâvplivurežimnihparametrívnaefektivnístʹrobotielektrolízeravisokogotisku AT semykinvitaliim doslídžennâvplivurežimnihparametrívnaefektivnístʹrobotielektrolízeravisokogotisku |
| first_indexed |
2024-09-01T17:37:25Z |
| last_indexed |
2024-09-01T17:37:25Z |
| _version_ |
1809016155871903744 |
| spelling |
oai:ojs.journals.uran.ua:article-1888482019-12-31T15:44:13Z Study of the Influence of Operating Conditions on High Pressure Electrolyzer Efficiency Исследование влияния режимных параметров на эффективность работы электролизера высокого давления Дослідження впливу режимних параметрів на ефективність роботи електролізера високого тиску Shevchenko, Andrii A. Zipunnikov, Mykola M. Kotenko, Аnatolii L. Vorobiova, Iryna O. Semykin, Vitalii M. electrolyzer hydrogen oxygen high pressure UDC 544.6.018.42 електролізер водень кисень високий тиск УДК 544.6.018.42 электролизер водород кислород высокое давление УДК 544.6.018.42 The high pressure of the gases being generated (hydrogen and oxygen) makes it possible to increase the efficiency of the electrochemical generator. Energy components of the process of liquid electrolyte decomposition under pressure are described. Dependencies of reducing energy costs per cell during the electrolysis of water under pressure at different temperatures are presented. It has been established that with increasing pressure, the processes of electrode depolarization by dissolved gases increase, however, their quantitative value and influence on the current efficiency depend on the design of electrolyzers, adopted electrolyte circulation scheme, and conditions for the penetration of the dissolved hydrogen into the anode space and of oxygen into the cathode. The pressure increase of the electrochemical process of producing hydrogen and oxygen is accompanied by an increase in their solubility in the electrolyte, which may be accompanied by the anode and cathode depolarization by dissolved gases. The transition of the electrolysis equipment to the operation from atmospheric pressure to the operation from pressures of the order of 0.1−4.0 MPa is most effective. The decrease in the voltage of electrochemical reactions is due to the processes of electrode depolarization, dissolved gases, as well as a decrease in gas filling due to a decrease in the size of gas bubbles. With increasing pressure, the value of the electrode potential increases, which should lead to an increase in the cell voltage, but the opposite is observed. This can be explained by a decrease in voltage loss during electrolysis. We conducted a comparative analysis of the existing technologies for the electrolysis of hydrogen and oxygen. To correctly compare the energy efficiency of a membrane-free technology for producing high-pressure hydrogen and oxygen as well as existing industrial electrolyic technologies, the energy costs for electrolytic hydrogen production by an industrial method and its subsequent compression should be summarized. Высокое давление генерируемых газов (водорода и кислорода) дает возможность повысить эффективность работы электрохимического генератора. Описаны энергетические составляющие процесса разложения жидкого электролита под давлением. Представлены зависимости снижения затрат энергии на ячейке при электролизе воды под давлением при разных температурах. Установлено, что с повышением давления усиливаются процессы деполяризации электродов растворенными газами, однако их количественное значение и влияние на выход по току зависит от конструкции электролизеров, принятой схемы циркуляции электролита и условий проникания растворенного водорода в анодное пространство и кислорода – в катодное. Рост давления электрохимического процесса получения водорода и кислорода сопровождается увеличением их растворимости в электролите, что может сопровождаться процессами деполяризации анода и катода растворенными газами. Переход работы электролизного оборудования от атмосферного давления к давлениям порядка 0,1 – 4,0 МПа наиболее эффективен. Снижение напряжения протекания электрохимических реакций обусловлено процессами деполяризации электродов, растворенными газами, а также снижением газонаполнения вследствие уменьшения размера газовых пузырьков. С ростом давления увеличивается значение электродного потенциала, что должно привести к увеличению напряжения на ячейке, но наблюдается обратное. Это можно объяснить снижением напряжения потерь в процессе электролиза. Проведен сравнительный анализ существующих технологий электролизного получения водорода и кислорода. Для корректного сравнения энергоэффективности безмембранной технологии получения водорода и кислорода высокого давления и существующих промышленных электролизных технологий следует суммировать энергозатраты на электролизное производство водорода промышленным способом и последующее его компримированние. Високий тиск газів, що генеруються (водню і кисню), дає можливість підвищити ефективність роботи електрохімічного генератора. Описано енергетичні складові процесу розкладання рідкого електроліту під тиском. Наведені залежності зниження витрат енергії на комірці під час електролізу води під тиском за різних температур. Встановлено, що з підвищенням тиску посилюються процеси деполяризації електродів розчиненими газами, проте їх кількісне значення і вплив на вихід за струмом залежить від конструкції електролізерів, прийнятої схеми циркуляції електроліту та умов проникнення розчиненого водню в анодний простір і кисню – в катодний. Зростання тиску електрохімічного процесу отримання водню і кисню супроводжується збільшенням їх розчинності в електроліті, що може супроводжуватися процесами деполяризації анода і катода розчиненими газами. Перехід роботи електролізного обладнання від атмосферного тиску до тисків близько 0,1–4,0 МПа найбільш ефективний. Зниження напруги протікання електрохімічних реакцій обумовлено процесами деполяризації електродів, розчиненими газами, а також зниженням газонаповнения внаслідок зменшення розміру газових бульбашок. З ростом тиску збільшується значення електродного потенціалу, що має призвести до збільшення напруги на комірці, але спостерігається протилежне. Це можна пояснити зниженням напруги втрат в процесі електролізу. Проведено порівняльний аналіз існуючих технологій електролізного одержання водню та кисню. Для коректного порівняння енергоефективності безмембранної технології отримання водню та кисню високого тиску та існуючих промислових електролізних технологій слід підсумувати енерговитрати на електролізне виробництво водню промисловим способом і наступне його компримування. Інститут енергетичних машин і систем ім. А. М. Підгорного Національної академії наук України 2019-12-25 Article Article application/pdf application/pdf https://journals.uran.ua/jme/article/view/188848 Journal of Mechanical Engineering; Vol. 22 No. 4 (2019); 53-60 Проблемы машиностроения; Том 22 № 4 (2019); 53-60 Проблеми машинобудування; Том 22 № 4 (2019); 53-60 2709-2992 2709-2984 en ru https://journals.uran.ua/jme/article/view/188848/189061 https://journals.uran.ua/jme/article/view/188848/189062 Copyright (c) 2019 Andrii A. Shevchenko, Mykola M. Zipunnikov, Аnatolii L. Kotenko, Iryna O. Vorobiova, Vitalii M. Semykin https://creativecommons.org/licenses/by-nd/4.0 |