科学家们讨论性能的二氧化碳在工业电解槽细胞

在《华尔街日报》最近发表的一篇文章ACS能源字母,研究人员讨论了有限公司₂电解槽间歇运行在工业相关的电流密度。

研究:间歇运行的公司₂电解槽在工业相关的电流密度。图片来源:塔莎向量/ Shutterstock.com

背景

因为增加的比例混合的间歇性可再生能源电力,电力负荷波动的增加预计在未来的电力能源系统。除了这个原因电气系统问题,这也会导致巨大的价格波动。电化学power-to-liquid和power-to-gas技术潜在的化学能量转换系统,可用于结合的间歇性可再生能源电网的平衡,同时利用经济过剩的能量在高峰时期。

电化学方法、能够像质子交换膜(PEM)的水电解槽广为人知的动态反应外部电力负载,因此可以直接连接到可再生能源,比如太阳能光伏(PV)发电厂或风车。

直接有限公司₂在工业电解槽运行相关的电流密度理论上可以提供类似的好处,虽然没有实验证据尚未提供。鉴于水电解槽之间的显著差异,这样的验证将是至关重要的。当地的波动压力的快速增加/减少反应速率可能产生洪水阴极气体扩散电极(GDE),可以妥协电解槽细胞的稳定。

一些研究工作集中在动态操作,但是他们局限于开关切换周期短暂的测量和基本变化现有/潜在再生铜催化剂和/或减少电解槽的降水发展细胞。低温有限公司₂电解槽为动态操作特别具有吸引力,但高温系统热管理挑战。

关于这项研究

在这项研究中,作者使用了一个电源输入,模拟太阳能光伏电站的输出展示的动态操作有限公司₂电解槽的细胞。的动态操作两个低温有限公司₂电解槽细胞,零距离单元,membrane-less微流控,比较提供电解槽的演示实验细胞吸收了电力负荷模拟光伏电站和生成有限公司一个星期。

研究人员创建了一个环境来测试有限公司₂电解槽细胞转换过程的有限公司₂在他们自己的公司。评估的反应零距离电解槽细胞的H₂/ CO局部电流密度(j_H2和j_有限公司)和电池电压,动态电流控制程序设计。恒流的方法由八小时时间操作和8小时的当前操作时间的动态变化。

小组使用一种协议来模拟太阳能光伏电站的输出功率在德国,一分钟解决数据是可用的。电解槽运行了一个星期来测试这些条件下细胞的长期稳定。

观察

零距离架构允许高效的间歇运行一周不牺牲性能。恒流操作相比,动态地改变电流模式对稳定性没有影响。的某些有利影响电流波动可以考虑,如解放被关押的气泡。

马最高为437.5厘米²被发现,总电流密度与光伏输出功率线性扩展。由于脉动电压,电池电力负荷概要文件从光伏输出功率有所不同,和提出的电流控制方法强调变化的力量。总电流曲线之后,j_{有限公司,}和菲_H2仍然低于15%。尽管公司的起始电压₂电解在准备细胞约2.15 V,电池电压曲线模拟的输入功率。电解槽的性能明显动态电力需求没有明显的延迟,总铁的92.5%。

公司局部电流密度密切与输入功率模式,这表明没有重大恶化。当地的快速波动压力是由于气体的快速变化(有限公司O₂,和H₂)进化率。GDE淹没,因为气体/解决方案可以穿透复写纸即使在适度的压力差。

结论

总之,本研究表明,调查零距离细胞可以在间歇操作设置下工作得很好,而其微流体等效遭受快速洪水。

作者提到工作正在做更多的工作去理解动态功率负载的影响多单元的堆栈,堆栈系统以及失败机制,因为这些细节是关键在设计能量转换系统和电化电池配置扩大这个有前途的技术。

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源

Samu, A。,Kormanyos, A., Kescenovity, E., et al. Intermittent Operation of CO₂电解槽在工业相关的电流密度。ACS能源信7 1859 - 1861 (2022)。https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c00923

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