In the case of driving water electrolysis by receiving surplus electricity from solar and wind power generation, operation and stopping must be repeated according to weather fluctuations. When the PEMWE(Polymer Electrolyte Membrane Water Electrolysis) is driven and stopped, the PEM fuel cell is in the same state as the PEM fuel cell due to the residual hydrogen and oxygen, and the high potential of the water electrolysis formed during operation is highly likely to cause degradation of the electrode and membrane even during stopping. In this study, in order to check how much degradation of the electrode and membrane progresses during the repeated driving/shutdown process of PEM water electrolysis, the performance decrease was measured by changing the number of driving/shutdown for 144 hours. Changes in electrode catalyst active area, hydrogen permeability and fluorine emision rate of membranes were analyzed to measure changes in the properties of electrodes and polymer membranes. Overall, the PEMWE performance decreased as the number of stops increased. When stopped 5 times in 144 hours, the IrOx catalyst activity decreased by more than 30%, and the hydrogen permeability increased by 80%, confirming that both the electrode and the membrane were deteriorated.
To reduce the problem of ecocide, the plating equipment, water treatment system, electrolysis facility in ship need high current high power rectifier. This paper shows entire constitution of the proposed high-current rectifier for electrolysis of seawater, describes a way to design controller and analyzes output characteristic of the rectifier.
The impact of temperature on electrode reactions in 100 cm2 molten carbonate cells operating as Fuel Cells (FC) and Electrolysis Cells (EC) was examined using the Reactant Gas Addition (RA) method across a temperature range of 823 to 973 K. The RA findings revealed that introduction of H2 and CO2, reduced the overpotential at Hydrogen Electrode (HE) in both the modes. However, no explicit temperature dependencies were observed. Conversely, adding O2 and CO2 to the Oxygen Electrode (OE) displayed considerable temperature dependencies in FC mode which can be attributed to increased gas solubility due to the electrolyte melting at higher temperatures. In EC mode, there was no observed temperature dependence for overpotential. Furthermore, the addition of O2 led to a decrease in overpotential, while CO2 addition resulted in an increased overpotential, primarily due to changes in the concentration of O2 species.
This paper investigates a high performance converter topology for hydrogen gas generation electrolysis system. The proposed converter topology consists of full-bridge inverter, medium frequency transformer, and diode rectifier. Hydrogen gas generation electrolysis process considered in the paper is analyzed and characterized by its equivalent circuit. The electrolysis cell is modeled as effective resistance, capacitance, inductance, and internal emf voltage source. The proposed converter topology provides enhanced efficiency of hydrogen gas generation process under the operating condition of dc output voltage with high frequency ripple on it. The high performance operation of proposed converter is confirmed through the simulation with the electrolysis cell considered in the equivalent circuit model.
Insoluble catalytic electrodes were fabricated by RF magnetron sputtering of Pt on Ti substrates and the performance of seawater electrolysis was compared in these electrodes to that is DSA electrodes. The Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes were nearly 150 nm-thick with a roughness of $0.18{\mu}m$, which is 1/660 and 1/12 of these values for the DSA (dimensionally stable anodes) electrodes. The seawater electrolysis performance levels were determined through measurements of the NaOCl concentration, which was the main reaction product after electrolysis using artificial seawater. The NaOCl concentration after 2 h of electrolysis with artificial seawater, which has 3.5% NaCl normally, at current densities of 50, 80 and 140 mA/$cm^2$ were 0.76%, 1.06%, and 2.03%, respectively. A higher current density applied through the electrodes led to higher electrolysis efficiency. The efficiency reached nearly 58% in the Pt-sputtered samples after 2 h of electrolysis. The reaction efficiency of DSA showed higher values than that of the Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes. One plausible reason for this is the higher specific surface area of the DSA electrodes; the surface cracks of the DSAs resulted in a higher specific surface area and higher reaction sites. Upon the electrolysis process, some Mg- and Ca-hydroxides, which were minor components in the artificial seawater, were deposited onto the surface of the electrodes, resulting in an increase in the electrical resistances of the electrodes. However, the extent of the increase ranged from 4% to 7% within an electrolysis time of 720 h.
Dye wastewater was treated by using an electrochemical oxidation process. Various combinations of electrodes such as carbon, Al and Fe were investigated. In this study, electrode material, electrolyte concentration, electrode distance, current density, and pH value were found to have significant effect on both pollutant removal efficiency and current efficiency in electrochemical oxidation process. After electrolysis for 40min with carbon/Al, it was observed that COD, $T-N, NH_{4}^{+}-N$ and color of treated wastwater were reduced from 580mg/$\ell$ to 145mg/$\ell$, 67.2mg/$\ell$ to 26.8mg/$\ell$, 46.8mg/$\ell$ to 1.4mg/$\ell$, and 4200 Pt-Co units to 336 Pt-Co units, respectively. The optimal conditions of the electrooxidation process to treat the wastewater for this study were found to be such : current density ; 16.67mA/$cm^2$, electrode distance ; 2.5cm, pH value ; 5.0 and carbon/Al electrode.
Journal of the Korean institute of surface engineering
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v.29
no.6
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pp.728-734
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1996
To obtain the relation in the electrochemical reduction of $CO_2$ in aqueous $KHCO_3$ colution between an activity for the product and the nature of Cu electrode, the electrode surface was characterized by using two methods: X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and photoelectron emission (PE) measurement. Electrolyses were performed with Cu electrodes pretreated in several ways. The distribution of the products changed drastically with electrolysis time and the pretreatment method. The features in XPS spectra were closely connected with the product distribution. The oxide film at the electrode surface was gradually reduced to bare Cu metal with electrolysis time, resulting in a variation of the product distribution. PE was measured by verying the wavelength of incident light at several temperatures. The dependence of PE on the measurement temperature changed greatly before and after electrolysis.
Park, Yu-Se;Choe, Seung-Mok;Lee, Gyu-Hwan;Kim, Yang-Do
Proceedings of the Korean Institute of Surface Engineering Conference
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2017.05a
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pp.168.1-168.1
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2017
화석연료를 대체하기 위한 에너지원으로서 수소에너지에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 수전해는 무한 청정한 물을 전기분해하여 수소를 생산하는 기술로써 대표적으로 알칼리 수전해(alkaline water electrolysis, AWE)와 고분자 전해질막 수전해(polymer electrolyte membrane water electrolysis, PEMWE)가 있다. 그 중, AWE는 알칼리 분위기에서 물분해 반응이 진행되어 촉매의 부식 위험성이 비교적 낮기 때문에 상대적으로 저렴한 비귀금속 산화물 촉매를 사용할 수 있다는 장점이 있다. 본 연구에서는 비귀금속인 Cu, Co를 이용하여 $CuCoO_4$를 합성한 후 산소 발생 촉매 물질로 활용하여 산소 발생 반응(Oxygen Evolution Reaction, OER)특성을 고찰하였다.
Lee, Ji Hyun;Lee, Dong Woog;Kwak, No-Sang;Lee, Jung Hyun;Shim, Jae-Goo
KEPCO Journal on Electric Power and Energy
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v.2
no.1
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pp.109-113
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2016
Techno-economic evaluation of Non-Capture $CO_2$ Utilization (NCCU) technology for the production of high-value-added products using greenhouse gas ($CO_2$) was performed. The general scheme of NCCU process is composed of $CO_2$ carbonation and brine electrolysis process. Through a carbonation reaction with sodium hydroxide that is generated from brine electrolysis and $CO_2$ of the flue gas, it is possible to get high-value-added products such as sodium bicarbonate, sodium hydroxide, hydrogen & chloride and also to reduce the $CO_2$ emission simultaneously. For the techno-economic study on NCCU technology, continuous operation of bench-scale facility which could treat $2kgCO_2/day$ was performed. and based on the key performance data evaluated, the economic evaluation analysis targeted on the commercial chemical plant, which could treat 6 tons $CO_2$ per day, was performed using the net present value (NPV) metrics. The results showed that the net profit obtained during the whole plant operation was about 7,890 mKRW (million Korean Won) on NPV metrics and annual $CO_2$ reduction was estimated as about $2,000tCO_2$. Also it was found that the energy consumption of brine electrolysis is one of the key factors which affect the plant operation cost (ex. electricity consumption) and the net profit of the plant. Based on these results, it could be deduced that NCCU technology of this study could be one of the cost-effective $CO_2$ utilization technology options.
Transactions of the Korean hydrogen and new energy society
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v.23
no.5
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pp.538-544
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2012
The bubbles made of hydrogen and oxygen gases producted by electrolysis disturb the electrolysis, but the behavior of these bubbles in the electrolysis stack isn't clearly defined. In order to study on the behavior of bubbles in the flow pattern of the meshes type separator, the flow visualization experiment was performed by using of a visible alkaline electrolysis stack and a stereoscopic microscope. As the results, a fine size bubbles adhered to the separator's surface in the electrolyte solution have grown large sized bubbles until each bubble's buoyance is lager than the sum of surface adhesion force and weight. And then the large bubbles flow into the upper area of the separator. Also, as wide area of the separator have been occupied by various sized bubbles, the electrolysis efficiency is declined.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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