In order to improve current efficiency and decrease energy consumption in the electrosynthesis of ammonium persulfate, electrolytic properties of four cation exchange membranes, namely, the $JCM-II^{(R)}$ membrane, $Nafion^{(R)}$ 324 membrane CMI-$7000^{(R)}$ membrane and a self-made perfluorosulfonic ion exchange membrane (PGN membrane) were investigated using a sintered platinized titanium anode and a Pb-Sb-Sn alloy cathode in a self-made electrolytic cell. The effect of cell voltage and electrolyte flow rate on the current efficiency and the energy consumption were investigated. The results indicated that the PGN membrane could improve current efficiency to 94.85% and decrease energy consumption to $1119kWh\;t^{-1}$ (energy consumption per ton of the ammonium persulfate generated) under the optimal operating conditions and the highest current efficiency of the $JCM-II^{(R)}$ membrane, $Nafion^{(R)}$ 324 membrane and CMI-$7000^{(R)}$ membrane were 80.73%, 77.76% and 73.22% with their lowest energy consumption of $1323kWh\;t^{-1}$, $1539kWh\;t^{-1}$ and $2256kWh\;t^{-1}$, respectively. The PGN membrane has the advantages of high current efficiency and energy power consumption and has sufficient mechanical strength with the reinforced mesh. Therefore the PGN membrane will has good value in popularization in the industrial electrosynthesis of ammonium persulfate in the future.
This review focused carbon-free hydrogen productions from ammonia decomposition including inorganic membranes, catalysts and the presently studied reactor configurations. It also contains general information about hydrogen productions from hydrocarbons as hydrogen carriers. A Pd-based membrane (e.g. a porous ceramic or porous metallic support with a thin selective layer of Pd alloy) shows its efficiency to produce the high purity hydrogen. Ru-based catalysts consisted of Ru, support, and promoter are the efficient catalysts for ammonia decomposition. Packed bed membrane reactor (PBMR), Fluidized bed membrane reactor (FBMR), and membrane micro-reactor have been studied mainly for the optimization and the improvement of mass transfer limitation. Various types of reactors, which contain various combinations of hydrogen-selective membranes (i.e. Pd-based membranes) and catalysts (i.e. Ru-based catalysts) including catalytic membrane reactor, have been studied for carbon-free hydrogen production to achieve high ammonia conversion and high hydrogen flux and purity.
Kim, Nak-Cheon;Kim, Se-Hong;Lee, Jin-Beum;Kim, Hyun-Hee;Yang, Ji-Hye;Kim, Dong-Won
Journal of Surface Science and Engineering
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v.49
no.3
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pp.286-300
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2016
Pd-Ag alloy membranes have attracted a great deal of attention for their use in hydrogen purification and separation due to their high theoretical permeability, infinite selectivity and chemical compatibility with hydro-carbon containing gas streams. For commercial application, Pd-based membranes for hydrogen purification and separation need not only a high perm-selectivity but also a stable long-term durability. However, it has been difficult to fabricate thin, dense Pd-Ag alloy membranes on a porous stainless steel metal support with surface pores free and a stable diffusion barrier for preventing metallic diffusion from the porous stainless steel support. In this study, thin Pd-Ag alloy membranes were prepared by advanced Pd/Ag/Pd/Ag/Pd multi-layer sputter deposition on the modified porous stainless steel support using rough polishing/$ZrO_2$ powder filling and micro-polishing surface treatment, and following Ag up-filling heat treatment. Because the modified Pd-Ag alloy membranes using rough polishing/$ZrO_2$ powder filling method demonstrate high hydrogen permeability as well as diffusion barrier efficiency, it leads to the performance improvement in hydrogen perm-selectivity. Our membranes, therefore, are expected to be applicable to industrial fields for hydrogen purification and separation owing to enhanced functionality, durability and metal support/Pd alloy film integration.
We have studied on the preparation of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00) system alloy, the characteristics of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00) system alloy by X-ray diffractometer (XRD), pressure composition temperature (PCT) curve, scanning electron microscopy (SEM) and the $H_2-N_2$ gas mixture separation of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00)- stainless steel (SS) composite membranes. The formation of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00) system alloys with cubic crystal same as TiCo was confirmed by X-ray diffractometer. $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00) system alloys showed the hysteresis at $120^{\circ}C$. As the Fe content of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00) system alloys increased, the hysteresis was increased both range x=0.90~1.00 and x=0.55~0.60, and the range x=0.55~0.90 gave decreased hysteresis. $TiCo_{0.55}Fe_{0.45}$ alloy was the one showed the lowest hysteresis among them. The lowest value of hydrogen permeation pressure of $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00)-SS composite membrane was $TiCo_{0.55}Fe_{0.45}$-SS composite membrane with the value of 2.5 atm at $120^{\circ}C$; otherwise, $TiCo_{0.90}Fe_{0.10}$-SS composite had the highest pressure value among the membranes with the value of 10 atm. $TiCo_{0.55}Fe_{0.45}$-SS composite membrane was the best to separate the $H_2-N_2$ gas mixture excellently among the $TiCo_xFe_{1-x}$(x=0.50~1.00)-SS composite membranes since $TiCo_{0.55}Fe_{0.45}$ had the least hysteresis, and hydrogen permeation pressure was the lowest with value of 2.5 atm.
The planar anisotripic FEM analysis for predicting earing profiles and draw-in amounts in the deep-drawing process is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation with a rigid-viscoplastic constitutive equation is employed. Contact and friction are considered through the mesh-based unit vector and normal contact pressure. The consistent full set of governing relations, which is comprising euilbrium and geometric constraint equations, is appropriately linearized. Barlat's strain-rate potential is employed, whose in-plane anisotropic properties are taken into account with anisotropic coefficients and potential parameters. The linear triangular membrane elements are used for depicting the formed sheet. In the numerical simulations of deep drawing processes of a flat-top cylindrical cup for 2090-T3 aluminum alloy sheet show good agreement with experiments, although some discrepancies were observed in the directional trend of cup height and thickness strains.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1994.03a
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pp.118-128
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1994
The planar anisotropic FEM analysis for predicting the earing profiles and draw-in amounts in the deep-drawing processes is introduced. An implicit, incremental, updated Lagrangian formulation with a rigid-viscoplastic constitutive equation is employed. Contact and friction are considered through the mesh-based unit vectors and the normal contact pressure. the consistent full set of governing relations, comprising equilibrium and geometric constraint equations, is appropriately linearized. Barlat's strain-rate potential is employed, whose in-plane anisotropic properties are taken into account with anisotropic coefficients and potential parameter. The linear triangular membrane elements are used for depicting the formed sheet. with the numerical simulations of deep drawing processes of flat-top cylindrical cup for the 2090-T3 aluminum effects on the earing behavior are examined. Earing predictions made for the 2090-T3 aluminum alloy sheet show good agreement with experiments, although some discrepancies were observed in the directional trend of cup height and thickness strains.
Metal matrix composite (MMC) materials having low electrical contact resistance based on 316L stainless steel (STS) matrix alloy with $ZrB_2$ particles were fabricated for PEMFC (Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell) separator by powder metallurgy (PM). The effects of the boride particle addition into the matrix alloy on microstructure, surface morphology, and interfacial contact resistance (ICR) between the samples and gas diffusion layer (GDL) were investigated. Both conventional and PM 316L STS samples showed high ICR due to the existence of non-conductive passive film on the alloy surface. The addition of the boride particles, however, remarkably reduced ICR of the samples. SEM observation revealed that the boride particles were protruded out of the matrix surface and particle density existing on the surface increased with increasing the boride content, causing increase of the total contact area between the conductive particles and GDL. ICR of the samples also decreased with increasing the boride content resulted from the increased contact area.
Currently, the demand for eco-friendly energy sources is high, which has prompted research on polymer electrolyte membrane fuel cells. Both aluminum alloys and nickel alloys, which are commonly considered as materials of bipolar plates in fuel cells, oxide layers formed on the metal surface have excellent corrosion resistance. In this research, the electrochemical characteristics of 6061-T6 aluminum alloy and Inconel 600 were investigated with chloride concentrations in an acid environment that simulated the cathode condition of the PEMFC. After potentiodynamic polarization experiments, Tafel analysis and surface analysis were performed. Inconel 600 presented remarkably good corrosion resistance under all test conditions. The corrosion current density of 6061-T6 aluminum alloy was significantly higher than that of Inconel 600 under all test conditions. Also, 6061-T6 aluminum alloy and Inconel 600 presented uniform corrosion and intergranular corrosion, respectively. The Ni, Cr, and Fe, which are the main chemical compositions of Inconel 600, are higher than Al in the electromotive force series. And a double oxide film of NiO-Cr2O3, which is more stable than Al2O3, is formed. Thus, the corrosion resistance of Inconel 600 is better.
Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) provide zero emission power sources for electric vehicles and portable electronic devices. Although significant progresses for the widespread application of electrochemical energy technology have been achieved, some drawbacks such as catalytic activity, durability, and high cost of catalysts still remain. Pt-based catalysts are regarded as the most efficient catalysts for sluggish kinetics of oxygen reduction reaction (ORR). However, their prohibitive cost limits the commercialization of PEMFCs. Therefore, we proposed a NiCo@Au core shell structure as Pt-free ORR electrocatalyst in PEMFCs. NiCo alloy was synthesized as core to introduce ionization tendency and autoxidation reaction. Au as a shell was synthesized to prevent oxidation of core NiCo and increase catalytic activity for ORR. Herein, we report the synthesis, characterization, electrochemical properties, and PEMFCs performance of the novel NiCo@Au core-shell as a catalyst for ORR in PEMFCs application. Based on results of this study, possible mechanism for catalytic of autoxidation core@anti-oxidation shell in PEMFCs is suggested.
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