This paper deals with an economic evaluation of domestic low-temperature water electrolysis hydrogen production. We evaluate the economic feasibility of on-site hydrogen fueling stations with the hydrogen production capacity of 30 $Nm^3/hr$ by the alkaline and the polymer electrolyte membrane water electrolysis. The hydrogen production prices of the alkaline water electrolysis, the polymer electrolyte membrane water electrolysis, and the steam methane reforming hydrogen fueling stations with the hydrogen production capacity of 30 $Nm^3/hr$ were estimated as 18,403 $won/kgH_2$, 22,945 $won/kgH_2$, 21,412 $won/kgH_2$, respectively. Domestic alkaline water electrolysis hydrogen production is evaluated as economical for small on-site hydrogen fueling stations, and we need to further study the economic evaluation of low-temperature water electrolysis hydrogen production for medium and large scale on-site hydrogen fueling stations.
High temperature electrolysis (HTE) can become a key target technology for fulfilling the hydrogen requirement for the future hydrogen economy. This technology is based upon the partial replacement of electricity with heat energy for the electrolysis. Although the current research status of high temperature electrolysis in many countries remains at the small laboratory scale, the technology has great potential for producing hydrogen at a higher efficiency than low-temperature electrolysis (LTE). The efficiency of LTE is not expected to rise above 40%, whereas the efficiency of HTE has been reported to be above 50%. The higher efficiency of HTE would reduce costs by more than 30% compared to LTE. In this study, the technical data regarding the HTE of water and the resulting hydrogen production are reviewed, with an emphasis on the application of high temperature solid electrolyte and oxide electrodes for the HTE process.
Water electrolysis technology, which generates hydrogen using renewable energy resources, has recently attracted great attention. Especially, the polymer electrolyte membrane water electrolysis system has several advantages over other water electrolysis technologies, such as high efficiency, low operating temperature, and optimal operating point. Since research that analyzes performance characteristics using test bench have high cost and long test time, however, model based approach is very important. Therefore, in this study, a system model for water electrolysis dynamics of a polymer electrolyte membrane was developed based on MATLAB/Simulink®. The water electrolysis system developed in this study can take into account the heat and mass transfer characteristics in the cell with the load variation. In particular, the performance of the system according to the stack temperature control can be analyzed and evaluated. As a result, the developed water electrolysis system can analyze water pump dynamics and hydrogen generation according to temperature dynamics by reflecting the dynamics of temperature.
KEPRI (KEPCO Research Institute) designed and operated the lab-scale high temperature electrolysis (HTE) system for hydrogen production with $10{\times}10cm^2$ 5-cell stack at $750^{\circ}C$. The electrolysis cell consists of Ni-YSZ steam/hydrogen electrode, YSZ electrolyte and LSCF based perovskite as air side electrode. The active area of one cell is 92.16 $cm^2$. The hydrogen production system was operated for 2664 hours and the performance of electrolysis stack was measured by means of current variation with from 6 A to 28 A. The maximum hydrogen production rate and current efficiency was 47.33 NL/hr and 80.90% at 28 A, respectively. As the applied current increased, hydrogen production rate, current efficiency and the degradation rate of stack were increased respectively. From the result of stack performance, optimum operation current of this system was 24 A, considering current efficiencies and cell degradations.
According to the rapid depletion of the fossil fuels, the electricity and hydrogen will gradually take charge of the future energy supply. Especially, in order to control the supply and demand of electricity, energy storage medium is necessary and this could be solved by the combination of water electrolysis and fuel cell. Although electricity can be generated from such alternative energies as hydropower, nuclear, solar, and wind-power resources, alternative energy storage medium is also required since regenerative energies, solar and wind-powers, are intermittent energy resources. In this regard, hydrogen production from water electrolysis was recognized as a superb method for electricity storage. In this work, the current development and economic status of alkaline, solid polymer, and high temperature electrolysis were reviewed, and then the practical use of water electrolysis technology were discussed.
Added ratio of 8YSZ powder and organic compounds (solvent, plasticizer, dispersant, binder) properly. It manufactured electrolysis membrane by wet process that make slurry and dry process that do not use organic compounds. In the case of wet process, harmony combination and method of organic compound are an importance element in slurry manufacture. This slurry did calcine at temperature of 140$^{\circ}C$ in Furnace and manufactured electrolyte disk by Dry pressing method. Like this, manufacturing disk sintered at temperature of $1300^{\circ}C,\;1400^{\circ},\;1500^{\circ}C$ in Furnace and completed electrolysis membrane. Confirmed change of crystal structure and decision form through analysis of density, SEM, XRD according to change of sintering temperature, and considered relation with ion conductivity.
Kim, Jong-Min;Shin, Seock-Jae;Woo, Sang-Kook;Kang, Kae-Myung;Hong, Hyun-Seon
Korean Journal of Materials Research
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v.18
no.7
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pp.384-388
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2008
Hydrogen production via high high-temperature steam electrolysis consumes less electrical energy than compared to conventional low low-temperature water electrolysis, mainly due to the improved thermodynamics and kinetics at elevated temperaturetemperatures. The elementalElemental powders of Cu, Ni, and YSZ are were used to synthesize high high-temperature electrolysis cathodecathodes, of Ni/YSZ and Cu/YSZ composites, by mechanical alloying. The metallic particles of the composites were uniformly covered with finer YSZ particles. Sub-micron sized pores are were homogeneously dispersed in the Ni/YSZ and Cu/YSZ composites. In this study, The cathode materials were synthesized and their Characterizations properties were evaluated in this study: It was found that the better electric conductivity of the Cu/YSZ composite was measured improved compared tothan that of the Ni/YSZ composite. Slight A slight increase in the resistance can be produced for in a Cu/YSZ cathode by oxidation, but it this is compensated offset for by a favorable thermal expansion coefficient. Therefore, Cu/YSZ cermet can be adequately used as a suitable cathode material of in high high-temperature electrolysis.
Donggeun Yoo;Seongmin Kim;Byungchan Hwang;Sohyeong Oh;Kwonpil Park
Korean Chemical Engineering Research
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v.61
no.1
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pp.19-25
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2023
Although a lot of research and development has been conducted on the performance improvement of PEM (Proton Exchange Membrane) water electrolysis, the research on durability is still in early stage. This study investigated effect of temperature on the water electrolysis durability when driving temperature of the PEM water electrolysis was increased to improve performance. Voltage change, I-V, CV (Cyclic Voltammetry), LSV (Linear Sweep Voltammetry), Impedance, and FER (Fluoride Emission Rate) were measured while driving under a constant current condition in a temperature range of 50~80 ℃. As the operating temperature increased, the degradation rate increased. At 50~65 ℃, the degradation of the IrO2 electrocatalyst mainly affected the durability of the PEM water electrolysis cell. At 80 ℃, the polymer membrane and electrode degradation proceeded similarly, and the short resistance decreased to 1.0 kΩ·cm2 or less, and the performance decreased to about 1/3 of the initial stage after 144 hours of operation due to the shorting phenomenon.
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.
Hydrogen energy id the 2nd clean energy able to be produced from the abundant resources, and the products of combustion or reaction do not spread an environmental pollution. Also, the hydrogen is the chemical media easily to transport and storage as energy source. The hydrogen production technology using by water splitting through electrolysis could be usable as a permanent renewable energy system without the environmental impact. The key technology of high temperature steam electrolysis is the development of an electrolyte rapidly to conduct an oxygen or proton ion decomposed from water. Subsequently, the important technology is to keep the joining technology of an electrolyte membrane and electrode materials to affect into the current efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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