افزایش فشار بر 'برگ مصنوعی' تولید هیدروژن سبز را ۱۰٪ افزایش می‌دهد
دانشمندان می‌توانند هیدروژن را از طریق آب‌شکنی الکترولیتی با استفاده از فتو الکترودهایی که نور خورشید را به ولتاژ برای الکترولیز تبدیل می‌کنند، تولید کنند.
اکنون، یک تیم تحقیقاتی موفق به افزایش بهره‌وری سلول‌های PEC تحت فشار شده است.
این مطالعه توسط یک تیم تحقیقاتی در HZB به بررسی تأثیرات استفاده از فشار بالا در آب‌شکنی PEC پرداخته است.
«ما با توسعه یک مدل چندفیزیکی که داده‌های تجربی و مشاهدات مستقیم را در بر می‌گیرد، فواید و معایب استفاده از فشار بالا را ارزیابی می‌کنیم»، محققان گفتند.
«تحلیل ما نشان می‌دهد که فشار عملیاتی بر ویژگی‌های حباب، انتقال گاز محصول، تلفات نوری ناشی از حباب و پتانسیل تمرکز تأثیر دارد که برای عملکرد کلی دستگاه حیاتی هستند.»
دستیابی به آب‌شکنی PEC کارآمد
تیم تحقیقاتی در HZB محدوده فشاری بهینه ۶-۸ بار را برای کاهش تلفات و دستیابی به آب‌شکنی PEC کارآمد شناسایی کردند.
این یافته‌ها که در
Nature Communications
منتشر شده است، بینش‌های ارزشمندی برای طراحی و پیاده‌سازی عملی دستگاه‌های آب‌شکنی PEC (که به عنوان برگ مصنوعی نیز شناخته می‌شود) ارائه می‌دهد و این رویکرد می‌تواند به دیگر سیستم‌های گاز-تولیدی فتو الکتروشیمیایی تعمیم یابد.
«به طور کلی، مطالعه ما اهمیت فشار بالا در آب‌شکنی PEC را نشان می‌دهد که بهره‌وری و قابلیت اعمال تولید هیدروژن سبز را افزایش می‌دهد»، محققان گفتند.
تیم تحقیقاتی از گاز برای فشار دادن سلول‌های جریان PEC استفاده کرد
تیم از مؤسسه سوخت‌های خورشیدی در HZB از گاز برای فشار دادن سلول‌های جریان PEC به فشاری بین ۱ تا ۱۰ بار استفاده کردند و تعداد زیادی پارامتر مختلف را در طول الکترولیز ثبت کردند. آنها همچنین یک مدل چندفیزیکی از فرآیند PEC توسعه دادند و آن را با داده‌های تجربی در فشار عادی و بالا مقایسه کردند.
این مدل اکنون اجازه می‌دهد با پارامترها بازی کرده و کلید هایی را شناسایی کنیم.
«برای مثال، ما بررسی کردیم که چگونه فشار عملیاتی بر اندازه حباب‌های گاز و رفتار آنها در الکترودها تأثیر می‌گذارد»، دکتر فنگ لیانگ، نویسنده اول مقاله‌ای که اکنون در
Nature Communications
منتشر شده است، گفت.
افزایش فشار عملیاتی به ۸ بار تلفات انرژی کلی را نصف می‌کند
تحلیل نشان می‌دهد که افزایش فشار عملیاتی به ۸ بار تلفات انرژی کلی را نصف می‌کند که می‌تواند به افزایش نسبی ۵-۱۰ درصدی در بهره‌وری کلی منجر شود.
«تلفات پراکندگی نوری تقریباً به طور کامل در این فشار اجتناب‌پذیر است»، لیانگ گفت. «ما همچنین کاهش قابل توجهی در انتقال محصول، به ویژه انتقال اکسیژن به الکترود معکوس مشاهده کردیم.»
بر اساس این مطالعه، در فشارهای بالاتر، مزیتی وجود ندارد، بنابراین تیم ۶-۸ بار را به عنوان محدوده فشار عملیاتی بهینه برای الکترولیزهای PEC پیشنهاد می‌کند.
«این یافته‌ها و به ویژه مدل چندفیزیکی می‌تواند به دیگر سیستم‌ها تعمیم یابد و به ما در افزایش بهره‌وری دستگاه‌های الکتروشیمیایی و فتوکاتالیک کمک کند»، پروفسور دکتر رول وان د کرول، که ریاست مؤسسه سوخت‌های خورشیدی در HZB را بر عهده دارد، گفت.
