Ученые ТПУ разрабатывают электролизер для водородной энергетики

ТОМСК, 10 дек – РИА Томск. Исследователи лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают промышленную установку (электролизер) для получения водорода на АЭС; запуск ее в серийное производство позволит вывести экологически чистую водородную энергетику на новый уровень. Подробности – в материале РИА Томск.

Ранее сообщалось, что водородная энергетика – одно из ведущих направлений по разработке экологически чистых способов получения энергии. Рамочная конвенция ООН, подписанная Россией в 2015 году, предполагает кратное сокращение выбросов углерода при производстве электроэнергии в ближайшее десятилетие. Основными «поставщиками» углекислоты в атмосферу являются объекты традиционной энергетики (ГРЭС и ТЭЦ).

По данным открытых источников, будучи самым распространенным элементом на Земле и в космосе, водород, тем не менее, остается почти невостребованным.

Если в 2018 году в мире было добыто 4,4 миллиарда тонн нефти и 3,86 триллиона кубометров природного газа (метана), то объем производства водорода не превышает 70 миллионов тонн, то есть объем его выработки в 6285 раз меньше, чем нефти, и в 5514 раз меньше, чем газа.

© пресс-служба Томского политехнического университета Водород, который сегодня используется в экономике, принято разделять на «серый» –  из угля, нефти и газа, «голубой» – на теплоэлектростанциях или АЭС с технологией CCS – и «зеленый» – выделенный из воды (ВИЭ). Согласно недавним исследованиям Wood Mackenzie, сегодня 99% водорода являются «серым» и «голубым», его выработка создает огромный углеродный след, сопоставимый с половиной суммарных выбросов CO2 всей экономикой России, и только 1% водорода считается экологичным «зеленым».

Для масштабного перехода к получению энергии от сжигания водорода необходимо разработать технологии его производства, сопоставимые по объемам выпуска с традиционными источниками углеводородов. Однако самый дешевый способ его производства – паровой риформинг (каталитическая конверсия углеводородов – метана, пропан-бутана, бензина, керосина, дизтоплива, угля – в присутствии водяного пара) в ходе реакции создает огромные объемы СО2.

Альтернатива пиролизу

Альтернативным методом получения водорода в промышленных масштабах (а именно такие нужны для запуска водородных электростанций) является электролиз.

Электролиз – это процесс разложения воды под действием постоянного электрического тока на кислород и водород. Химическая реакция идет по схеме: 2Н2O + энергия —> 2h3+O2. Его преимущества: доступное сырье – деминерализованная вода и электроэнергия; отсутствие загрязняющих выбросов; процесс автоматизирован; на выходе получается достаточно чистый (99,99%) продукт. Главный недостаток – получение водорода дороже, чем при риформинге, в 1,5–3 раза.

В такой системе координат в выигрыше оказываются производители электроэнергии высокой мощности, которые могут «вложить» ее в производство высоколиквидного «зеленого» топлива. В России это главным образом атомщики, рассказал РИА Томск главный специалист лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ Виктор Дмитриенко.

© пресс-служба Томского политехнического университета «На атомных станциях себестоимость электроэнергии очень низкая. И мощности, как правило, избыточные. Потому мы сейчас предполагаем, что сможем заключить контракт с Росатомом, который хочет использовать свою дешевую электроэнергию для производства водорода. Это позволит корпорации стать крупнейшим производителем этого экологичного топлива в России», – сказал Дмитриенко.

Промышленные установки для получения водорода методом электролиза известны более 60 лет, поясняет ученый. В основном это электролизеры фильтр-прессного типа, которые на выходе позволяют получать водород и кислород.

Широкое распространение они получили в традиционной углеводородной энергетике – их устанавливают на ГРЭС и ТЭЦ, где водород используют для охлаждения турбинных подшипников, неизбежно раскаляющихся от трения.

Еще один способ их использования – электролиз цветных металлов из измельченной руды. К примеру, золота. Но для выработки водорода как товарного продукта они не подходят.

«Наша цель – разработать электролизер, который бы обладал улучшенными характеристиками по сравнению с существующими. Соответственно, электролизер фильтр-прессного типа нам не подходит. Мы взяли за основу конструкцию мембранного типа, в которой катодное и анодное пространство разделены ионообменной мембраной», – рассказывает Дмитриенко.

Мембрана особого назначения

Казалось бы, электролиз – доступный и давно известный способ получения водорода из воды. Однако, если применять «школьную» конструкцию электролизера, вместо СО2 неизбежно будет вырабатываться не менее опасный побочный продукт – хлор (CI2), который появляется на аноде.

© предоставлено пресс-службой ТПУ «Представьте, в Красноярске завод «Красцветмет» находится в городской черте. Если применять там электролиз для осаждения цветмета из руды без применения мембраны, будут вырабатываться огромные объемы хлора. Это значит, нужно строить дорогую систему очистки, утилизации, вентиляции. И все равно в жилых районах это будет бомба замедленного действия. Лучше вовсе избежать появления опасных соединений», – утверждает ученый.

Большинство имеющихся на рынке мембранных электролизеров разделяют катодную и анодную камеры, в которых происходит электролитическая диссоциация (химическая реакция, вызванная электрическим напряжением в жидком растворе), прокладкой из асбеста. Мембрана, которую используют томские политехники, сложнее.

«На нашей установке, в ходе электролиза, мы будем получать три продукта – водород, чистый медицинский кислород и 40%-ный раствор щелочи (КОН  или NaОH). Все три составляющих – это товарные продукты. Но главная наша задача – разработать экономически выгодный электролизер для производства водорода в промышленных масштабах», – подчеркивает Дмитриенко.

От бумаги до железа

В настоящий момент исследователи ведут переговоры с Росатомом для включения своих исследований в программу водородной энергетики, запущенную в госкорпорации.

«У нас есть опыт работы с мембранными электролизерами. Мы уже выполняли работы по заказу «Трансгаза», там наш мембранный электролизер работал над изменением рН-среды. Есть опыт разработки и изготовления различных электролизеров с катионо- и анионообменными мембранами для осаждения золота из продуктивных растворов», – рассказывает Дмитриенко.

© предоставлено лабораторией импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ

Промышленный мембранный электролизер для осаждения золота. Разработка ТПУ

За свою историю сотрудники лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ изготовили порядка 20 установок для электролиза. Для нужд «Алданзолото ГРК» политехники изготовили электролизер с анионообменными мембранами, для Дальневосточного федерального университета – опытно-промышленную установку осаждения металлов с катионо- и анионообменными мембранами, а для ООО «Гелиос» – pH-корректор с биполярными мембранами.

Опытной установки для производства водорода, «заточенной» под потребности Росатома, «в железе» пока нет, признает Дмитриенко.

© с сайта ТПУ «Предварительная конструкция у нас уже проработана. Все необходимые чертежи подготовлены. При наличии финансирования собрать опытную установку мы сможем быстро. Финансирование мы планируем получить от Росатома, если попадем в их водородную программу», – отмечает ученый.

Не в одиночку

Ранее также сообщалось, что в ноябре 2020 года ТПУ вошел в состав консорциума по развитию водородных технологий, который получил название «Технологическая водородная долина». Помимо ТПУ в консорциум вошли Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет.

Участники консорциума будут вести совместные разработки технологий по всей «водородной цепочке»: от получения до использования водорода. Консорциум планирует тесное сотрудничество с крупнейшими компаниями РФ, заинтересованными в развитии водородной энергетики.

Проблема зеленого водорода, о которой никто не говорит

Гигаватт за гигаваттом зеленой водородной мощности планируется построить в Европе, Азии и Австралии. По мнению сторонников этой технологии, зеленый водород — тот, который вырабатывается электролизом на солнечных батареях, ветре и других возобновляемых источниках энергии, — является лучшим способом обезуглероживания тяжелых загрязнителей окружающей среды. Сейчас много говорят о снижении стоимости солнечной и ветровой энергии и о том, как они очень скоро сделают зеленый водород жизнеспособным. Кажется, никто не хочет говорить о воде. Электролиз — это процесс расщепления воды на составляющие элементы — водород и кислород — с помощью электрического тока. Этот процесс осуществляется в установке, называемой электролизером. Когда сторонники водорода говорят о блестящем будущем технологии, они сосредотачиваются на затратах, связанных с электричеством, необходимым для электролиза.  Но для электролиза, кроме электричества, нужна вода.

Тонны воды — буквально.

Для производства одной тонны водорода путем электролиза требуется в среднем девять тонн воды. Но чтобы получить эти девять тонн воды, недостаточно просто перенаправить течение ближайшей реки. Вода, которую электролизер расщепляет на составные элементы, требует очистки.

В свою очередь, процесс очистки воды довольно расточителен. Системам очистки воды обычно требуется около двух тонн загрязненной воды для производства одной тонны очищенной воды. Другими словами, на одну тонну водорода на самом деле нужно не девять, а 18 тонн воды. С учетом потерь соотношение приближается к 20 тоннам воды на 1 тонну водорода.

Говоря об очистке воды, химики-органики объясняют, что самый простой способ сделать это — дистиллировать. Этот метод дешев, потому что для него требуется только электричество, но он не быстрый. Что касается стоимости электроэнергии, то для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВтч.

На первый взгляд это не так уж и много, но давайте посмотрим, как все выглядит в большем масштабе. Германия — страна с самыми амбициозными планами в отношении зеленого водорода. Стоимость электроэнергии для небытовых потребителей в Германии в прошлом году составляла в среднем 0,19 доллара (0,16 евро) за кВтч. Таким образом, при уровне потребления энергии 0,717 кВтч перегонка литра воды будет стоить 0,14 доллара (0,1147 евро). За тонну воды это будет 135,14 доллара (114,72 евро).

Однако для производства одной тонны водорода для электролиза требуется 18 тонн воды, не считая потерь во время процесса. Это означает, что стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 2432 доллара (2065 евро). Это основано на предположении, что вода будет очищаться самым дешевым из доступных методов. Существуют и другие, гораздо более быстрые, но более дорогие методы с использованием ионообменных смол или молекулярного сита. Другие альтернативы дистилляции, по мнению химиков, на данном этапе ненадежны.

Таким образом, обеспечение правильного типа воды для гидролиза стоит денег, и хотя 2400 долларов за тонну водорода могут показаться не такими уж большими, стоимость очистки воды — не единственные связанные с водой расходы в технологии, которая направлена ​​на получение водорода из возобновляемых источников. Вода, подаваемая в электролизер, не только чистая, но и транспортируется к нему.

Транспортировка тонны за тонной воды к месту установки электролизера означает большие затраты на логистику. Чтобы их сократить, имеет смысл выбрать место, где много воды, например, у реки или моря, или, в качестве альтернативы, рядом с водоочистными сооружениями. Это ограничивает выбор мест, подходящих для крупных электролизеров. Но поскольку электролизер, чтобы быть экологически чистым, должен получать энергию от возобновляемых источников энергии, он также должен располагаться поблизости от солнечной или ветряной электростанции. Их, как мы знаем, невозможно построить где-либо; солнечные фермы наиболее рентабельны в местах с большим количеством солнечного света, а ветряные электростанции лучше всего работают в местах с сильным ветром.

Излишне говорить, что эти места, как правило, не расположены близко к водным путям, за исключением морского ветра, который кажется идеальным для производства зеленого водорода. К сожалению, морской ветер также является наиболее затратной формой из трех возобновляемых источников — солнечной энергии, берегового ветра и морского ветра — обычно упоминаемых в контексте производства зеленого водорода. По данным Rystad Energy, капитальные затраты на оффшорную ферму в два раза выше, чем у ее наземного аналога, и в четыре раза выше, чем затраты на сопоставимую солнечную установку.

Не все затраты, связанные с производством водорода из возобновляемых источников энергии, являются затратами на эти возобновляемые источники энергии. Вода — это товар, в котором нуждается этот процесс, и немного странно, что никто, кажется, не хочет обсуждать стоимость воды.

Возможно, стоимость водоснабжения, хранения и очистки незначительна по сравнению с другими затратами, которые необходимо решить в первую очередь.  Тем не менее, это фактические затраты, которые следует добавить к общей сумме при оценке того, насколько далеко продвинулась технология производства водорода из возобновляемой электроэнергии и насколько она стала жизнеспособной.

На данный момент эксперты, похоже, единодушны в том, что это нежизнеспособно — не без значительной государственной поддержки.

Эксперименты с питьевой водой и электролизером

28.07.2017

Эксперименты с питьевой водой и электролизером

В последнее время мы получили несколько обращений граждан с вопросом о качестве воды после проведения опытов с электролизом воды в компании с известным «именем». Компания продает весьма дорогие фильтры для воды для домашнего использования.

Не верьте этим «фокусникам», которые дистиллированную воду пытаются преподнести как высококачественный продукт. Они используют эффект гидролиза на рынке для продвижения деминерализированной воды, непригодной для постоянного потребления.

Подробная информация о схеме работы продавцов фильтров есть на сайте союза производителе бутилированных вод Российской Федерации (члена Европейской и Международной ассоциации производителей бутилированных вод) и в других источниках в сети интернет.

Мы также еще раз публикуем статью описывающую махинации с ТДС-метром и электролизером.

Они могут представиться сотрудниками ЖЭКа, Роспотребнадзора, просто сотрудником фирмы с известным «именем». Их цель убедить вас с овершить баснословно дорогую и бесполезную покупку.


Схема, по которой работают мошенники.

Жертвой обмана может стать любой, но чаше всего попадаются в ловушку семьи с детьми. Суммируя показания потерпевших, мы составили схему, по которой действуют мошенники.

Вам звонят на домашний или мобильный телефон (как ваш номер оказывается им известен, это отдельная тема для разговора), или в домофон, или уже прямо в дверь. Доброжелательный (чаще женский) голос предлагает совершенно бесплатно, в рамках городской (областной, всероссийской) акции, провести у вас дома анализ воды из-под крана на предмет содержания в ней вредных примесей. Если вы соглашаетесь впускаете их к себе домой, то далее вас ожидает целый спектакль с лекцией о воде как таковой и её влиянии на организм человека. Более того – вам продемонстрируют фотографии старых водопроводных труб в разрезе и будут сетовать на ужасное экологическое положение вашего края, области, района. Если вы говорите им в ответ, что употребляете бутилированную воду, то вам тут же раскрывается «ужасная» правда о производителях такой воды и о том, как они вам, простакам, продают воду, разлитую из-под крана. После чего «эколог» начинает показывать фокусы.

Чтоб окончательно убедить жертву в необходимости совершить покупку, мошенники идут на демонстрацию уровня загрязнённости воды в вашем водопроводе. Для начала вам предлагают провести анализ воды на наличие различных вредных примесей. Используется для этих целей какой-нибудь хитрый прибор, например, TDS-метр, внешне напоминающий термометр. Действие прибора основано на электропроводности растворов, измеряется им концентрация растворенных солей в миллиграммах на литр (минерализация).

Для тестов мошенник использует воду из вашего водопровода, колодца, другого источника, или очищенную воду, принесённую с собой. Результатом опыта становятся показания прибора: для водопроводной воды в районе 400 мг, для бутилированной несколько менее — 400 мг, а для очищенной – менее 50 мг. Как только цифры озвучены и уведены вами, преступник начинает утверждать, что вода, которую вы пьете, содержит множество вредных примесей. Он станет ссылаться на принесенную таблицу — якобы европейские нормы (лист бумаги, напечатанный на принтере), согласно которым 200 мг – это почти смертельная доза. Знайте, это ложь!

Во-первых, в ЕС норм по минерализации питьевой воды нет, а во-вторых, Всемирная организация здравоохранения в своих рекомендациях советует употреблять воду с содержанием минералов в пределах 200-1000 мг на литр. Хорошая питьевая вода содержит примерно 550 мг минералов на литр – сомнений в ее полезности ни у кого нет. А вот 50 мг – это «мёртвая» вода, она не содержит необходимых человеку минералов. Это примерно то же самое, что очищать пищу от витаминов, прежде чем её съесть. Более того, регулярное использование «дистиллированной» воды приводит к вымыванию из организма необходимых ему элементов (кальция, магния, калия и т. п.) и, как следствие, к ухудшению здоровья.

Следующим пунктом программы становится фокус с почернением воды, взятой из вашего водопровода. Для этого «специалист» использует электрический прибор – электролизёр, с действием которого знакомы далеко не все. Происходит это следующим образом: мошенник берет два сосуда. Один из них он наполняет водой из вашего крана, во второй льёт воду, принесённую с собой «очищенную фильтром», и погружает в оба сосуда контактные поверхности электролизёра. Спустя некоторое время ваша вода темнеет до густо-коричневого цвета, в то время как «очищенная» практически не меняет цвет.


«Вот какую гадость вы пьёте, и ещё хотите быть здоровыми!» — сокрушённо качает головой мошенник. По его утверждениям выпадение осадка и изменение цвета воды обусловлено веществами, содержащимися в воде, то есть они просто стали зримы. Это снова ложь! На самом деле под воздействием электрического тока от электродов отделяются ионы. Они соединяются с солями, содержащимися в водопроводной воде, и образуют новые вещества, которые выпадают в виде осадка, хлопьев, взвеси. Здесь и происходит окрашивание воды в различные цвета. В образце же мошенника ничего не происходит, либо эффект минимален, из-за отсутствия солей, которые и являются проводником электричества. То есть реакции быть не может, так как не идет электролиз.

В 2014 году обманщики случайно провели анализ воды у одного журналиста. Он невозмутимо дождался окончания спектакля и, выпроводив мошенников за дверь, отдал образцы воды в лабораторию для исследования. Вот что показали лабораторные тесты:





Обратите внимание на появившиеся в воде после электролиза вещества, которых ранее в ней не было (железо), и на то, каким чудесным образом концентрация хлоридов увеличилась в пять раз.В сущности, мошенники показывают вам обычный школьный опыт – электролиз воды. Водопроводная вода была совершенно нормальной, а появившийся в ней бурый осадок – это обычное железо, которое проявляется на контактах прибора при электролизе. Чистая вода из личной бутылки мошенника не дала такого осадка, поскольку она была дистиллированной – в ней реакции окисления железа на электродах не происходит.

И вот, наконец, напугав вас кошмаром из курса физики за шестой класс, мошенник подходит к самому главному — вашим деньгам. Пока вы и члены вашей семьи расстроены увиденным, вам предлагают купить фильтр по чрезвычайно «низкой цене». Потому что именно сейчас у компании акция, и у вас есть эксклюзивная возможность купить фильтр с бесплатной установкой. Если же вы говорите, что такой большой суммы у вас нет, то добрый продавец готов предоставить вам рассрочку или позвонить начальнику и попросить о персональной скидке. При этом он проявляет готовность снизить цену в несколько раз. И в такой его уступчивости нет ничего удивительного, ведь на рынке аналогичные системы стоят в среднем в пять-десять раз дешевле, чем продает этот человек. Вдумайтесь, в пять-десять раз!

В рамках этой статьи мы хотим призвать вас обратить внимание на то, какую воду вы используете для питья. Помните — нет ничего лучше настоящей природной воды, добытой из артезианского источника и разлитой в бутылки. Именно такая вода содержит в своем составе необходимые нашему организму полезные вещества и микроэлементы. Воду, пропущенную через фильтр, лучше всего использовать в бытовых целях. Она не содержит ничего полезного, ведь мы все удаляем из нее в процессе «очищения».

Будьте внимательны и берегите свое здоровье и кошелек!

Источник: http://www.water-for-life.ru/publications/publications_122.html

Принцип работы и преимущества генератора водорода: функциональные особенности

По ряду объективных причин водород практически не встречается на Земле в свободном виде. При этом водород необходим для решения множества производственных задач, он используется в лабораторных исследованиях, пищевой и химической промышленности. Чтобы получить чистый газ приходится работать с соединениями, в которых присутствуют молекулы водорода, задействовав соответствующую химическую реакцию. Наиболее распространенные методики выделения водоворота в промышленности:

• высокотемпературная обработка метана;
• реакция разложения сероводорода;
• взаимодействие концентрированных кислот и металлов;
• реакция разложения гидрида натрия;
• электролитическое разложение воды.

Выбор способа выработки водорода обусловлен техническими условиями производства. При этом наиболее универсальным методом считается электролиз дистиллированной воды.

Далее будет описана схема, как работает генератор водорода и какие преимуществами он обладает.

Функциональные особенности электролитических генераторов

Сырьем для продуцирования водорода выступает дистиллят глубокой очистки. Поскольку даже небольшое количество примесей, растворенных в воде, влияют на качество и чистоту готового продукта, на предварительном этапе вода пропускается через деионизационный фильтр. Дальнейшая последовательность выделения водорода состоит из следующих этапов:

• Дистиллят поступает в электролизер — устройство, в котором совершается расщепления молекул воды под воздействием электрического тока. Так как дистиллированная вода, лишенная солей, не является токопроводящей средой, задачу электролита выполнят ионообменная мембрана.
• Образовавшийся кислород выводится из системы и может быть использован в работе при решении других производственных задач;
• Водород осушается от влаги и проходит через дополнительную очистку от остаточного молекулярного кислорода.

Набор и производительность оборудования, входящего в состав генерирующего комплекса, подбирается индивидуально, в зависимости от технологических требований производства. Опционально установка может комплектоваться системой охлаждения, агрегатом для предварительной подготовки воды и другими модулями.

Наша продукция

Смотреть каталог

Какими преимуществами обладают генераторы водорода

Если сравнивать с традиционным способом подачи водорода посредством сменных баллонов, применение генераторных установок обладает рядом существенных преимуществ. Прежде всего речь идет о снижении затрат на доставку и хранение запасов водорода. Также следует упомянуть о таких особенностях:

• Полученный электролизом водород после просушивания и фильтрации обладает степенью очистки в пределах 99,9998%, позволяющей использовать газ для любых производственных и научных задач.
• Процесс выработки газа автоматизирован. Рабочие режимы системы поддаются тонкой настройке, а качество полученного водорода постоянно контролируется оператором.
• Водород производится в требуемых объемах, отсутствует необходимость в хранении излишков.
• Риск создания пожароопасной ситуации сведен к минимуму.

Производительность генератора, в зависимости от модели электролизера, может варьироваться в пределах 2,8–3500 Нм3/час, а исходящее давление готового водорода: 6–10 БАР. Данные параметры соответствуют требованиям большинства технологических процессов, а значит в при внедрении генератора в производственную линию предварительная адаптация и перенастройка оборудования не потребуются.

Читайте также

Электролиз воды: живая и мертвая вода

 

Очень много легенд и слухов ходит о волшебной животворящей воде. И это не сказка. Есть такой процесс электролиз воды, который и дал жизнь двум понятиям вода обогащенная или живая, и вода мертвая. Что дает такая «одухотворенная» вода и что из нее следует устранить для этого, будет описано ниже. Здоровье любого жителя Земли не оценить деньгами, так не лучше ли позаботиться о нем заранее?

 

Страхи и реалии – вред примесей

 

О том медицина начала говорить не так давно. Раньше люди пользовались жесткой водой и как то не замечали особых перипетий в худшую сторону в организме. Беда ее в том, что действует она незаметно и копиться вред от нее годами. Люди даже сегодня совсем не помнят, какова на вкус родниковая вода, зато отлично знают, как выглядит и какова на вкус хлорка.

Если говорить о вероятности болезни, то та же вода, в которой много хлора (а это почти 100% любой воды в российских городах) приводит к вероятности образования раковой опухоли на 90 процентов выше, чем при использовании мягкой воды. Проблема воды, богатой хлоркой заключается в тригалометанах. Эти вещества – результат плотного взаимодействия хлорки и органики. Кстати, хлороформ, тоже тригалометан. Вещество, которое является не столько снотворным. Но еще и отличным ядом. Электролиз воды помогает разделить воду на полный дистиллят и воду с кучей примесей, практически мертвую.

В таблице сведены все вредные примеси в воде. И расписаны болезни, которые они вызывают.

Примесь	Поражение, каких органов вызывает
Никель	Дерматологические проблемы
Цинк	Моче-половая система, почки
Медь	Слизистая оболочка печени и почек
Марганец	Нервы (вплоть до анемии)
Свинцовые включения	Торможение умственного развития
Кадмий	Рак, мертворождаемость
Нитраты	Особо опасны для младенцев (могут вызвать синдром синюшного младенца)
Хлор	Болезни сердца, рак, аутизм
Железо	Дерматология

Чтобы решить все проблемы, связанные с некачественной водой придется установить электромагнитные приборы для умягчения воды. Первое, что нужно будет сделать – провести анализ состава воды, после этого составляется система подготовки воды. В нее могут входить самые разные этапы, но как минимум требуются очистители для  питьевой и технической воды. Если есть проблемы с нарастанием ила в бытовых приборах или с запахом железа в воде, то придется озаботиться обезжелезивателем и дезинфектором. Лучше всего брать безреагентные приборы. Они безопасны в экологическим смысле.

 

Электролиз и «убийство» воды

 

Всякого рода примеси дают воде вкус и запах. Растворенный кислород и органические примеси, соли жесткости – все это делает воду некачественной. Если воду на электроризовать, то минералы и органика выпадут в осадок. Вкус воды при этом меняется и меняется значительно.

То есть в процессе электролиза образуется два вида воды:

• Мертвая, в которой ни осталось никаких примесей, своего рода химическое вещество практически полный дистиллят;
• Живая, тоже не настоящая вода, а вода с разрушенными связями, и присутствующим легким вкусом соды.

Получается, что вода хоть и считается живой, но после воздействия на нее электричества, живого в ней мало чего остается. Активация ионов воды в результате работы электрического тока происходит так: полупроницаемая мембрана погружается в воду, пускается электричество. Ионы и электроны массировано поставляются в воду. В воде массово нарушаются поля. Идет ломка структуры воды. Вот почему электролиз воды производит мертвую воду.

Живой воду называют только тогда, когда в ней есть минералы, ее молекулярный вес составляет Н20. С таким составом вода будет не нарушать здоровье человека, а способствовать ему. Такой процесс не нарушит макроструктуру белка, и внутренняя среда останется в сохранности.

Электролиз воды. Видео

Для здорового человека нормальный показатель кислотно-щелочного баланса составляет 7,0. Разрушенная электролизом вода имеет показатель 10, а то и все 11.

Потому деструктурированная вода, вовсе не живая, а даже наоборот. Она способствует застаиванию калия в клетках организма и блокирует естественные поставки энергии. Естественные потоки содержаться в триединстве. То есть жизнь – это единение потоков энергии, структуры и информации. И если нарушить любую составляющую триединства, то человек начнет болеть.

Процесс электролиза воды опасен как раз тем, что способствует диссоциации. В воде меняется молекулярный вес, рвется равновесие, с трудом достигнутое и меняется полярность. Электромагнитные волны идут по другому пути. Так и возникают болезни.

Но исходя из истории, такой версии развития событий придерживаются не все ученные. Слишком много в ней негатива, потому видимо, большого развития она не достигла. Хотя в Европе и достаточно популярна.

Очистка и обеззараживание воды электролизом

Очистка воды и стоков методом прямого электролиза

Безреагентный метод обеззараживания технической и питьевой воды с использованием установок прямого электролиза перспективен и заслуживает широкого распространения в различных сферах практической деятельности. Данная технология уже несколько десятилетий с успехом применяется для доочистки стоков промышленных предприятий и обеззараживания воды в системах рециркуляции горячего водоснабжения многоэтажных жилых и коммерческих зданий.

Важнейшее преимущество способа очистки воды электролизом — возможность полностью отказаться от использования стандартных реактивов – окислителей. Хлор и другие, участвующие в процессе очистки, активные вещества, извлекаются непосредственно из обрабатываемой воды.

Единственным расходным материалом установок прямого электролиза воды являются специально сконструированные электроды. Источником энергии служит обычная однофазная электрическая сеть переменного тока.

Принцип действия установок очистки воды электролизом

В процессе электролизного обеззараживания воды микроорганизмы нейтрализуются воздействием гипохлорита натрия, озона, перекиси водорода и других химических элементов и соединений, которые выделяются и образуются на электродах установки при пропускании через жидкость постоянного электрического тока. Источником «сырья» для получения всех перечисленных веществ являются содержащиеся в любой неочищенной воде соли, а также составляющие её водород и кислород.

Концентрацию основного активного компонента процесса – хлора, приходится контролировать приборами и регулировать, изменяя напряжение на электродах. Другие полученные в результате электрохимических реакций окислители не загрязняют воду, так как, выполнив функцию обеззараживания, в течение определенного времени улетучиваются или возвращаются в прежнее состояние.

Преимущества технологии электролизной водоподготовки и обеззараживания сточных вод 

1. Прямая финансовая выгода, в сравнении с методами химической дезинфекции, которые предполагают расходы на покупку реактивов, а также затраты на их транспортировку, хранение и дозирование.
2. Универсальность: электролизеры могут применяться в системах водоснабжения жилых и общественных зданий, в промышленности, в контурах очистки воды бассейнов и дельфинариев, а также для доочистки сточных вод.
3. Возможность оперативной регулировки дезинфицирующего эффекта путем изменения электрических параметров процесса.
4. Полная совместимость с другими технологиями и оборудованием водоочистки.
5.  Автономность: при наличии фотоэлектрического источника питания (солнечной батареи) очистку воды электролизом на постоянной основе можно обеспечить в полевых условиях и удаленной местности.

Технические возможности и преимущества устройств электролизного обеззараживания особенно полно реализуются при использовании в системах рециркуляции горячего водоснабжения и охлаждающих вод промышленного оборудования.

Повышенная температура воды является благоприятной средой для размножения микроорганизмов. Смонтированные на таких объектах и системах, установки прямого электролиза воды позволяют устранить угрозу органического загрязнения без применения химических реагентов.

Особенности конструкции, монтажа и эксплуатации электролизных установок очистки воды

Все существующие и предлагаемые производителями электролизеры состоят из двух основных узлов: герметичного функционального блока и устройства питания. Местом установки прибора прямого электролиза обычно служит обводная труба напорной магистрали. В связи с этим, неотъемлемым элементом смонтированной и готовой к эксплуатации конструкции является соответствующая трубная обвязка и задвижки — регуляторы байпаса и главного трубопровода. Установка прямого электролиза работает по датчику потока.

Через камеру с электродами (электролизер) проходит не весь поток, поступающий в трубопровод, а только его часть. Соотношение регулируется положением задвижек на байпасе и основной магистрали. При производстве пусконаладочных работ выставляется объемный расход обводного потока, соответствующий паспортным данным электролизера. На выходе в магистраль обогащенная активным хлором и окислителями вода смешивается и очищает весь объем исходящего потока. Для нормальной работы установки прямого электролиза, очищаемая жидкость должна иметь жесткость до 7мг*экв/л, и солесодержание не меньше 40мг/л. Для предотвращения образования отложений на электродах, блок управления и автоматики периодически меняет их полярность. Установки прямого электролиза менее требовательны к качеству исходной воды, нежели установки УФ-обеззараживания.

Плановый ресурс работы современных титановых электродов, покрытых оксидами благородных металлов, составляет от 5000 до 9000 часов (около года). Хотя реальный срок их эксплуатации – не менее 3 лет. Среднее потребление электроэнергии на водоподготовку или обеззараживание сточных вод оценивается в 20 Вт/м3. Установки прямого электролиза для обеззараживания воды применяются на объектах с производительностью (расходом) до 5000 м3/сут. При более высоких объемах, применяют электролизные установки производства гипохлорита натрия из солевого раствора (применяется поваренная соль).

Перспективы использования электролиза для очистки воды и стоков

Технология электрохимического хлорирования, несмотря на ограниченное применение, имеет большое будущее. Одно из направлений её развития – создание установок малой и средней производительности. Электролизеры способны успешно решить проблему обеззараживания и подготовки воды для небольших населенных пунктов, жилых комплексов, гостиниц и бассейнов, применяться в удаленных от густонаселенных районов объектах и на морских судах.

Специалисты ООО «Инженерная компания» готовы предоставить вам любую необходимую информацию и решить вопрос о поставке установки обеззараживания, оптимальной для вашей технической задачи.

Аппарат для приготовления живой воды (электролизер)

Прибор для получения живой и мёртвой воды обычно называется активатор или электролизер. Сейчас на рынке существует много различных видов устройств, есть самодельные устройства с использованием пожарного шланга (не используйте такие), некоторые электролизеры официально производятся различными компаниями, например «Акваприбор» в Беларуси (электролизеры АП-1). Электролизер АП-1 имеет очень высокое качество материалов: высококачественный пищевой пластик, уникальные электроды из благородных металлов (очищенный графит), высококачественный керамический стакан, действующий как диафрагма. Все вместе это дает результат, максимальный в плане эффективности полученной воды.

Электролизер — это как правило лёгкий, не сложный в установке, компактный прибор, позволяющий каждому человеку в домашних условиях всего за 20 минут получить примерно полтора литра активированной (живой и мёртвой) воды. Объем полученной воды различается в зависимости от модели прибора. Для приготовления живой и мертвой воды нужно заполнить сосуд прибора водой, включить прибор в сеть и через 20-30 минут перелить активированную воду в различные ёмкости. Электролизеры, имеющиеся в наличии в нашем интернет-магазине, сертифицированы, надежны и потребляют немного электроэнергии. Существуют и самодельные приборы для получения активированной воды, но использовать их не рекомендуется из-за невысокой надежности и сомнительного результата.

Активированная вода достаточно быстро и эффективно лечит множество заболеваний и является отличной альтернативой лекарствам. Помимо лечения, она используется и на фермах, в быту, в саду, для гигиены и дезинфекции помещений, повышения продуктивности скота и птицы, и т.д.

В приборах для получения живой и мёртвой воды (электролизерах) происходит процесс электролиза, необходимый для получения активированной воды. При этом «мертвая» вода становится заряженной положительно, а «живая» приобретает отрицательный электрический потенциал. Соответственно эти типы воды получают название католита и анолита, буквально это означает «положительная» и «отрицательная» вода. По сути активированная вода является слабым электролитом, который эффективно взаимодействуют с жидкостями организма (кровью, межклеточной жидкостью, лимфой, желудочным соком и т.д.), поскольку имеет схожую с ними структуру.

Многолетняя практика применения активированной воды для лечения заболеваний и в быту подтвердила выводы ученых, которые основывались на том, что положительные и отрицательные заряды воды способствуют поддержанию необходимого энергетического баланса клеток. Активированная вода успешно используется в Германии, США, Японии, Израиле, Австрии, Польше, Индии. Эта вода полезна для внешнего и внутреннего применения. Данный факт в 1988 году подтвердил комитет СССР по фармакологии (РЕШЕНИЕ Мо 211252-791).

Аппарат «Живая вода», он же активатор, электролизер, прибор для получения живой и мёртвой воды — несомненно пригодится в любой семье. Прибор — электролизер станет Вашим помощников в борьбе с заболеваниями, дезинфекцией помещений и обработке продуктов питания. Подробнее о сфере применения электролизеров можно почитать на этой странице.

Производство водорода: электролиз | Министерство энергетики

Как это работает?

Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа материала электролита и ионных частиц, которые он проводит.

Мембранные электролизеры с полимерным электролитом

В электролизере с мембраной с полимерным электролитом (PEM) электролит представляет собой твердый специальный пластик.

• Вода реагирует на аноде с образованием кислорода и положительно заряженных ионов водорода (протонов).
• Электроны проходят через внешнюю цепь, а ионы водорода избирательно перемещаются через PEM к катоду.
• На катоде ионы водорода объединяются с электронами из внешней цепи с образованием газообразного водорода. Анодная реакция: 2H ₂ O → O ₂ + 4H ⁺ + 4e ^— Катодная реакция: 4H ⁺ + 4e ^— → 2H ₂

Электролизеры щелочные

Щелочные электролизеры работают за счет переноса гидроксид-ионов (OH ^— ) через электролит от катода к аноду с образованием водорода на катодной стороне.Электролизеры, использующие жидкий щелочной раствор гидроксида натрия или калия в качестве электролита, коммерчески доступны в течение многих лет. Новые подходы, использующие твердые щелочно-обменные мембраны (AEM) в качестве электролита, перспективны в лабораторных условиях.

Электролизеры на твердом оксиде

Твердооксидные электролизеры, в которых в качестве электролита используется твердый керамический материал, который избирательно проводит отрицательно заряженные ионы кислорода (O ^2-) при повышенных температурах, вырабатывают водород несколько иначе.

• Пар на катоде объединяется с электронами из внешнего контура с образованием газообразного водорода и отрицательно заряженных ионов кислорода.
• Ионы кислорода проходят через твердую керамическую мембрану и реагируют на аноде с образованием газообразного кислорода и генерации электронов для внешнего контура.

Твердооксидные электролизеры должны работать при температурах, достаточно высоких, чтобы твердооксидные мембраны функционировали должным образом (около 700-800 ° C, по сравнению с электролизерами PEM, которые работают при 70-90 ° C, и коммерческими щелочными электролизерами, которые обычно работать при температуре ниже 100 ° C).Усовершенствованные лабораторные твердооксидные электролизеры на основе протонпроводящих керамических электролитов обещают снизить рабочую температуру до 500–600 ° C. Электролизеры на твердом оксиде могут эффективно использовать тепло, доступное при этих повышенных температурах (из различных источников, включая ядерную энергию), для уменьшения количества электроэнергии, необходимой для производства водорода из воды.

Почему рассматривается этот путь?

Электролиз — это ведущий путь производства водорода для достижения цели Hydrogen Energy Earthshot по снижению стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за 1 килограмм за 1 десятилетие («11 11»). Водород, произведенный посредством электролиза, может привести к нулевым выбросам парниковых газов, в зависимости от источника используемой электроэнергии. Источник необходимой электроэнергии, включая ее стоимость и эффективность, а также выбросы в результате производства электроэнергии, необходимо учитывать при оценке выгод и экономической целесообразности производства водорода посредством электролиза. Во многих регионах страны сегодняшняя электросеть не идеальна для обеспечения электроэнергией, необходимой для электролиза, из-за выделяемых парниковых газов и количества топлива, необходимого из-за низкой эффективности процесса производства электроэнергии.Производство водорода посредством электролиза используется для возобновляемых источников энергии (ветровой, солнечной, гидро-, геотермальной) и ядерной энергии. Эти способы производства водорода приводят к практически нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ; тем не менее, необходимо значительно снизить производственные затраты, чтобы быть конкурентоспособными с более зрелыми углеродными технологиями, такими как риформинг природного газа.

Потенциал для синергизма с производством электроэнергии из возобновляемых источников
Производство водорода посредством электролиза может открыть возможности для синергизма с динамическим и прерывистым производством электроэнергии, что характерно для некоторых технологий возобновляемых источников энергии.Например, несмотря на то, что стоимость энергии ветра продолжает падать, присущая ветру изменчивость является препятствием для эффективного использования энергии ветра. Водородное топливо и производство электроэнергии могут быть интегрированы в ветряную электростанцию, что позволит гибко менять производство, чтобы наилучшим образом согласовать доступность ресурсов с эксплуатационными потребностями системы и рыночными факторами. Кроме того, во время избыточного производства электроэнергии ветряными электростанциями вместо того, чтобы сокращать потребление электроэнергии, как это обычно делается, можно использовать это избыточное электричество для производства водорода путем электролиза.

Важно отметить …

• Сегодняшняя электросеть не является идеальным источником электроэнергии для электролиза, поскольку большая часть электроэнергии вырабатывается с использованием технологий, которые приводят к выбросам парниковых газов и являются энергоемкими. Производство электроэнергии с использованием технологий возобновляемой или ядерной энергии, либо отдельно от сети, либо как растущая часть сети, является возможным вариантом преодоления этих ограничений для производства водорода посредством электролиза.
• Министерство энергетики США и другие продолжают усилия по снижению стоимости производства электроэнергии на основе возобновляемых источников и развитию более эффективного производства электроэнергии на основе ископаемого топлива с улавливанием, использованием и хранением углерода. Например, производство ветровой электроэнергии быстро растет в Соединенных Штатах и ​​во всем мире.

Исследования направлены на преодоление трудностей

• Достижение целевого показателя затрат на чистый водород Hydrogen Shot в размере 1 долл. США / кг H ₂ к 2030 г. (и промежуточного целевого показателя 2 долл. США / кг H ₂ к 2025 г.) за счет лучшего понимания компромиссов производительности, стоимости и долговечности электролизера системы в прогнозируемых будущих динамических режимах работы, использующие электроэнергию без CO ₂ .
• Снижение капитальных затрат на электролизер и остальную часть системы.
• Повышение энергоэффективности преобразования электроэнергии в водород в широком диапазоне рабочих условий.
• Повышение уровня понимания процессов деградации электролизных ячеек и батарей и разработка стратегий смягчения последствий для увеличения срока эксплуатации.

Новый электролизер расщепляет воду по дешевке

ASME 2015 13-я научная, инженерная и технологическая конференция по топливным элементам
28.06.2015 — 02.02.2015, Конференц-центр Сан-Диего
Побочный продукт топливных элементов и электролиза D2O улучшает третий способ снижения выбросов CO2
Аннотация
Быстрое развертывание атомной энергии может быть возможным без использования реакторов-размножителей на быстрых нейтронах или без чрезмерных требований к ресурсам урана. Использование побочного продукта D2O и тория-U233 в котлах CANDU и РБМК может обойтись без использования быстрых реакторов-размножителей или урана с морской водой.
Уровень CO2 в атмосфере в настоящее время увеличивается на 2,25% в год (2,25% в год) пропорционально 2,25% в геометрической прогрессии увеличения потребления ископаемого топлива. Примерно 1/3 антропологического CO2 удаляется различными стоками CO2. Удаление CO2 моделируется пропорционально количеству CO2 выше 280 ppm-C за 50 лет до этого.
При электролизе воды получается примерно 0,1 кг-D20 / кВт · ч.Материальный баланс предполагает, что каждая стадия электролиза увеличивает концентрацию кубовых остатков D2O в 3 раза. За исключением первой стадии электролиза, вся вода из потребления водорода возвращается на электролиз. Обогащение D2O в результате электролиза воды увеличивается за счет использования образующихся водорода и кислорода в топливных элементах. Конденсат от потребления водорода возвращается на соответствующую стадию электролиза. Конденсат топливных элементов, первоначально полученный из реформированного природного газа, может увеличивать подачу второй ступени.
Ранее рециркуляция только водорода от сжигания обратно на верхние стадии электролиза позволяла увеличить атомную мощность на 5% в год.Использование топливных элементов для увеличения обогащения при электролизе на верхней ступени увеличивает расширение атомной энергии с 5% до 6% в год. Осуществление этого процесса должно начаться к 2020 году, чтобы минимизировать пиковую концентрацию CO2 в атмосфере до 850 ppm-C.
Расширение атомной энергии составляет 6% в год, что дает 45000 ГВт к 2100 году. Мировая первичная энергия увеличивается с исторической скоростью 2,25% в год, превысив 4000 ЭДж-тепловых / год к 2100. Дж-электрическая ~ 3Дж-тепловая. Максимальный уровень CO2 составляет примерно 850 ppm-C примерно к 2100 году. CO2 снизится до уровня ниже 350 ppm-C к 2250 году, если поглотитель морской воды с задержкой на 50 лет останется эффективным.15-летний перерыв в повышении глобальной температуры, по-видимому, вызван конвективным переносом тепла в морскую воду. Предположительно конвективный перенос CO2 в морскую воду также происходит по тому же механизму. Каждое десятилетие замедляется быстрое расширение атомной энергии, что приводит к увеличению максимальной концентрации CO2 в атмосфере на 100 ppm. Управляемая CSP мощностью 50 ТВт (концентрированная солнечная энергия), включая хранилище 2 ТВт в год, стоит 1600 триллионов долларов США и покрывает две Австралии.

Безмембранный проточный электролизер, работающий при высокой плотности тока с использованием обильно содержащихся в земле катализаторов для расщепления воды

Конфигурация безмембранного проточного электролизера

На рисунке 1а показана сборка и принцип работы безмембранного проточного электролизера (MFE).Ячейка состоит из двух физически разделенных отсеков, соединенных проводами, которые позволяют переносить электроны для реакций выделения кислорода и водорода соответственно. Оба отсека имеют одинаковую сэндвич-конфигурацию, состоящую из концевых пластин, токосъемников, бифункционально активного электрода, пористого сепаратора толщиной 130 мкм и вспомогательного электрода (окислительно-восстановительная пара AE, NiOOH / Ni (OH) ₂ ). Анолит (O ₂ — обогащенный 1,0 М раствор КОН) и католит (H ₂ — обогащенный 1.0 M раствор КОН) направляют непрерывно в указанное отделение во время реакции. Благодаря этой плотно упакованной сэндвич-структуре с гораздо более коротким расстоянием перемещения ионов, омическое сопротивление нашей безмембранной ячейки сравнимо с сопротивлением протонообменного мембранного водного электролизера (PEMEC, см. Ниже). Вместе с разделением двух реакционных камер это открывает возможности для работы ячейки при высоких плотностях тока, сравнимых с PEMEC.

Рис. 1: Устройство и принцип работы безмембранного проточного электролизера.

a Компоненты и сборка безмембранного электролизера. b , c Подробный циклический принцип работы безмембранного электролизера, показывающий, как меняются роли каждого отсека во время работы.

Наша ячейка работает циклически при разделении воды. В цикле, когда левый отсек является катодом (см. Рис.1b), бифункциональный катализатор на рабочем электроде катализирует HER в католите, генерируя анионы OH ^— , которые проходят через сепаратор и реагируют с Ni (OH) ₂ в AE с образованием NiOOH. Выделившийся газ H ₂ собирается в резервуаре H ₂ через трехходовой клапан. Между тем, рабочий электрод в другом отсеке катализирует OER в анолите, используя ионы OH ^— , полученные в результате превращения NiOOH в Ni (OH) ₂ .Образующийся O ₂ также течет через другой 3-ходовой клапан в резервуар O ₂ (или в вентиляционное отверстие по запросу). Когда почти все материалы AE преобразованы, непрерывная работа системы гарантируется переключением полярности электрического тока ячейки, как показано на рис. 1c и дополнительном рис. 8. Поскольку левый отсек становится анодом в следующем цикле, заранее католит заменяют анолитом, обогащенным О ₂ . Этот обмен был разработан, чтобы избежать смешивания остаточных H ₂ и O ₂ , оставшихся в отсеке. Трехходовой клапан также переключается в направлении, чтобы гарантировать, что образующийся O ₂ течет в резервуар O ₂ . Между тем, правый отсек и аксессуары ведут себя соответствующим образом, чтобы гарантировать создание и сбор H ₂ с высокой чистотой. Поскольку электрод-катализатор является бифункционально активным OER / HER, эта циклическая операция показывает практически идентичные и превосходные характеристики во всех циклах.

Бифункциональный электрокатализатор

Чтобы обеспечить отличную бифункциональную активность, эффективный массоперенос, высокую электрическую проводимость и хорошую физическую совместимость с электродом, мы разработали иерархически пористый катализатор, содержащий FeP, CoP и углерод, легированный азотом (NC).Эта гибридная система, обозначенная как FeP – CoP / NC, была синтезирована посредством последовательных процессов, заключающихся в ограничении прекурсора Fe – Co в мезопорах NC путем инфильтрации, образования биметаллического сплава Fe – Co путем пиролиза и фосфидирования с образованием взаимосвязанных квантов FeP и CoP. точками (см. схему на рис. 2а). На рис. 2б представлена ​​рентгенограмма пиролизованных НК с прекурсором Co – Fe. Восстановительная атмосфера способствовала образованию биметаллического сплава Fe – Co. После фосфидирования сосуществование FeP (PDF №78-1443) и CoP (PDF No. 29-0497) был подтвержден ^{39,40,41,42,43,44,45} . Размер кристаллизованных зерен как FeP, так и CoP, рассчитанный с использованием уравнения Шеррера, составил ~ 3,4 нм. Фактически, поскольку FeP и CoP не смешиваются, допирование FeP Co или наоборот для оптимизации каталитических характеристик является сложной задачей. Стадия легирования создала гомогенно диспергированные фазы Fe и Co на атомном уровне, способствуя образованию небольших нанокристаллов CoP и FeP. Такие маленькие домены увеличивают длину интерфейса FeP-CoP для улучшения бифункционального катализа (см. Ниже) ⁴⁸ .

Рис. 2: Схема процедуры синтеза и характеристики бифункционального катализатора FeP – CoP / NC.

a Типичная иллюстрация процедуры синтеза FeP – CoP / NC; b Рентгенограммы сплавов Fe – Co / NC и FeP – CoP / NC; ПЭМ-микрофотографии исходных NC c с мезо / макропорами и d FeP-CoP / NC, на вставке — SAED-паттерн доменов FeP-CoP; e HAADF изображение FeP – CoP / NC, указано положение строчной развертки EDX; f EDX элементарные отображения C, Fe, Co и P; g Линейное сканирование EDX наночастицы в e .

Морфология исходных НК была охарактеризована с помощью просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ, рис. 2в). Эта иерархически пористая структура содержит множество микро-, мезо- и макропор (последние две показаны кружками, также см. Изотерму адсорбции N ₂ и соответствующий анализ распределения пор по размерам на дополнительном рис. 10). После внедрения FeP и CoP изображение ПЭМ на рис. 2d показывает, что фосфидный кластер в основном ограничен большими порами NC, но не полностью заполняет пространство мезопор. Сравнение кривой распределения пор по размерам также показывает, что поры размером от 20 до 50 нм сохранялись после заполнения фосфидным катализатором. Углеродные основы минимизировали омические потери, в то время как оставшиеся поры жизненно важны для массопереноса. Таким образом, этот гибридный катализатор имеет решающее значение для работы электролизера при высокой плотности тока.

Образование кластера FeP и CoP было также подтверждено с помощью энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии (EDX) с использованием высокоуглового кольцевого детектора темного поля в режиме сканирующего просвечивающего электронного микроскопа (HAADF-STEM).Кластеры имели диаметр <50 нм на рис. 2д. Хотя CoP и FeP не смешиваются, элементарные отображения показывают, что и Fe, и Co равномерно распределены внутри кластера (см. Рис. 2f). Линейное сканирование EDX подтвердило, что размер домена обоих фосфидов составляет 2–3 нм, что согласуется с данными XRD. Этот вывод также был подтвержден дифракцией электронов в выбранной области (SAED, см. Вставку на рис. 2d). Небольшие диффузные гало-кольца, выходящие из плоскости (011) и (101) FeP и CoP, соответственно, показали, что оба домена CoP и FeP являются нанокристаллическими.

Сначала мы использовали стандартную трехэлектродную установку в 1,0 М КОН для оценки активности ОЭВ приготовленных электрокатализаторов на стеклоуглеродном рабочем электроде. На рис. 3а сравниваются вольтамперограммы с линейной разверткой (LSV) FeP – CoP / NC с контролем. Для достижения плотностей тока до 10, 50, 100 мА · см ^–2 , FeP – CoP / NC, с молярным соотношением Fe и Co 1: 1, требовались самые низкие перенапряжения ( η ), составляющие 281, 340, и 392 мВ соответственно. Напротив, образцы гибридного фосфида на техническом углероде (FeP – CoP / C), FeP – CoP и NC показали гораздо более высокие перенапряжения и большие тафелевские наклоны (см. Рис.3в). Фактически, в техническом углероде отсутствуют мезопоры, которые подвержены повышенному концентрационному перенапряжению при высокой плотности тока. FeP-CoP без подложки был гораздо менее проводящим, что привело к значительным омическим потерям. Это было доказано графиком Найквиста из спектроскопии электрохимического импеданса (EIS, см. Дополнительный рисунок 11). В частности, молярное соотношение Fe / Co (1: 0, 1: 0,5, 1: 1, 0,5: 1 и 0: 1) было критическим фактором, влияющим на активность OER (см. Дополнительный рисунок 12). Это может быть связано с электронной структурой и синергетическим эффектом катализатора (см. Ниже).Мы также исследовали стабильность FeP – CoP / NC, выполнив 1000 циклов циклической вольтамперометрии (CV) (см. Рис. 3d). После циклов наблюдалось незначительное изменение LSV. Кроме того, мы также смещали ячейку на перенапряжение 281 мВ, постоянный ток OER был зарегистрирован в течение 12-часового теста (см. Вставку на рис. 3d). Превосходная бифункциональность FeP-CoP / NC была затем продемонстрирована в HER. При эталонной плотности тока 10 мА см ^–2 FeP – CoP / NC обеспечивал перенапряжение 79 мВ, что сравнимо с современными катализаторами (см. Дополнительные таблицы 1 и 2).Наклон Тафеля составлял 71 мВ дек ^-1 , менее крутой, чем у FeP-CoP / C (93 мВ дек ^-1 ), FeP-CoP (105 мВ дек ^-1 ), что указывает на более быструю кинетику реакции. . Между тем, после теста на стабильность, показанного на фиг. 3h, спада активности зарегистрировано не было.

Рис. 3: Электрокаталитические характеристики FeP – CoP / NC.

Сравнение a LSV, b перенапряжения при различной плотности тока, c тафелевых наклонов и d стабильности с контролем в OER.Сравнение e LSV, f перенапряжений при различных плотностях тока, g Tafel slopes и h стабильности с контролями в HER. Электролит — 1,0 М КОН, скорость сканирования — 5 мВ с ^-1 , применяется компенсация после и R. Характеристики общего расщепления воды с использованием FeP – CoP / NC в качестве катализаторов: i кривая j — t при 1,68 В; j кривая V — t при различных плотностях тока и k кривая j — t при ± 1. 68 В с переключением полярности потенциала каждые 3,3 ч в ячейке с одним отсеком; l кривая j — t при ± 1,68 В с переключением полярности потенциала каждые 3,3 часа в H-ячейке. Применена компенсация № и R.

Затем мы исследовали бифункциональность, стабильность и системную совместимость FeP – CoP / NC в практических условиях. Во всех исследованиях электролиза воды, представленных ниже, компенсация iR не применялась. Гибридный катализатор был напечатан на углеродной ткани как анод и катод электролизера с одним отделением для разделения щелочной воды в 1.0 М КОН. При 1,68 В ( η = 450 мВ) в общей реакции расщепления воды плотность тока достигала 55 мА · см ^–2 , которая поддерживалась в течение 36 ч электролиза (рис. 3i). В той же ячейке мы также хронопотенциометрически продемонстрировали стабильность и динамический отклик электрода. На рисунке 3j показаны характеристики приложенного напряжения ячейки, когда плотность тока была увеличена с 10 до 285 мА см ^–2 (Δ j = 25 мА см ^–2 ). Наивысший потенциал достиг 2.51 В, из-за большого омического сопротивления ячейки. Тем не менее, потенциал быстро стабилизировался после каждого увеличения тока. Циклическая стабильность катализатора во время циклических OER и HER обеспечивалась периодическим переключением полярности потенциала (± 1,68 В, 3,3 ч на цикл, см. Фиг. 3k и дополнительный фиг. 14a). Следовательно, катализатор FeP – CoP / NC на каждом электроде подвергался как анодному, так и катодному смещению. Примечательно, что плотность тока ячейки стабилизировалась на уровне прибл. ± 43 мА · см ^-2 как в «положительном», так и «отрицательном» цикле.Чтобы избежать влияния выделяющегося газа вокруг электрода в следующем цикле, мы также собрали ячейку H-типа, содержащую FeP-CoP / NC, на углеродной ткани в качестве обоих электродов. Были выполнены аналогичные циклические хроноамперометрические исследования (± 1,68 В, 3,3 ч на цикл, см. Рис. 3l и дополнительный рис. 14b). Хотя плотность тока оставалась стабильной в течение всех циклов, значение упало до ± 10 мА · см ^-2 из-за улучшенного омического сопротивления элемента. Мы пришли к выводу, что FeP-CoP / NC на углеродной ткани являются отличным бифункциональным электродом, однако высокие омические потери в обычной ячейке для электролиза с щелочной водой ограничивают ее эффективность на практике.

Чтобы понять происхождение бифункциональной активности, мы провели рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию (XPS). Развернутые спектры ядерных уровней Fe 2 p FeP – CoP / NC до и после цикла HER / OER показаны на дополнительном рис. 15a. Пики при 707,2 и 720,1 эВ свежего образца соответствуют образованию фосфида ^49,50 . Они полностью исчезли после реакции, вероятно, из-за окисления и последующего образования оксида и гидроксида железа.CoP также испытал окисление и образование оксигидроксида во время цикла OER, что согласуется со сценарием, наблюдаемым в литературе, однако пики фосфидов при 779,4 и 794,5 эВ все еще наблюдались на дополнительном рисунке. 15b ^{51,52,53,54,55 , 56} . Это может быть связано с разницей электроотрицательностей CoP и FeP. При соединении друг с другом в электролите более электроположительный CoP был в значительной степени защищен и стабилизирован, тогда как FeP был окислен. Поскольку и CoP, и FeP были равномерно распределены в наночастице (см.микроскопический анализ TEM), оставшиеся квантовые точки CoP все еще были способны эффективно катализировать HER после цикла OER. Таким образом, мы сделали вывод о происхождении бифункциональности: смешанные гидроксиды Fe и Co (окси), образовавшиеся на месте, внесли вклад в OER, тогда как остаточные квантовые точки CoP были ответственны за HER во время непрерывной циклической операции.

Характеристики MFE

Бифункциональный катализатор FeP – CoP / NC был нанесен трафаретной печатью на углеродную ткань (CC) в качестве рабочего электрода MFE.Перед тестированием оба отсека МФЭ были заполнены 1,0 М раствором КОН. Выбор этой относительно низкой концентрации (по сравнению с 30-40% раствором КОН в промышленном электролизере с щелочной водой) должен был гарантировать стабильность фосфидного электрокатализатора в цикле OER против окисления. Вспомогательные электроды были активированы на месте для образования окислительно-восстановительной пары Ni (OH) ₂ / NiOOH (см. Рис. 1, более подробную информацию можно найти в SI). На рисунке 4b показаны циклические гальваностатические кривые MFE при ± 750 мА · см ^-2 .Каждый цикл длился 10 мин, чтобы избежать чрезмерного разряда вспомогательного электрода (влияние времени цикла можно найти на дополнительном рис. 16). Зарегистрированное потенциальное смещение, стабилизированное на уровне 2,1 В, было высокосимметричным для всех «положительных» и «отрицательных» циклов. При смене полярности тока протекающий анолит и католит также менялись в течение 2-минутного интервала (для простоты этот интервал не указан на графиках ниже). Чистота H ₂ , определенная во все время отбора проб (см. Красные точки на рис.4а), сохраняется> 99,1% во всех исследованных циклах.

Рис. 4: Эффективность MFE при общем расщеплении воды.

a Типичная последовательность операций во время циклического теста, чистота H ₂ определялась во время с красными точками; влияние плотности тока b , температуры c и скорости потока d на потенциальное смещение, кроме указанного, плотность тока составляет 750 мА см ^-2 , температура 35 ° C и скорость потока 50 ml min ^-1 , замена анолит / католит не применяется для простоты.И анолит, и католит представляют собой 1,0 М растворы КОН.

MFE может работать при разной плотности тока (см. Рис. 4b). Приложенные напряжения составляли 1,62, 1,78, 1,92, 2,01 и 2,11 В для достижения плотностей тока 150, 300, 450, 600 и 750 мА · см ^-2 соответственно. Низкие перенапряжения указывают на превосходную бифункциональную активность катализатора, сравнимую с PEMEC, при этом превосходя классическую щелочную воду и традиционный электролизер с развязкой, используя окислительно-восстановительные пары (CE, см. Дополнительные рис.18–19). Мы также исследовали влияние температуры отсека на расщепление воды, удовлетворительное приложенное напряжение было зарегистрировано выше 35 ° C (рис. 4c). Такая низкая рабочая температура обещала значительно сэкономить тепловую энергию. Скорость потока анолита / католита была еще одним важным фактором, контролирующим кинетику реакции (см. Рис. 4d). Благодаря облегченному переносу массы при 50 мл мин. ^-1 , поляризационные потери были значительно уменьшены и стабилизированы.

Мы также использовали метод Архимеда для количественной оценки объема генерируемого газа с течением времени при 200 мА (см. Рис.5а). Через 45 минут было измерено 2,77 ммоль H ₂ , что было близко к теоретическому значению (2,8 ммоль), расчетная эффективность по Фарадею составила 96,5%. Потери приписывались заряду / разряду вспомогательного электрода и поляризации электрода. На рисунке 5b сравниваются спектры электрохимического импеданса (EIS) электролизеров с различной архитектурой при напряжении холостого хода (OCV). Удельное поверхностное сопротивление MFE было всего 0,17 Ом · см ² , что сравнимо с сопротивлением PEMEC, но намного ниже, чем сопротивление однокамерного элемента, H-элемента и контрольного элемента (NiOOH / Ni (OH) ₂ Была использована окислительно-восстановительная пара, но без проточной или многослойной электродной структуры, см. подробности на дополнительных рисунках.18 и 22).

Рис. 5: Испытание на устойчивость MFE при общем расщеплении воды.

a Выходы H ₂ и O ₂ измерены с использованием метода Архимеда, линии твердых частиц представляют выделение газа при 100% -ном КПД по Фарадею; b Спектры ЭИС ячеек разной архитектуры, все электроды используются с катализаторами FeP – CoP / NC; испытание на циклическую стабильность MFE в c деионизированной воде и d электролите водопроводной воды, осаждение в электролите водопроводной воды после добавления KOH было удалено; Замена анолита / католита не применяется для простоты.

Важно отметить, что общее расщепление воды в MFE было выполнено одинаково хорошо как в деионизированной воде, так и в обычной водопроводной воде, содержащей различные катионы металлов (см. Рис. 5c, d и дополнительный рис. 24). После 24-часового испытания при 750 мА · см ^-2 в деионизированном водном электролите наблюдалась небольшая деградация. Жесткость использованной водопроводной воды составляла 179 мг / л ^-1 (эквивалентная концентрация как карбонат кальция, в основном происходящий из Ca ²⁺ и Mg ²⁺ ).Другие растворимые и твердые загрязнители можно найти в дополнительной таблице 4. Хотя известно, что эти катионы вредны для электролиза воды PEMEC, похоже, что на MFE это не влияет. Потенциальное смещение при 750 мА · см ^-2 было немного увеличено на 60–70 мВ по сравнению с таковым в деионизированной воде, но также было по существу стабильным в течение 24 часов испытания. На дополнительном рис. 25 мы также показали стабильную работу MFE в электролите водопроводной воды в течение 500 часов. Перенапряжение при 750 мА · см ^-2 увеличилось на 8.95% после 500-часового испытания на долговечность, что свидетельствует о том, что как рабочий, так и вспомогательный электроды были прочными в рабочих условиях.

Водный электролизер | Электролизер воды для проверки качества воды

Электролизер для воды

Водный электролизер для проверки качества воды

Water Electrolyzer of Bangladesh, Электролиз воды — это разложение воды (h3O) на кислород (O2) и газообразный водород (h3) в результате прохождения электрического тока через воду.

Принцип водного электролизера: Источник постоянного тока подключен к двум электродам или двум пластинам (обычно сделанным из какого-либо инертного металла, такого как платина, нержавеющая сталь или иридий), которые помещаются в воду. Водород появится на катоде (отрицательный электрод, где электроны входят в воду), а кислород появится на аноде (положительный электрод). Предполагая идеальную фарадеевскую эффективность, количество генерируемого водорода вдвое превышает количество кислорода, и оба они пропорциональны общему электрическому заряду, проводимому раствором.Однако во многих клетках происходят конкурирующие побочные реакции, приводящие к различным продуктам и менее чем идеальной фарадеевской эффективности.

Электролиз чистой воды требует избыточной энергии в виде избыточного потенциала для преодоления различных активационных барьеров. Без избыточной энергии электролиз чистой воды происходит очень медленно или совсем не происходит. Отчасти это связано с ограниченной самоионизацией воды. Электрическая проводимость чистой воды составляет примерно одну миллионную, чем у морской воды. Многие электролитические ячейки могут также не иметь необходимых электрокатализаторов.Эффективность электролиза повышается за счет добавления электролита (такого как соль, кислота или основание) и использования электрокатализаторов.

В настоящее время электролитический процесс редко используется в промышленных приложениях, поскольку водород в настоящее время может быть более доступным для производства из ископаемого топлива.

Позвоните нам по телефону 01795-888-111 для бесплатного тестирования вашей питьевой воды

Методы испытаний водного электролизера:

Подготовка к воде — используя белый стакан вместимостью 100-500 мл, один стакан наливают проточной водой, а другой стакан — чистой водой обратного осмоса, поставьте их на стол рядом. Подготовка к испытаниям. — поместите электролизер в стакан, затем включите питание. Тестирование — включите кнопку «вкл» и проведите тест 30 секунд, затем включите «выкл», снимите водный электролизер.

Значение цвета воды после использования водного электролизера:

• Зеленый: Мышьяк, хлороформ, четыреххлористый метил, оксид меди, двухвалентное железо

• Синий: Бактерии, вирусы, фосфорорганические соединения (химические удобрения, детергенты и пестициды), сульфат алюминия

• Красный: Цена ртути, трехвалентного железа

• Белый: Свинец, цинк, ртуть, асбест, кальций и магний
• Черный: Тяжелые металлы (цинк, свинец, ртуть, медь, хром, марганец, кадмий)

• желтый: Растворенный кислород, микроэлементы, органические минералы

КАК ПОЛЬЗОВАТЬСЯ ЭЛЕКТОЛИЗАТОРОМ ВОДЫ?

Характеристики водного электролизера:

• Простота эксплуатации
• Высокая точность
• Удобнее всего носить с собой
• Водяной электролизер, ISO 9001: 2008 Сертификаты
Электролизер для воды
• предоставляет нам простой и дешевый способ проверки качества воды.

9065 Твердость 9044 Тяжелые металлы

Тип:	Анализатор воды
Источник питания:	220 В
Диапазон измерений:	0-800ppm
Тестовые элементы:	Недорогой и эффективный электролизер на щелочной воде с прочными электродами на стальной основе СЭМ-изображения полученного катализатора HER (рис.2) показал, что совместное распыление никеля и молибдена в течение 40 мин полностью покрывает поверхность сетки из низкоуглеродистой стали и защищает ее от воздействия щелочного электролита. Изображение поперечного сечения HER-электрода (рис. 2b) показывает типичный столбчатый рост, наблюдаемый на постоянном токе. напыление и приблизительная толщина около 400 нм. Это значение толщины было подтверждено измерением коэффициента отражения рентгеновских лучей, которое также показало толщину покрытия 400 нм и шероховатость 6,6 нм (рис.S1). Измерения EDS (JSM 7001F) показали, что никель и молибден равномерно распределены с атомным отношением никеля к молибдену 9: 1 (рис. S2). Наблюдение за железом в спектре связано с проникновением электронного луча при измерении EDS мимо покрытия в сетку из углеродистой стали. Изображение поперечного сечения HER-электрода после электрохимических испытаний (рис. 2c) показало, что не было никакого уменьшения толщины напыленного каталитического слоя. Кроме того, после электрохимических испытаний не наблюдалось изменений морфологии или состава поверхности (рис.2г). Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рис. 2. СЭМ изображения HER электрода. (a) и (b) Поперечное сечение и вид сверху предварительно подготовленной поверхности Ni-Mo, напыленной совместно. (c) и (d) Поперечное сечение и вид сверху совместно распыленной поверхности Ni-Mo после электрохимического испытания. Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения СЭМ-изображения показали, что после предварительной обработки подложки из низкоуглеродистой стали циклической поляризацией в сульфиде натрия относительно гладкая поверхность подложки (рис.3а) превратилась в шероховатую поверхность с относительно большой площадью поверхности (рис. 3б). Увеличение площади поверхности подложки проявляется в одиннадцатикратном увеличении емкости двойного слоя с 0,550 Ф до 6,41 Ф. Детали измерения спектроскопии электрохимического импеданса (EIS) для определения межфазной емкости при потенциале холостого хода включены в дополнительную информацию. . Мы наблюдали «коралловидную» структуру на поверхности сетчатого электрода. После термообработки сформировался каталитически активный слой гидроксида никеля (рис.3в). Таким образом, мы пришли к выводу, что предварительная обработка стальной сетки циклической поляризацией в сульфиде натрия привела к получению подложки с большой площадью поверхности, на которую был нанесен электрокаталитически активный слой. Эта предварительная обработка привела к повышению активности в отношении OER выше, чем ранее сообщалось нашей группой. 22 Коралловая структура сохранялась после 100-часовых испытаний на стабильность, как видно на СЭМ-изображении электрода OER после электрохимических испытаний (рис. 3d). Эта стабильность дополнительно подтверждается отсутствием значительного изменения значений емкости двойного слоя при 538 мВ, равной 6.06 F и 6,11 F до испытания и после испытания соответственно. Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рис. 3. СЭМ-изображения электрода ООР. (а) Голая стальная сетка, (б) электрохимически модифицированная подложка, (в) предварительно подготовленный электрод, обработанный никелем, и (г) электрод, обработанный никелем после электрохимических испытаний. Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Спектр ЭДС свежеприготовленного ОЭР-электрода (рис.S3) указали на присутствие никеля и кислорода на поверхности электрода наряду с серой, которая, скорее всего, была включена в процесс предварительной обработки сульфидами. Железо также наблюдалось в спектре EDS из-за проникновения электронного луча ниже тонкого каталитического слоя. Рентгенограмма свежеприготовленного HER-электрода (рис. 4а) показала 2 основных пика, соответствующих Fe (110) и Fe (200), что указывает на то, что основная часть электрода представляет собой элементарное железо. Картина XRD HER-электрода после электрохимического тестирования показала, что не было заметных изменений в подложке электрода в результате тестов.На рентгенограмме свежеприготовленного кислородного электрода (рис. 4b) показаны два основных пика, соответствующие Fe (110) и Fe (200), и два небольших пика при значениях 2-тета 23 ° и 34 °, соответствующих Fe 2. O 3 (012) и Fe 2 O 3 (104) соответственно. Картина XRD электрода OER после электрохимических испытаний показала два основных пика элементарного железа, указывающих на то, что основная масса подложки осталась неизменной после испытаний. Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рисунок 4. Спектры XRD (a) HER-электрода до и после электрохимических испытаний и (b) OER-электрода до и после электрохимических испытаний. Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия (XPS, Kratos Axis Ultra DLD) использовалась для определения характеристик поверхностей электродов в исходном состоянии. Для HER-электрода значения энергии связи Ni 2p при 852,7 эВ и 856,0 эВ (рис. 5а) указывают на присутствие Ni 0 и Ni 2+ соответственно.Пики энергии связи Mo 3d при 228,1 эВ и 232,3 эВ (рис. 5b) были отнесены к Mo 0 и Mo 6+ соответственно. Используя площади под кривыми, было оценено, что молярное отношение Ni 2+ к Ni 0 составляло 3,4: 1, в то время как молярное отношение Mo 6+ к Mo 0 составляло 6,1: 1. Хотя элементарные Ni и Mo были распылены на стальной электрод, Ni 2+ и Mo 6+ образовывались спонтанно из-за воздействия на электрод окружающей атмосферы.Исследование XPS поверхности свежеприготовленного электрода OER при энергии связи Ni 2p (рис. 5c) выявило пик при 855,6 эВ, соответствующий Ni 2+ , что согласуется с более ранними исследованиями в нашей лаборатории, которые показали никель (II) гидроксид в качестве каталитического слоя на поверхности кислородного электрода. 22 Наша попытка включить NiO для соответствия пикам Ni 2p на рис. 5c не дала удовлетворительного соответствия. Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рисунок 5. Энергия связи (a) Ni (2p) и (b) Mo (3d) для свежеприготовленного HER-электрода и (c) Ni (2p) для свежеприготовленного OER-электрода. Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Стационарные измерения потенциостатической поляризации были выполнены путем удержания потенциала рабочего электрода в течение 300 с и регистрации установившегося значения плотности тока в последние 25 с 300-секундного периода. После 300-секундного потенциостатического измерения электрохимический импеданс измеряли в диапазоне частот от 10 кГц до 100 мГц.После завершения трех повторных серий экспериментов по стационарной поляризации и одной недели в 30% гидроксиде калия при разомкнутой цепи электрохимическая стабильность электродов была определена путем мониторинга потенциала в течение 100 часов при постоянной плотности тока 10 мА · см — 2 . Данные стационарной поляризации HER-электрода (рис. 6a) показали, что каталитический слой был высокоактивен по отношению к HER с перенапряжением 166,8 мВ при 10 мА · см −2 , в то время как тафелевский наклон (рис.6b) был рассчитан как 115,4 мВ декада −1 . Характеристики этого электрода сопоставимы с водородными электродами на никелевой основе. 7,11 В литературе хорошо известно, что первой стадией реакции выделения водорода является поверхностная диссоциация воды на стадии Фольмера (таблица I), приводящая к адсорбированным атомам водорода на поверхности катализатора. Адсорбированный водород затем объединяется с образованием газообразного водорода по пути Хейровского или по пути Тафеля. 24 Значения наклона Тафеля можно использовать для определения шага ограничения скорости.Наклон Тафеля, равный 115,4 мВ, декада −1 , указывает на то, что шаг Фольмера был шагом, определяющим скорость. Это наблюдение согласуется с сообщениями в литературе о катализаторах на основе Ni-Mo. 14,25 Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рис. 6. (a) Данные поляризации HER-электрода, (b) Тафелевский наклон HER-электрода, (c) графики EIS Найквиста как функция перенапряжения и подгонки данных EIS (вставка), и (d) хронопотенциометрия электрода HER при 10 мА см −2 . Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Таблица I. Механизм HER в щелочных условиях. Шаг Реакция Тафелевый наклон (мВ декада −1 ) Волмер 120 Гейровский 40 Тафель 30 Графики Найквиста HER-электрода (рис.6c) показаны два полукруга, диаметр второго полукруга (появляющийся на более низкой частоте) уменьшается с увеличением перенапряжения. Подгонка данных EIS (вставка на рис. 6c) показала последовательное сопротивление, возникающее на высокой частоте, что соответствовало омическому сопротивлению раствора гидроксида калия. Сопротивление R 1 , полученное от первого полукруга на высокой частоте, соответствовало тонкой проводящей оксидной пленке на подложке, которая присутствует в условиях окружающей среды.Назначение R 1 такому резистивному слою согласуется с наблюдением, что это значение сопротивления не изменяется при перенапряжении, что отличает его от сопротивления переносу заряда. Диаметр второго полукруга на низкой частоте соответствовал R 2 — сопротивлению переносу заряда для фарадеевского процесса выделения кислорода. Это присвоение согласуется с уменьшением значения R 2 с увеличением перенапряжения.Чтобы подтвердить, что R 2 соответствует сопротивлению переноса заряда HER-электрода, мы использовали соотношение между сопротивлением переноса заряда и перенапряжением (уравнения 1 и 2). R CT соответствует сопротивлению переноса заряда, в то время как η CT и I представляют перенапряжение переноса заряда и плотность тока соответственно. B и i o — тафелевский наклон и плотность тока обмена, соответственно. Таким образом, согласно ур. 2 график зависимости логарифма (1/ R CT ) от перенапряжения будет прямой линией, а обратный наклон будет соответствовать наклону Тафеля. Построение графика (1/ R 2 ) в зависимости от перенапряжения (рис. S4) дало Тафелевский наклон 116,3 мВ декада -1 , что близко к значению наклона Тафеля 115,4 мВ декада -1 полученные из измерений потенциостатической поляризации. Таким образом, R 2 было приписано сопротивлению переноса заряда HER-электрода. Тест на стабильность, проведенный на HER-электроде (рис. 6d), показал, что электрод был стабильным при непрерывной поляризации при 10 мА · см -2 в течение не менее 100 часов, после чего перенапряжение увеличивалось до 3,4 μ В · ч — 1 за 100 ч непрерывной работы. Это незначительное увеличение перенапряжения является предварительным показателем хорошей стабильности при длительной работе. Электрод OER также показал высокую электрокаталитическую активность с низким перенапряжением 235 мВ при 10 мА см -2 (рис.7а). Наклон Тафеля (рис. 7b) составил 46,9 мВ декада –1 в диапазоне 1–100 мА см –2 . Этот наклон Тафеля при высоком покрытии поверхности гидроксильными ионами соответствовал Пути Кобуссена для OER (Таблица II), причем второй этап определял скорость. 26 Эти результаты согласуются с ранее опубликованной работой нашей группы по поверхностно-модифицированным железным электродам для выделения кислорода. 22,23 Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рисунок 7. (a) Данные поляризации электрода OER, (b) Тафелевский наклон электрода OER, (c) данные EIS как функция перенапряжения и соответствующая подгонка данных EIS (вставка) электрода OER, и (d) хронопотенциометрия электрода ОЭР при 10 мА см −2 . Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Таблица II. Путь Кобусена. Измерения электрохимического импеданса электрода OER дали график Найквиста с двумя полукругами (рис.7в). Первый полукруг, появляющийся на высокой частоте, оставался относительно неизменным при изменении потенциала электрода, в то время как диаметр второго полукруга, появляющегося на более низкой частоте, уменьшался с увеличением перенапряжения. Как и в случае с HER-электродом, данные импеданса были подогнаны к модели эквивалентной схемы (вставка на рис. 7c) с R s , что соответствует сопротивлению раствора гидроксида калия, R 1 соответствует сопротивлению из-за плотного оксидного слоя, образованного при изготовлении электрода, и R 2 соответствует сопротивлению переносу заряда каталитического слоя гидроксида никеля.Чтобы подтвердить, что R 2 соответствует сопротивлению переноса заряда в электроде OER, была построена зависимость log (1/ R 2 ) от перенапряжения (рис. S5), что дало тафелевский наклон 52,9 мВ декады −1 , что близко к значению 46,9 мВ декады −1 , полученному в экспериментах с потенциостатической поляризацией. Этот тип перекрестной проверки установил, что R 2 действительно было сопротивлением переноса заряда электрода OER. Наконец, электрохимическая стабильность электрода OER была исследована в течение 100 часов непрерывной поляризации при 10 мА см -2 . Электродный потенциал показал предельное увеличение перенапряжения, соответствующее 1,2 мк В · ч -1 (рис. 7d), что указывает на превосходные характеристики стабильности для OER-электрода. «Полностью железный» щелочной электролизер был собран с использованием электродов HER и OER, изготовленных из модифицированных стальных подложек, как описано выше.Электроды с геометрическим размером 25 см. 2 были собраны с имеющимся в продаже сепаратором Zirfon (Agfa) и 30% гидроксидом калия в качестве электролита. Электрохимические характеристики электролизера измерялись с использованием стационарной гальваностатической поляризации до 1 А · см -2 и до 70 ° C. Электролизер при 100 мА см -2 работал при напряжениях 1,83 В и 1,71 В, при комнатной температуре и 70 ° C соответственно (рис. 8а). Тафелевские наклоны, полученные из данных вольт-амперной коррекции с ИК-коррекцией (рис.8а) не являются постоянными, показывая возрастающие значения наклона с увеличением перенапряжения. Пример изменения наклонов Тафеля в зависимости от потенциала включен в дополнительный материал (рис. S6). Увеличение крутизны наклона при высоких плотностях тока на вставке к рис. 8а мы связываем с избыточным газообразованием, которое приводит к экранированию поверхности электрода пузырьками. Эта проблема является центральной для электролизеров, работающих при высоких плотностях тока, и часто в промышленных электролизерах разрабатываются специальные средства для удаления пузырьков, блокирующих электроактивную поверхность.Кроме того, наклон Тафеля не меняется в зависимости от температуры, указывая на то, что механизм реакции расщепления воды не изменяется с температурой. Измерения электрохимического импеданса проводились в диапазоне от 15 до 35 мА · см -2 (от 1,62 В до 1,69 В). Графики Найквиста при всех значениях напряжения на ячейке показали два полукруга, диаметр которых уменьшался с увеличением плотности тока, что свидетельствует о том, что эти полукруги соответствуют процессам переноса заряда (рис. 8b). Два полукруга на графике Найквиста при 35 мА см -2 были оснащены двумя сопротивлениями передачи заряда: R 1 и R 2 (рис.8c). Значения R 1 и R 2 для различных перенапряжений показаны в дополнительной таблице материалов SI. Используя уравнения. 1 и 2, чтобы определить результирующие наклоны Тафеля для каждого сопротивления переносу заряда, был сделан вывод, что R 1 соответствует реакции выделения водорода, а R 2 соответствует реакции выделения кислорода. Для проверки на долговечность ячейка работала при 1 А · см -2 в течение 100 ч при комнатной температуре.Напряжение ячейки 2,13 В поддерживалось в течение всего периода без заметного изменения этого значения (рис. 8d). На основании литературных данных 27–30 в Таблице III было обнаружено, что продемонстрированный здесь полностью железный электролизер имеет производительность, сравнимую с промышленными электролизерами. Что наиболее важно, мы могли бы достичь этой производительности с помощью электродов на основе стальной сетки, что потенциально могло бы значительно снизить стоимость электролизера, поскольку 50% стоимости комплектов электролизеров приходится на электроды на основе никеля. 3,31,32 Увеличить Уменьшить Сбросить размер изображения Рис. 8. (a) Гальваностатические данные электролизера при различных температурах с соответствующими наклонами, показанными на вставке, (b) данные EIS как функция перенапряжения, (c) аппроксимация данных EIS при 35 мА · см — 2 , и (d) работа электрода электролизера при постоянном токе при 1 А · см -2 при комнатной температуре. Загрузить рисунок: Стандартный образ Изображение высокого разрешения Таблица III. Сравнение с характеристиками различных промышленных электролизеров. 27–30 Компания Температура (° C) Давление Напряжение элемента при 300 мА см -2 Де Нора 80 Окружающий 1.85 В Electrolyzer Corporation 70 Окружающий 1,9 В Teledyne Energy Systems 82 2 бара 1,9 В General Electric 80 4 бара 1,7 В Эта работа 70 окружающий 1,84 В Тепловые характеристики промышленного электролизера щелочной воды: экспериментальное исследование и математическое моделирование https: // doi.org / 10.1016 / j.ijhydene.2008.09.051Получить права и содержание Реферат В этой статье проводится исследование тепловых характеристик промышленного щелочного водного электролизера (HySTAT от Hydrogenics), рассчитанного на номинальное производство водорода 1 Н · м 3 H 2 / час при общей потребляемой мощности 4,90 кВт · ч / Н · м 3 H 2 . Температурное поведение электролизера было проанализировано в различных рабочих условиях с помощью ИК-камеры и нескольких термопар, размещенных на внешней поверхности основных компонентов электролизера.Было обнаружено, что мощность, рассеиваемая в виде тепла, может быть уменьшена на 50–67%, заменив промышленный блок питания, поставляемый вместе с электролизером, на электронный преобразователь, способный обеспечивать электролизер действительно постоянным постоянным током. Метод сосредоточенной емкости был принят для математического описания тепловых характеристик электролизера, в результате чего тепловая емкость составила 174 кДж ° C -1 . Рассмотрено влияние характеристик преобразователя постоянного / переменного тока на мощность, рассеиваемую в виде тепла.Потери тепла в окружающую среду определялись естественной конвекцией и были смоделированы с помощью общего коэффициента теплопередачи, который оказался равным 4,3 Вт · м −2 ° C −1 . Модель была реализована с использованием программного кода ANSYS ® V10.0, разумно описывающего производительность электролизера. Значительная часть энергии, рассеиваемая в виде тепла, позволяет электролизеру работать при температурах, подходящих для снижения перенапряжения элемента. Ключевые слова Электролиз воды Тепловые характеристики Промышленный щелочной электролизер Электропитание Возобновляемый водород Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0) Полный текст Copyright © 2008 International Association for Hydrogen Energy.Опубликовано Elsevier Ltd. Все права защищены. Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи Долговечность анионообменных мембранных гидролизеров Интерес к недорогому производству чистого водорода растет. Водные электролизеры с анионообменной мембраной (AEMWE) считаются одной из наиболее многообещающих устойчивых технологий производства водорода из-за их способности расщеплять воду с использованием катализаторов, не содержащих металлов платиновой группы, менее дорогих полей анодного потока и биполярных пластин.Критически важным для реализации AEMWE является понимание факторов, ограничивающих долговечность, которые ограничивают долгосрочное использование этих устройств. В этой статье представлены как факторы, ограничивающие долговечность, так и стратегии смягчения последствий для AEMWE в трех рабочих режимах: , т.е. , с подачей чистой воды (без жидкого электролита), с подачей концентрированного КОН и 1 мас.% K 2 CO 3 — подача, работающая при перепаде давления 100 фунтов на кв. Дюйм. Мы исследуем долговременное поведение AEMWE на уровне одной ячейки и связываем их поведение с электрохимической, химической и механической нестабильностью компонентов с одной ячейкой.Наконец, мы обсуждаем плюсы и минусы AEMWE в этих режимах работы и даем направление для долгосрочных AEMWE с высокоэффективными возможностями производства водорода. Эта статья в открытом доступе Подождите, пока мы загрузим ваш контент… Что-то пошло не так. Попробуйте снова? . No related posts. Разное Похожие записи Как правильно промывать нос при насморке: эффективные методы и растворы 18.11.2024 Питание кормящей мамы: что можно есть при грудном вскармливании 17.11.2024 Лучшая зимняя обувь для детей 2 лет: выбираем комфортные и надежные модели 16.11.2024 Детская комната для новорожденного: оформление, дизайн и планировка 15.11.2024 Увлажнитель воздуха: польза и вред для здоровья, отзывы специалистов и пользователей 14.11.2024 Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт +7 495 120-13-73, 8 800 500-97-74; [email protected] [email protected] Карта сайта