ServicenavigationHauptnavigationTrailKarteikarten


Forschungsstelle
BFE
Projektnummer
SI/500904
Projekttitel
PEEC-HP – Investigation of high pressure membrane water electrolysis

Texte zu diesem Projekt

 DeutschFranzösischItalienischEnglisch
Kurzbeschreibung
Anzeigen
-
-
Anzeigen
Schlussbericht
Anzeigen
-
-
Anzeigen

Erfasste Texte


KategorieText
Kurzbeschreibung
(Deutsch)
Wasserstoffproduktion mittels Wasserelektrolyse ist einen attraktiver Weg, den Überschuss von elektrischer Energie während Spitzenproduktionszeiten zu nutzen. In diesem Projekt wird Wasser mittels Neutronenradiographie abgebildet, um eine besseres Verständnis der komplizierten zweiphasigen (Wasser- und Gasgemisch) Transportprozesse zu bekommen und die spezifische Leistung damit zu optimieren.
Kurzbeschreibung
(Englisch)
Electrolysis of water to produce hydrogen is an interesting option to valuate the electrical energy produced by renewable sources such as solar or wind power during peak production periods. In this project, water visualization with neutron imaging will be used to obtain a better understanding of the complex two-phase (mixed water and gas) flow processes in electrolysers with the aim of optimizing their performance.
Schlussbericht
(Deutsch)

Zu Beginn wurde eine systematische Gefahren- und Betriebsfähigkeitsanalyse (HAZOP) durchgeführt, um die Risiken einer unter Druck (100 bar plus Sicherheitsfaktor von drei) betriebenen Polymerelektrolyt-Wasserelektrolyse (PEWE) abzuschätzen. Basierend auf der HAZOP wurden ein Teststand und eine Elektrolysezelle konstruiert und in Betrieb genommen. Mithilfe des HochdruckTestands konnten verschiedene Materialkombinationen elektrochemisch als Funktion der Temperatur (30 bis 70 °C), des Drucks (bis 100 bar) und der Stromdichte (bis zu 4 A/cm2) untersucht werden. Hierfür wurden Strom-Spannungs Kennlinien und Hochfrequenzmessungen durchgeführt. Mithilfe eines Tafel-Modells wurde zwischen den drei Hauptüberspannungen (Kinetik, Ohm und Massentransport) unterschieden. Wie erwartet, nehmen alle drei Überspannungen mit der Stromdichte zu, wobei Massentransportverluste ab ca. 0.2 A/cm2 auftreten. Bezüglich des Einflusses des Drucks, wird ein isothermisches Kompressionsverhalten, basierend auf der Thermondynamik, erwartet. Während dies für den Differenzdruck zutrifft, wird bei Gleichdruck ab einer relevanten Stromdichte von 1 A/cm2 die Zellspannung zunehmend unabhängig vom Druck. Folglich müssen vorteilhafte Prozesse stattfinden. Diese konnten hauptsächlich einer verbesserten Kinetik zugeordnent werden. In Bezug auf die Kompressionsverluste wurden sowohl Verluste auf der Zellspannungsebene als auch Verluste durch den Gasdurchtritt durch die Membran betrachtet. Zwar sind die Verluste infolge des Gasdurchtritts für den Gleichdruckbetrieb nahezu doppelt so hoch im Vergleich zum Differenzdruckbetrieb, doch bewirken die vorteilhaften Prozesse letztendlich verringerte Kompressionsverluste über einen grossen Druckbereich, zumindest für höhere Stromdichten.

Schlussbericht
(Englisch)

Initially, a systematical hazard and operability (HAZOP) study was performed to evaluate the risks for pressurized polymer electrolyte water electrolysis (PEWE) operation in the order of 100 bar with a safety factor of three. Based on the results of the HAZOP a test bench and an electrolysis cell were designed and commissioned. With the high pressure test bench, different material combinations were electrochemically investigated as a function of temperature (30 to 70 °C), pressure (up to 100 bar) and current density (up to 4 A/cm2) by recording current-voltage characteristics and high frequency resistance (HFR) measurements. Furthermore a zero order model according to Tafel was applied to distinguish between the three main overpotentials: kinetic, ohmic and mass transport. As expected, all overpotentials increase with increasing current density, the mass transport overpotential occurs above around 0.2 A/cm2. With respect to the pressure, isothermal compression behavior is expected from thermodynamics. While this holds true for differential pressure operation, for balanced pressure operation and at relevant current densities above around 1 A/cm2 the cell voltage is increasingly independent of the balanced pressure. Consequently beneficial processes have to take place which could be mainly related with improved oxygen evolution kinetics. Concerning the compression losses, losses on the cell voltage level and losses due to gas crossover were considered. Even if the gas crossover losses are almost doubled for the balanced pressure compared to the differential pressure operation, it can be shown that balanced pressure operation ia energetically equal or even more beneficial for a wide pressure range, especially at higher current densities, due to the beneficial processes.

Zugehörige Dokumente