Investigation of the influence of the void fraction on the energy consumption of a vertical electrolyser under natural convection

Autor(es)

Wosiak, Gabriel ; Sena, Sthefany S. ; Carneiro-Neto, Evaldo B. ; Lopes, Mauro C. ; Pereira, Ernesto ; da Silva, Jeyse

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: JOURNAL OF ENVIRONMENTAL CHEMICAL ENGINEERING; v. 10, n. 3, p. 7-pg., 2022-03-31.

Resumo

The ongoing need to develop and enhance current energy sources to replace fossil fuels emphasizes the necessity of a thorough understanding of clean energy production methods such as hydrogen production via water electrolysis. This work provides a versatile CFD (Computational Fluid Dynamics) simulation that describes an alkaline water electrolyzer, which considers the electrolyte's performance, electrode materials, separator membrane, and the impact of generated bubbles in the electrolysis considering anodic and cathodic reactions at the same time. The bubble presence affects the applied cell potential and the local current distribution, and it is directly related to the efficiency of the process. For a multivariate view, a 2(3) factorial design was carried out, in which electrode material, applied current density, and the presence or absence of gas bubbles were simultaneously investigated. As a result, the contribution of each factor to the cell potential was calculated, their link to the applied current, and the cross-effects. Finally, we observed an important non-uniformity in the local current distribution and an increase in the spent energy due to the produced gases at current densities higher than 100 mA cm(-2). (AU)

• Processo FAPESP: 14/50249-8 - Green chemistry: sustainable synthetic methods employing benign solvents, safer reagents, and bio-renewable feedstock
• Beneficiário: Arlene Gonçalves Corrêa
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 21/03592-2 - Modelagem e simulação de dispositivos eletroquímicos por elementos finitos
• Beneficiário: Evaldo Batista Carneiro Neto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/11986-5 - Geração e Armazenamento de Novas Energias: trazendo desenvolvimento tecnológico para o país
• Beneficiário: Ana Flávia Nogueira
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Centros de Pesquisa em Engenharia
• Processo FAPESP: 19/27029-5 - Carboxilação eletroquímica de moléculas orgânicas para a formação de produtos de alto valor agregado
• Beneficiário: Jeyse Tawana da Silva
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 13/07296-2 - CDMF - Centro de Desenvolvimento de Materiais Funcionais
• Beneficiário: Elson Longo da Silva
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão - CEPIDs
• Processo FAPESP: 18/24383-0 - Síntese de novos materiais de eletrodo e de reações redox utilizando ferramentas eletroquímicas acopladas a micro-ondas
• Beneficiário: Gabriel Wosiak Leite
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto