Fundamentals of SO2 depolarized water electrolysis and challenges of materials used

Julkaisun otsikon käännös: SO2-depolarisoitu elektrolyysi vedyn valmistamiseksi

Anu Lokkiluoto

    Tutkimustuotos: Doctoral ThesisMonograph

    Abstrakti

    SO2-depolarisoitu elektrolyysi (SDE) tuottaa vetyä ja rikkihappoa. Käytettävä rikkidioksidi voi olla peräisin erilaisista teollisuusprosesseista, kuten esimerkiksi sulfidisten mineraalien liekkisulatuksesta tai pasutuksesta, jolloin SDE on osa OutotecR open cycle-prosessia. SO2:n kennojännitettä alentavan eli depolarisoivan vaikutuksen vuoksi vedyn valmistus SDE:n avulla kuluttaa merkittävästi vähemmän sähköenergiaa kuin perinteiset elektrolyysitekniikat kuten alkalielektrolyysi. Tässä työssä tutkittiin SO2-depolarisoituun elektrolyysiin sopivia materiaaleja sekä prosessin teoreettisia perusteita ja mahdollisuuksia. Aiemman aihetta koskevan kirjallisuuden perusteella ei ollut selvää kuinka väkevää rikkihappoa prosessilla olisi mahdollista tuottaa. PEM-polttokennoja koskevan kirjallisuuden perusteella oletettiin että sähköosmoottinen vedenimuilmiö johtaisi rikkihapon väkevöitymiseen merkittävissä määrin. Lisäksi oletettiin että anodina voitaisiin käyttää kultapinnoitettua metallielektrodia. Perinteisesti SDE:ssä on käytetty platinaa katalyyttinä sekä anodilla että katodilla. Kultapinnoitteiden kestävyyttä sekä katalyyttistä aktiivisuutta tutkittiin ensin autoklaavi- ja potentiaalipyyhkäisykokeilla, minkä jälkeen elektrodeja tutkittiin laboratoriomittakaavaisessa elektrolyysilaitteistossa (aktiivinen pinta-ala 0,1 m2). Kultapinnoitteiden käyttäytymistä verrattiin puhtaaseen kultaan ja kaupallisiin platinakatalysoituihin titaanielektrodeihin. Elektrolyyttien sekä membraanin käyttäytymistä tutkittiin mallintamalla sekä kokeellisesti. H2SO4-SO2-H2O-systeemin komponenttien aktiivisuudet laskettiin pitoisuuden funktiona koko konsentraatioalueelle, jolla komponentit liukenevat toisiinsa. Ottaen huomioon Nafion-membraanin ominaisuudet koko elektrolyysiprosessille rakennettiin vesitasemalli. Mallinnustuloksia verrattiin kokeellisiin tuloksiin. Mallinnus- sekä koetulokset vahvistivat, että anolyytistä siirtyy katolyyttiin membraanin läpi merkittäviä määriä vettä, mikä mahdollistaa rikkihapon väkevöinnin SO2-depolarisoidun elektrolyysin avulla. Ohuet kultapinnoitteet katalysoivat SO2:n anodista hapettumista, minkä lisäksi samanlaisia elektrodeja voi käyttää myös katodeina.
    Julkaisun otsikon käännösSO2-depolarisoitu elektrolyysi vedyn valmistamiseksi
    AlkuperäiskieliEnglanti
    PätevyysTohtorintutkinto
    Myöntävä instituutio
    • Aalto-yliopisto
    Valvoja/neuvonantaja
    • Gasik, Michael, Vastuuprofessori
    • Taskinen, Pekka, Ohjaaja
    Kustantaja
    Painoksen ISBN978-952-60-5077-5
    Sähköinen ISBN978-952-60-5078-2
    TilaJulkaistu - 2013
    OKM-julkaisutyyppiG4 Monografiaväitöskirja

    Tutkimusalat

    • SO2-depolarisoitu elektrolyysi
    • rikkihappo
    • vety
    • Nafion-membraani
    • vesitase
    • kulta

    Sormenjälki

    Sukella tutkimusaiheisiin 'SO2-depolarisoitu elektrolyysi vedyn valmistamiseksi'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

    Siteeraa tätä