Mnoho lidí v dnešní době sází na vodík. Je to vůči prostředí vstřícný a také hojný zdroj energie, který by rozhodně stálo za to co nejvíce využívat. Rozvoji vodíkové energetiky ale stále stojí v cestě překážky, které je ještě nutné překonat. Jednou z nich je i nepříliš efektivní a finančně ne zcela komfortní získávání vodíku dosavadními postupy.
Tým jihokorejských vědců nedávno vyvinul nový systém pro výrobu vodíku z vody, který překonává některé technické obtíže a poskytuje vodík efektivněji, nežli jiné systémy pro elektrolýzu vody.
Badatelé z Ulsan National Institute of Science and Technology (UNIST), Korea Institute of Energy Research (KIER) a Sookmyung Women's University vytvořili zařízení, které je založené na designu elektrolytického článku s pevnými oxidy (SOEC, solid oxide electrolyzer cell). Takový článek funguje podobně jako jiná elektrolytická zařízení, v nichž elektrický proud rozkládá vodu na vodík a kyslík. V tomto případě jsou ovšem obě elektrody článku v pevném skupenství a pevný je i elektrolyt mezi nimi, v němž se pohybují ionty.
Elektrolytický systém Hybrid-SOEC z pevného materiálu nabízí oproti systémům s kapalnými elektrolyty určité výhody. Kapaliny je občas nutné doplňovat a systémy s kapalnými elektrolyty časem podléhají korozi. Elektrolyzéry z pevného materiály také fungují při vyšších teplotách a nepotřebují k provozu tolik elektřiny, protože si mohou doplňovat energii z tepla.
Vedoucí výzkumu Junyoung Kim a jeho spolupracovníci vylepšili stávající elektrolytické články s pevnými oxidy tím, že vyvinuli hybridní systém, v jehož elektrolytu mohou putovat záporně nabité ionty kyslíku a kladně nabité ionty vodíku zároveň. Použili k tomu vodivý materiál se smíšenými ionty. Výsledkem je pevný elektrolyzér, který získává z vody vodík s vyšší účinností. Podle Kima v elektrolyzéru probíhá elektrolýza vody na obou elektrodách, což zvyšuje celkovou produkci vodíku v takovém zařízení.
Elektrolyzér Hybrid-SOEC, jehož elektrody jsou z vrstveného perovskitu a který pracuje při teplotě 700 °C a za elektrického napětí 1,5 V, vyrobí 1,9 litru vodíku za 1 hodinu. Podle Kimova týmu je nový elektrolyzér asi čtyřikrát účinnější, nežli stávají systémy elektrolýzy vody. Když vědci Hybrid-SOEC nechali běžet nepřetržitě po dobu 60 hodin, tak se to nijak neprojevilo na jeho výkonu.
Literatura
UNIST 15. 12. 2017, Nano Energy 44: 121-126.
Nanobiogenerátor vodíku s bakteriální světelnou pumpou
Autor: Stanislav Mihulka (11.10.2014)
Jak z oxidu uhličitého vykouzlit metanol?
Autor: Stanislav Mihulka (11.02.2016)
Nový pevný katalyzátor exceluje v rozkládání vody na vodík a kyslík
Autor: Stanislav Mihulka (03.08.2017)
Diskuze:
chyba v preklade ?
Konstantin Starsi,2018-01-03 15:33:12
Dobry den, mate pravdepodobne chybu v preklade alebo sposobenu zlym pochopenim textu. Ziaden z clankou ktore sa daju dohladat netvrdi ze dochadza k produkcii vodiku na oboch elektrodach. Dokonca aj obrazky jasne ukazuju produckiu H2 na jednej a o2 na druhej elektrode.
Umožnění diskuse opřením se o termodynamická a technická data
Josef Hrncirik,2018-01-03 13:58:54
Na wiky narychlo nic rozumného pro high temperature electrolysis není, nebo buy.
Rozumný je i bez scihub dostupný DOI 10.1016/j.jpowsour.2011.12.019
Termodynamické mámení vysokoteplotní elektrolýzy snížením teoretických rozkladných napětí láká: kapalina 25°C 1,23 V; pára 100°C ale jen 1,11 V; 550°C 0,9 V; 750°C 0,8 V se doplňuje lákáním, že potřebnou tepelnou energii dodá automaticky přebytek napětí ztracený ohmicky či přepětím již při svorkovém napětí cca 1,3 V v okolí 700°C, ev. i níž při 1000°C.
Další lákadlo je rvát do elektrolytu tlakovou vodu (přehřátou tlakovou páru) a dále snížit rozkladné napětí.
Skutečně reálná výhoda může být snížení přepětí při vysokých teplotách, ale při praktických proudových hustotách je asi snížení stále malé, ev. data až tak podrobně zpracována nejsou.
Pára ale musí nejspíš vstupovat do elektrody mezerami v mřížce kovového přívodu. Pod ní asi musí být katalytická vrstva snižující přepětí zejména na kyslíkové eldě a při nižších teplotách. Vodivost keramiky asi není velmi vysoká a katoda i anoda musí být nebezpečně blízko. Je pravděpodobné, že v keramice vznikne i vodivost elektrony či dírami, které se neúčastní elektrolýzy a vlastně mohou tvořit paralelní zkrat (nadbytečné přihřívání, ztráty). Když má do keramiky difundovat voda, nejspíš tam difunduje též alespoň vodík a oxiduje se elektricky či alespoň chemicky na protější eldě. Toho se obává nepoučený skeptik.
Již tehdy, min. 6 let před Kimem píší o mixed SOEC a z dat plyne, že někdo vyrobil 1 m3 H2 s vynaložením 36 kWh, někteří se chlubí účinností 77%, což je ve sporu s údajem o 15,6 V; 1,72 A a odporu 9 ohm. Zdá se, že keramické struktury mají cca 0.5 ohm/cm2, což limituje rozumné proudové hustoty. Kontrolovatelnost a úplnost dat je malá. Píše se, že účinnost klesá cca o 3%/1000h při 0,3 A/cm2; 800°C; Kima to však bavilo jen 60 hod.
Vlastně pokud Kim elektrolyzoval i jen 1,3 V, při rozkladném napětí cca 0,8 V měl účinnost max. 0,8/1,3 = slabých 62% a to si fandil, že prý má 100% proudovou účinnost(pochopitelně se mu ji nechtělo měřit, či to nedokázal na své miniaturní aparatuře, kam preventivně hnal přebytky H2 a O2 do nástřiků (aby mu eldy nezkolabovaly).
Kdo neumí, čumí.
I Elon Musk může mít pravdu, když píše: fooĺs cells
Josef Hrncirik,2018-01-03 17:44:58
Jaká je však účinnost nabíjení, vybíjení a životnost jeho cells v různých režimech provozu bude muset otestovat za své poslední prachy teprve VW.
Při typické vysokoteplotní elektrolýze vody se a) nedaří elektrolyzovat pod 1,3 V.
b) i když se podaří, vypaření vody žere 0,21 V a něco i ohřev páry.
Pokud by takto vyrobený H2 byl zpět spalován ve stejném (vratně pracujícím elektrolyzéru), získané rovnovážné napětí je jen max.0,91 V, jak vidno z fig.2 a textu s.6 odkazovaného článku. Při rozumné proudové hustotě spíše ale jen cca 0,7 V
Účinnost cyklu uložení a vybrání pak nebude větší než cca 0,7/1,3 = 54%
Kdybychom si pořídili navíc "studený" fuel cell pak teoreticky dá 1,23 V, prakticky provozně asi jen 1 V. Účinnost potom bude cca 1/1,3 = 77%
Jaká musí být cena a efektivní životnost aby se další půjčka vyplatila?
Where are lions and CO2?
Znemožnění diskuze.
Kovák Novák,2018-01-02 11:17:42
Všimli jste si i ostatní, že Vám umožní diskutovat jen 1x maximálně 2x a potom se najednou nemůžete přihlásit. Klidně to zkusíte pod jinou adresou a ono se to opakuje. Ale nicky Krnič apod. jsou nezničitelné. Celá ta komedie na diskuzi je trapná a já to zde jen ventiluji, abyste to věděli, že nejste sami -)).
Uvedu to u maxima článků, dokud nebudu vymazán. Zn. OSEL pro osly ......
Re: Znemožnění diskuze.
Pavel Foltán,2018-01-02 12:05:15
Vaše heslo "OSEL pro osly" na vás pasuje jak pozadí na nočník!
Re: Znemožnění diskuze.
Josef Hrncirik,2018-01-02 12:34:48
Opět jsem se úspěšně přihlásil a naklikl Oslovi další ZISK,
abych mohl sdělit jasnou zprávu, že největším problémem elektrolýz vody či analogicky palivových článků je boj s přepětím na O2 elektrodě, zejména při velkých proudových hustotách.
Při vysokých teplotách se stává problémem i životnost elektrod a chemický zkrat (propal),
ev. až i elektrický zkrat, pokud nosiče nábojů nestačí vhodně (požadovaně) chemicky reagovat (pára se sorbovat ve žhavé elektrodě a navíc zreagovat s nosičem náboje).
Jednoznačným kriteriem úspěšnosti je energetický výtěžek (účinnost) do (z) požadované reakce v závislosti na proudové hustotě (daný proudovou účinností a přepětím a odporovými ztrátami).
Začíná to známým teoretickým napětím při daných teplotách, tlacích a koncentracích.
To měl Kim přehledně naservírovat.
U obr.1 a 3 na 3 uvolněné O2 musí být 6 uvolněných, ne 7! H2.
V obr.4 sice krmí děti správně H2, ale dole je spalují atomárním kyslíkem O jako zlý Kim.
Re: Re: Znemožnění diskuze.
Josef Hrncirik,2018-01-02 15:47:27
Zase jsem v této hybridní válce novým přihlášením Oslovi vygeneroval nezdaněný ZISK.
Již ve 2. větě (italics pod hlavním nadpisem "Hybridní systém ...), tj. ve větě
"Elektrolyzér produkuje vodík na obou elektrodách jako divý." se monitor rdí studem,
protože vodík vznikne elektrolýzou jedině redukcí vody či jejích disociačních produktů elektrony primárně přišlými na elektrodu z vnějšího zdroje řádné polarity a účinného napětí, tj. pochopitelně jen na 1 elektrodu.
Na druhé eldě je situace nutně opačná.
Dá se říci, že silný zdroj elektrodou pak rve elektrony z molekul či iontů se kterými je druhá elda v kontaktu. Elektrony či ionty se pohybují, nikde se podstatně nehromadí, náboj jen cirkuluje obvodem. Přijímání elektronů způsobuje redukci látky, odnímání oxidaci.
Oxidační i redukční změny způsobené danou elektrolýzou se pochopitelně musí být schopny zcela přesně vykompenzovat, protože byly způsobeny přijetím či odnětím téhož náboje.
Jedině proto má smysl proudová či Faraday účinnost.
Proti Kimově asertivitě je to však marný boj do posledního náboje.
V poslední větě tvrdí, že mají účinnost cca 4x větší než konkurence.
Pokud však neelektrolyzují pod 1,3 V (spíše použili i 1,5 V). potom by konkurence musela elektrolyzovat při napětí nad 4*1,3 V, tj. nad 5,2 V (6 V), což se jí nemůže podařit.
I lhát se musí umět.
Vše stojí v komunistickém příkladníku Fyzikální chemie (Bareš, SNTL 1961)
Josef Hrncirik,2018-01-02 09:41:44
s. 339 elektrochemie. Stačí jen aplikace na rovnici 2 H2O +- 4e- = 2 H2 + O2 a správně aplikovat aktivity a termodynamická data v zakázaných jednotkách s. 478 a 481
Chybička se vloudila.
Josef Hrncirik,2018-01-01 16:17:00
Ve svém článku v: Nano energy 44, 2018, 121-126; též DOI 10.1016/j.nanoen.2017.11.074 již ve 2. větě 1. Introduction sprostě kilolhou, že vodík má energetickou hustotu 143 kJ/kg a do své lži ihned bezostyšně namáčí nic netušící počestné autory odkazů 2,3.
Re: Chybička se vloudila.
Josef Hrncirik,2018-01-01 16:22:41
More water * more energy + more heat = more hydrogen + more oxygen mají velmi výborně.
Re: Re: Chybička se vloudila.
Josef Hrncirik,2018-01-01 17:23:48
V obr.4 píší 0,9 l H2/h z 1 cm2 SOEC pak žene auto 25 km!
Tj. jen cca 500 J/km jízdy!!!
Osel vedle obr.4 píše napětím 1,5 V vyrobím 1,9 l H2/h. Zřejmě z 1 cm2 SOEC.
V abstraktu se píše 1,3 V při 3,16 A/cm2 a litry H2 nikde!
Píší, že SOEC přežije 60 h (ale při jiné a tajné proudové hustotě a přepětí).
Prostě s novým rokem udeřila doba postfaktická postpravdivá.
Chudák Kim tlakuje vodíkové bomby, než bude pozdě.
Re: Re: Re: Chybička se vloudila.
Vojta Ondříček,2018-01-01 21:01:14
To máte těžké, kdo se má v těch číslech vyznat.
Dnešní malá osobní elektroauta spotřebují na 100km jízdy zhruba 15kWh.
1m³ H2 (0°C a tlak 1013hPa) má tak 3kWh. Palivovým článkem z toho 1m³ H2 dostanu tak 2kWh.
Facit - s 1m³ H2 ujedu nahoře líčeným autem po rovině v bezvětří 13km, s 0,9 litry H2 jen 12metrů. Hodinová produkce H2 tím novým vynálezem mi umožní jízdu z kuchyně do ložnice, nebo z garáže na chodník.
Možná, že by byl ten článek veselejší, kdyby bylo uvedeno množství energie na výrobu onoho 0,9 litru H2 na 12 metrový provoz auta.
Re: Re: Re: Re: Chybička se vloudila.
Josef Hrncirik,2018-01-02 07:35:53
Článek už nemůže být veselejší.
Veselý Kim tvrdí, že využitím kationtů i aniontů elektrolyzuje aktivně vodu (páru) na obou elektrodách a tudíž si vysloužil 2x větší mzdu.
V podstatě není zcela jasné, zda provozoval elektrolýzu páry sorbované za žhava do elektrod, nebo spíše syntézu vody v článku s odběrem,(tj. z vodíku a kyslíku pálil na černo nezdaněnou vodu v palivovém článku).
Aby zmátl vyšetřovatele, na elektrody foukal vlhký 90% ní vzduch či vodík a proudy a odpory určil z Nquistova impedančního diagramu. Množství vyloučeného ?či spáleného vodíku neměřil, ale vypočítal z předpokladu 100% proudové účinnosti.
Jeho dokonalému činu nelze nic vytknout. V nejhorším zmizí u strýčka.
Re: Re: Re: Re: Chybička se vloudila.
Florian Stanislav,2018-01-02 09:55:47
Ano.
Vodík spalné teplo 141 900 [kJ/kg] = 12 760 [kJ/m³] (plyn, 20 °C) =12,76 MJ/m3 = 12,76 kJ/litr.
Výhřevnost pro vodík 119 MJ/kg nebo 10,7 MJ/m3 =10,7 kJ/litr
( https://www.vutbr.cz/www_base/zav_prace_soubor_verejne.php?file_id=17041)
Uvedený 0,9 litru vodíku za hodinu je (12 760*0,9)/3600 = 3,19 W, respektive výhřevnost (10700*0,9)/3600 = 2,675 W. Výkon 3 W je pro automobil málo. Elektrické koloběžky -výkon motoru např. 250 do 500 W, čili 10x víc.
Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce
