利用超声波电极进行碱性水电解制氢效率的初步研究

Christian Matheus Barbosa de Menezes, D. M. Sobral, Natalia Cristina Barbosa Menezes, Alane Carvalho Barbosa, Leonardo Bandeira dos Santos, M. Benachour, Valdemir Alexandre dos Santos
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A coleta de hidrogênio produzido foi realizada através de um sistema de deslocamento de água. O planejamento experimental seguiu um delineamento fatorial completo, com análise dos dados por meio de variância (ANOVA) e comparação de médias (Tukey). Foi evidenciado que a aplicação de ultrassom diretamente no eletrodo pode melhorar significativamente a eficiência da eletrólise, reduzindo a sobretensão e as resistências, e acelerando a formação de microbolhas de hidrogênio, resultando em um aumento de até 28% na produção de hidrogênio. Destaca-se a importância de otimizar parâmetros como a frequência e intensidade ultrassônica e a concentração do eletrólito, oferecendo uma abordagem promissora para tornar a produção de hidrogênio verde mais viável e econômica. 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摘要

本研究介绍了利用超声波电极提高碱性水电解生产绿色氢气效率的研究。这项工作的目的是研究使用超声波电极电解碱性水的效率,重点是绿色制氢和环境可持续性。研究方法包括使用不锈钢电解槽、316L 不锈钢电极和 30%(重量比)KOH 电解溶液。使用功率为 20 瓦、频率为 40 千赫的超声波发生器,将超声波直接作用于电极。产生的氢气通过水置换系统收集。实验设计采用全因子设计,数据分析采用方差分析(ANOVA)和均值比较(Tukey)。实验结果表明,将超声波直接作用于电极可显著提高电解效率,降低过压和电阻,加速氢气微气泡的形成,从而使氢气产量提高 28%。优化超声波频率和强度以及电解质浓度等参数的重要性显而易见,这为提高绿色制氢的可行性和经济性提供了一种前景广阔的方法。建议在今后的研究中探索不同的电极材料,并将这一技术整合到可再生能源系统中。
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Estudo preliminar da eficiência da eletrólise alcalina da água para produção de hidrogênio utilizando eletrodo ultrassônico
Este estudo apresenta uma pesquisa sobre o aumento da eficiência da eletrólise alcalina da água para produção de hidrogênio verde, utilizando eletrodo ultrassônico. O objetivo do trabalho foi investigar a eficiência da eletrólise alcalina da água utilizando eletrodos ultrassônicos, com foco na produção de hidrogênio verde e na sustentabilidade ambiental. A metodologia envolveu a utilização de uma célula eletrolítica de aço inoxidável, eletrodos de aço inoxidável 316L, e solução eletrolítica de KOH a 30% (p/p). Foi utilizado um gerador de ultrassom com potência de 20W e frequência de 40kHz, aplicando-se ultrassom diretamente ao eletrodo. A coleta de hidrogênio produzido foi realizada através de um sistema de deslocamento de água. O planejamento experimental seguiu um delineamento fatorial completo, com análise dos dados por meio de variância (ANOVA) e comparação de médias (Tukey). Foi evidenciado que a aplicação de ultrassom diretamente no eletrodo pode melhorar significativamente a eficiência da eletrólise, reduzindo a sobretensão e as resistências, e acelerando a formação de microbolhas de hidrogênio, resultando em um aumento de até 28% na produção de hidrogênio. Destaca-se a importância de otimizar parâmetros como a frequência e intensidade ultrassônica e a concentração do eletrólito, oferecendo uma abordagem promissora para tornar a produção de hidrogênio verde mais viável e econômica. Sugere-se a exploração de diferentes materiais de eletrodos e a integração desta tecnologia em sistemas de fontes renováveis de energia para futuras pesquisas.
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