Dergiler / Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi / 2021 / Cilt: 36 - Sayı: 4
Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi
- Sayfa
- 2109–2120
- DOI
- —
Özet
Yüksek sıcaklıkta yüksek verimle suyun elektrolizi işlemini sağlayan katı oksit elektrolizörler (KOE) özellikle nükleer reaktörler, fabrikalar yüksek sıcaklık uygulamalarına sahip ergitme hatları gibi uygulamalardaki proses ısıları ile kullanılarak hidrojen üretimi sağlayabilmeleri sebebiyle en ekonomik hidrojen üretim sistemlerinden birisi olarak görülmektedirler. Bu çalışmada, katot destekli bir KOE sayısal olarak modellenerek farklı çalışma koşullarının performansını nasıl etkilediği ve hücre içerisinde reaktant ve ürün konsantrasyonunun nasıl değiştiği incelenmiştir. Hücre çalışma sıcaklığı 800 oC’den 900 oC’ye arttırılması ile kanal içerisindeki hız dağılımında 0,24 m sn-1 artık olurken hidrojen üretiminde 2,51 mol m-3’lük bir artış meydana gelmiştir. Sıcaklık değerinin 600-1000 oC arasında değişimi ile hücre performansında on katın üstünde artış meydana gelmiştir. Ayrıca elde edilen simülasyon sonuçlarına göre kanal içerisindeki hidrojen ve su buharı konsantrasyonlarının değişimleri de gözlemlenebilmiş ve yüksek sıcaklıklarda yüksek molar akı ve konsantrasyonda hidrojenin kanal ve katot elektrot içerisinde dağılabildiği gözlemlenmiştir.
Abstract
Solid Oxide Water Electrolyzers (SOECs) provide high temperature water electrolysis in high efficiency. They are seen as one of the most economical hydrogen production method due to their integration on nuclear power plants’ and industrial melting furnaces’ process heat. In this study, a cathode supported SOEC is numerically modelled to investigate the effect of different conditions on the cell performance. Increasing the cell operating temperature from 800 oC to 900 oC, velocity inside the channel is increased about 0.24 m s-1. On the other hand, hydrogen production amount is increased 2.51 mole m-3. In addition, between 600-1000 oC temperature values, cell performance is increased around ten times. Moreover, in simulation results, hydrogen, and water vapor concentration are observed and in higher temperatures, further molar fraction and concentration values are observed for hydrogen gas inside the channel and cathode electrode.