Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi
Yıl: 2021 Cilt: 36 Sayı: 4 Sayfa Aralığı: 2109 - 2120 Metin Dili: Türkçe DOI: 10.17341/gazimmfd.852230 İndeks Tarihi: 29-07-2022
Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi
Öz: 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.
Anahtar Kelime: Modelling of a Solid Oxide Water Electrolyzers and Investigation of the Cell Performance on Different Working Conditions
Öz: 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.
Anahtar Kelime: Belge Türü: Makale Makale Türü: Araştırma Makalesi Erişim Türü: Erişime Açık
- 1. UstaY., Köylü A., Investigations on production parameters of porous stainless steel surfaces used on fuel cells, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 27 (2), 265-274, 2012.
- 2. Özkan G., Özkan G., Şahbudak B., The effect of water/ethanol mol ratio to h2 yield and selectivity for hydrogen production from reforming of ethanol with the pd-nio, ni-cu-pd/activated carbon catalysts, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 31 (2),417-424, 2016.
- 3. Winter, C.-J., Hydrogen energy-Abundant, efficient, clean: A debate over the energy-system-of-change, International Journal of Hydrogen Energy, 34 (14), S1- S52, 2009.
- 4. Jin, X. ve Xue, X., Computational fluid dynamics analysis of solid oxide electrolysis cells with delaminations, International Journal of Hydrogen Energy, 35 (14), 7321-7328, 2010.
- 5. Arbağ H., Yaşyerli S., Yaşyerli N., Gülşen D., Doğu T., Effect of reduction and reaction temperature on activities of mesoporous alumina supported nickel catalysts and coke formation in dry reforming of methane, Journal of the Faculty of Engineering and Architecture of Gazi University, 33 (1), 63-73, 2018.
- 6. Nerat, M. ve Juričić, Đ., Modelling of anode delamination in solid oxide electrolysis cell and analysis of its effects on electrochemical performance, International Journal of Hydrogen Energy, 43 (17), 8179-8189, 2018.
- 7. Heidari, D., Javadpour, S. ve Chan, S.H., Optimization of BSCF-SDC composite air electrode for intermediate temperature solid oxide electrolyzer cell, Energy Conversion and Management, 136, 78-84, 2017.
- 8. Yan, J., Chen, H., Dogdibegovic, E., Stevenson, J.W., Cheng, M. ve Zhou, X.-D., High-efficiency intermediate temperature solid oxide electrolyzer cells for the conversion of carbon dioxide to fuels, Journal of Power Sources, 252, 79-84, 2014.
- 9. Yang, X., ve Irvine, J. T. (La 0.75 Sr 0.25) 0.95 Mn 0.5 Cr 0.5 O 3 as the cathode of solid oxide electrolysis cells for high temperature hydrogen production from steam. Journal of Materials Chemistry, 18 (20), 2349-2354, 2008.
- 10. Naterer, G., Fowler, M., Cotton, J. ve Gabriel, K., Synergistic roles of off-peak electrolysis and thermochemical production of hydrogen from nuclear energy in Canada, International Journal of Hydrogen Energy, 33 (23), 6849-6857, 2008.
- 11. Riedel, T., Claeys, M., Schulz, H., Schaub, G., Nam, S. S., Jun, K. W., ... ve Lee, K. W., Comparative study of Fischer–Tropsch synthesis with H2/CO and H2/CO2 syngas using Fe-and Co-based catalysts. Applied Catalysis A: General, 186 (1-2), 201-213, 1999.
- 12. Schlitzberger, C., Brinkmeier, N. O., ve Leithner, R., CO2 capture in sofc by vapor condensation and ch4 production in soec storing excess electricity. Chemical Engineering & Technology, 35 (3), 440-444, 2012.
- 13. Sridhar, K. R., ve Vaniman, B. T., Oxygen production on Mars using solid oxide electrolysis. Solid State Ionics, 93 (3-4), 321-328. 1997.
- 14. Laguna-Bercero, M., Campana, R., Larrea, A., Kilner, J. ve Orera, V., Electrolyte degradation in anode supported microtubular yttria stabilized zirconia-based solid oxide steam electrolysis cells at high voltages of operation, Journal of Power Sources, 196 (21), 8942-8947, 2011.
- 15. Fogel, S., Kryk, H. ve Hampel, U., Simulation of the transient behavior of tubular solid oxide electrolyzer cells under fast load variations, International Journal of Hydrogen Energy, 44 (18), 9188-9202, 2019.
- 16. Ni, M., Leung, M.K. ve Leung, D.Y., A modeling study on concentration overpotentials of a reversible solid oxide fuel cell, Journal of Power Sources, 163 (1), 460- 466, 2006.
- 17. Grondin, D., Deseure, J., Brisse, A., Zahid, M. ve Ozil, P., Simulation of a high temperature electrolyzer, Journal of Applied Electrochemistry, 40 (5), 933-941, 2010.
- 18. Stempien, J.P., Sun, Q. ve Chan, S.H., Solid oxide electrolyzer cell modeling: A review, Journal of Power Technologies, 93 (4), 216-246, 2013.
- 19. Hussain, M., Li, X. ve Dincer, I., Mathematical modeling of planar solid oxide fuel cells, Journal of Power Sources, 161 (2), 1012-1022, 2006.
- 20. Jin, X. ve Xue, X., Mathematical modeling analysis of regenerative solid oxide fuel cells in switching mode conditions, Journal of Power Sources, 195 (19), 6652- 6658, 2010.
- 21. Shi, Y., Cai, N. ve Li, C., Numerical modeling of an anode-supported SOFC button cell considering anodic surface diffusion, Journal of Power Sources, 164 (2), 639-648, 2007.
- 22. Weber, A.Z. ve Newman, J., Modeling gas-phase flow in porous media, International Communications in Heat and Mass Transfer, 32 (7), 855-860, 2005
| APA | KAYA M (2021). Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. , 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| Chicago | KAYA Mehmet Fatih Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. (2021): 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| MLA | KAYA Mehmet Fatih Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. , 2021, ss.2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| AMA | KAYA M Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. . 2021; 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| Vancouver | KAYA M Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. . 2021; 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| IEEE | KAYA M "Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi." , ss.2109 - 2120, 2021. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| ISNAD | KAYA, Mehmet Fatih. "Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi". (2021), 2109-2120. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.852230 |
| APA | KAYA M (2021). Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36(4), 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| Chicago | KAYA Mehmet Fatih Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36, no.4 (2021): 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| MLA | KAYA Mehmet Fatih Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, vol.36, no.4, 2021, ss.2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| AMA | KAYA M Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| Vancouver | KAYA M Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi. Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi. 2021; 36(4): 2109 - 2120. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| IEEE | KAYA M "Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi." Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi, 36, ss.2109 - 2120, 2021. 10.17341/gazimmfd.852230 |
| ISNAD | KAYA, Mehmet Fatih. "Bir katı oksit elektrolizörün sayısal modellenmesi ve farklı çalışma koşullarındaki performansının incelenmesi". Gazi Üniversitesi Mühendislik Mimarlık Fakültesi Dergisi 36/4 (2021), 2109-2120. https://doi.org/10.17341/gazimmfd.852230 |
