Alkali elektrölizörlerde voltaj darbesinin hidrojen üretimi için gerekli olan enerjiye etkisi
The effect of pulse voltage at hydrogen production by alkaline water electrolyzers
Yazar: MHMD SALAH ALDIN ALBAWABIJI
Danışman: DOÇ. DR. NESRİN KAYATAŞ DEMİR
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2017
Konu: Enerji = Energy

Özet:
Hidrojen evrende genel olarak hidrokarbon ya da su bileşikleri halinde bulunur ve hidrojenin buradan ayrıştırılması için yeterli bir enerjiye ihtiyaç duyulmaktadır. Teorik olarak hidrojenin elde edilmesi için sisteme verilen enerji, elde edilen hidrojenin enerji yoğunluğundan daha fazladır. Pratikte gereken enerji ihtiyacını manyetik alan, mekanik karıştırma, ses, ışık ve voltaj darbesi gibi çeşitli fiziksel etkilerle performans artışı sağlanarak azaltmak mümkündür. Bu çalışmada, alkali su elektrolizörleri için geliştirilen elektronik devre sayesinde oluşturulan darbe voltajının etkisi deneysel incelenerek, optimum frekans ve voltaj ifadeleri ortaya çıkarılmıştır. Bu amaçla DC akımla sağlanan hidrojen üretimi voltaj darbeleriyle aynı voltajda sisteme sağlanarak tüketilen enerji ortaya hesaplanmıştır. Deneysel sonuçlardan ağırlıkça %10 potasyum hidroksit çözeltisi 6V'luk DC akımla hidrojen üretimi sağlandığında yaklaşık 40.3 J/ml enerji tüketimi gözlenmiştir. Ancak darbe voltajı durumunda yapılan deneylerde 220 kHz ve %10 görev döngüsü durumunda yaklaşık 31 J/ml enerji gereksinimi, aynı frekansta ve %50 görev döngüsü ile yaklaşık 37.7 J/ml enerji tüketimi olduğu görülmüştür. Aynı zamanda 1100 kHz'te ve %50 görev döngüsü ile de enerji tüketimi 31 J/ml olarak hesaplanmıştır. Sonuç olarak darbe voltajı sayesinde hücre voltajının düşmesi ve performans artışının sağlanabileceği görülmüştür.

Abstract:
On our Planet the hydrogen is mainly located in compounds such as hydrocarbons, water, etc. and proper energy needed to release hydrogen from them. In principle the amount of consumed energy is always greater than the energy which can be extracted from the hydrogen, in the real operating condition it is possible to reduce consumed energy by increasing water electrolysis cell performance to produce hydrogen by applying magnetic field to the electrolysis cell, mixing solution by mechanical method or by applying ultrasound wave to electrolysis cell, applying pulse voltage instead of DC voltage. In this study, the effect of the pulse voltage, which provided by the developed electronic circuit system for alkaline water electrolysis systems was revealed by examining the optimum frequency and duty cycle. For this purpose, the consumed energy by applying DC voltage and frequency controlled pulsed voltage to produce the same amount of hydrogen has been calculated. The result of this study, for alkaline water electrolysis by using wt%10 potassium hydroxide solution as an electrolyte and applying 6V DC voltage to the cell it consumed about 40.3 J to produce 1 ml of hydrogen while it consumed 31 J/ml by applying pulsed voltage at 220 kHz with %10 duty cycle, at the same frequency with %50 duty cycle it consumed 37.7 J/ml at the same time it consumed 31 J/ml at 1100 kHz with %50 duty cycle. As a result, the pulse voltage can decrease voltage drops and increase the cell performance.