Remark un petit « écart » rapproche le stockage de l’énergie verte par électrolyse

L’hydrogène vert est un sérieux prétendant pour devenir un vecteur d’énergie renouvelable. Par exemple, nous pouvons les utiliser pour stocker l’énergie solaire et éolienne pendant les périodes de pointe afin d’exploiter l’énergie lorsque le soleil ne brille pas et que le vent est calme. Cela nécessite davantage d’électrolyseurs capables de gérer de manière efficace et bendy les fluctuations de l’alimentation électrique.

Cependant, les électrolyseurs qui peuvent réellement le faire utilisent des matières premières rares et coûteuses pour leurs électrodes, telles que le platine et l’iridium, tandis que les électrolyseurs alcalins plus abordables ont du mal à fonctionner de manière bendy. C’est là qu’une équipe de chercheurs de los angeles TU/e, dirigée par Thijs de Groot (génie chimique et chimie), aurait pu trouver une answer.

Dans los angeles recherche de answers viables dans le cadre de los angeles transition énergétique, l’accessory n’est pas uniquement mis sur los angeles recherche de assets d’énergie durables. En fait, les answers qui nous permettent de stocker efficacement l’énergie sont essentielles à los angeles gestion des pics et des creux de l’offre et de los angeles demande d’énergie.

Une answer explorée est l’hydrogène. Celui-ci peut être produit relativement facilement à partir de l’eau par électrolyse et peut ensuite être stocké ou utilisé comme flamable ou matière première pour l’industrie.

Sans wonder, de nombreuses recherches ont été menées sur l’électrolyse, notamment sur los angeles manière de rendre cette technologie abordable, sturdy et adaptée à des approvisionnements électriques très variables. Chez TU/e, nous effectuons également de nombreuses recherches à ce sujet, comme le montre notre aperçu clair de 2021.

Comme le montre cet article, les électrolyseurs alcalins abordables et durables ont du mal à gérer une alimentation électrique bendy. Il n’est pas étonnant que de Groot – qui a récemment commencé à travailler à temps plein à los angeles TU/e ​​​​en tant que professeur agrégé d’ingénierie des procédés durables – et son équipe aient concentré leur consideration sur cette query précise.

“Vous pouvez fabriquer des électrolyseurs alcalins avec des matières premières relativement bon marché, ce qui les rend très adaptés en tant qu’choice sturdy”, explique De Groot. “C’est exactement pourquoi j’ai voulu les étudier : pour voir si nous pouvions les rendre adaptés au stockage bendy de l’énergie. ” » .

Défi : fuite d’hydrogène

Alors, quelle est los angeles selected los angeles plus difficile à propos de ces électrolyseurs alcalins ? Pour répondre à cette query, il faut revenir à l’essentiel de ce qui se passe dans un électrolyseur, où los angeles cathode et l’anode sont placées dans une answer saline avec une membrane entre elles. Si vous appliquez suffisamment de stress, le courant circule ; Hydrogène (h₂) se forme à los angeles cathode et de l’oxygène (O₂) à l’anode.

L. a. membrane est censée empêcher l’hydrogène et l’oxygène de se réunir. Cependant, aucune membrane n’est succesful de séparer parfaitement l’oxygène et l’hydrogène, ce qui peut créer des eventualities dangereuses.

Le threat est que l’hydrogène s’échappe à travers los angeles membrane et se retrouve du côté de l’oxygène (ce qu’on appelle los angeles traversée de l’hydrogène). Si los angeles quantité d’hydrogène dans l’oxygène dépasse 4 %, un mélange explosif est créé.

Les fuites d’hydrogène se produisent toujours dans une certaine mesure, mais sont particulièrement dangereuses lorsque l’électrolyseur ne fonctionne pas à pleine capacité. Dans ce cas, moins d’oxygène est produit, donc l’hydrogène qui s’échappe à travers los angeles membrane n’est pas aussi fortement dilué. L. a. focus se rapproche alors plus rapidement de los angeles limite explosive.

Pour atténuer ce risque, il est désormais préférable de faire fonctionner l’électrolyseur alcalin à pleine capacité. Il peut être légèrement augmenté ou diminué, mais ne peut pas gérer de grands changements soudains. Cela rend plus difficile leur connexion directe aux parcs solaires ou éoliens.

Il est également difficile de faire fonctionner des électrolyseurs à hydrogène à très haute pression automobile davantage d’hydrogène s’échappera à travers los angeles membrane. Mais peut-être que le changement arrive.

L. a. answer : gérer l’écart

Pour améliorer los angeles flexibilité des électrolyseurs alcalins et garantir leur fonctionnement sûr lorsqu’ils sont connectés à une alimentation variable, nous visons à contrôler l’intercalation de l’hydrogène. L’espace entre los angeles membrane et los angeles cathode – l’interstice – est pour cela très essential.

Dans le passé, des recherches ont été menées sur ces lacunes dans les électrodes. Ces études portaient principalement sur l’efficacité de l’électrolyse. Cette efficacité est maximale lorsque l’écart à los angeles cathode est nul.

Cependant, s’il n’y a pas d’espace, une grande partie du gaz traversera los angeles membrane. Cela est dû à une sursaturation en hydrogène à proximité de los angeles membrane. L. a. sursaturation est le même phénomène qui se produit lorsque vous ouvrez une bouteille de bière ou de boisson gazeuse. Il faut donc réduire cette sursaturation si vous souhaitez rendre votre électrolyseur plus bendy sans risque d’explosion.

“C’est pour cette raison que Rodrigo Lira García Barros, doctorant et premier auteur de l’article, a systématiquement étudié l’effet de los angeles taille des écarts au cours de ses recherches doctorales”, explique De Groot. l’hydrogène se déplace à travers los angeles membrane et les performances de l’analyseur. “” Électricien.

Lira García Barros et de Groot ont supervisé Joost Krakman, étudiant à los angeles maîtrise, qui a développé un modèle d’intercalation de l’hydrogène et a également conçu le groupe de recherche. L. a. plupart des mesures ont été effectuées par Karlin Sebrechts, étudiante de premier cycle. Les résultats sont publiés dans Magazine world de l’énergie hydrogène.

“Il s’est ensuite avéré qu’en ayant un espace petit mais mesurable au niveau de los angeles cathode, nous pouvions réduire considérablement les fuites d’hydrogène à travers los angeles membrane – et avec une perte de performances applicable ! Au ultimate, vous vous retrouvez avec un appareil plus fonctionnel et plus fonctionnel”, explique de Groot. “Quelque selected, un électrolyseur plus bendy.”

“C’est le résultat de notre analyse scientifique, il est donc temps maintenant de passer à l’étape suivante : créer une preuve de idea. C’est ce que nous ferons dans notre laboratoire, avec lequel nous espérons pouvoir prouver que l’électrolyseur bendy est évolutif dans l’industrie.

Les électrolyseurs évolutifs peuvent également être fabriqués en différentes tailles. Par exemple, de très grandes centrales pourraient être utilisées pour le stockage centralisé de l’énergie, tout comme les centrales électriques fonctionnent désormais de manière centrale dans notre réseau, ou des centrales plus petites pourraient prendre en rate los angeles manufacturing d’électricité de pointe au niveau du quartier ou du parc éolien.

“Il devrait être imaginable de concevoir des électrolyseurs alcalins avec une plus grande flexibilité de rate en utilisant les électrodes et membranes commerciales existantes”, conclut Lira García Barros.

Prochaine étape : l’électrolyse haute pression

De Groot proceed de parler avec enthousiasme d’un nouveau projet européen également lancé à los angeles TU/e ​​: l’électrolyse à haute pression. “L’hydrogène libéré par l’électrolyse est un gaz. Mais le gaz ne peut être utilisé, stocké et transporté efficacement que s’il est stocké à une pression suffisamment élevée.”

“Nous avons actuellement besoin d’un compresseur pour cela, ainsi que de l’électrolyseur lui-même. Ces appareils sont chers, bruyants et peu fiables. Et si nous pouvions fabriquer un électrolyseur qui délivre instantanément de l’hydrogène à haute pression ?”

“Il y a quelques années, je pensais que ce ne serait pas imaginable, tout comme je pensais que nous ne serions pas capables de réaliser un électrolyseur alcalin ultra-flexible. Nous avons réussi à le faire, donc je cherche beaucoup hâte de retravailler avec les étudiants sur ce nouveau défi.” ”