Performance Analysis of Polymer-Electrolyte Water Electrolysis Cell at a Small-Unit Test Cell and Performance Prediction of Large Stacked Cell

电解质 材料科学 聚合物电解质膜电解 电流密度 电解槽 热力学 吸热过程 化学 机械 核工程 电解 电极 吸附 物理 工程类 量子力学 物理化学 有机化学
作者
Kazuo Onda,Toshio Murakami,Takeshi Hikosaka,Misaki Kobayashi,Ryouhei Notu,Kohei Ito
出处
期刊:Journal of The Electrochemical Society [Institute of Physics]
卷期号:149 (8): A1069-A1069 被引量:129
标识
DOI:10.1149/1.1492287
摘要

Recently the hydrogen energy system has been proposed as a countermeasure for the depletion of fossil fuel and global warming. The polymer electrolyte electrolysis cell (PEEC) can efficiently produce pure hydrogen under high current density. To design a PEEC properly and to optimize its operating conditions we have measured and analyzed the PEEC performance. Using measured overpotentials we have made a two-dimensional simulation code for PEEC. Calculated results show that the profile of current density and temperature are constant along the water flow direction, because the exothermic heat from overpotentials is almost canceled out by the endothermic heat of both entropy change and evaporation, and by heat transfer to the constant-temperature separators, resulting in a constant water-electrolyzing potential along the flow direction. The current densities measured at a segmented-electrode cell agreed well with the calculated values. By applying this simulation code to a large unit-cell with adiabatic boundary conditions, we have predicted the performance of a large stacked PEEC having an electrode length of 1 m. The predicted cell temperature and current density increase only a little along the flow direction. Under operating conditions with high pressure, the endothermic heat of water evaporation decreases greatly and the cell temperature is apt to increase downstream compared to the atmospheric operation. © 2002 The Electrochemical Society. All rights reserved.
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