Question:
Comment fonctionne l'électrolyse de l'eau à haute fréquence?
Friend of Kim
2014-02-22 04:48:51 UTC
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J'ai lu qu'en combinant le courant continu avec un courant alternatif haute fréquence, l'électrolyse de l'eau s'accélère. Est-ce vrai? Dans ce cas, comment gaspiller moins d'énergie sous forme de chaleur? Ou est-ce simplement un catalyseur du processus?

Avez-vous une source pour cela? Aussi, que voulez-vous dire en combinant DC et AC? Je suppose que vous voulez dire un courant continu ondulé, c'est-à-dire un courant qui change sa tension au moyen d'un courant alternatif superposé sans changer de polarité?
Cinq réponses:
cbeleites unhappy with SX
2014-02-23 03:38:41 UTC
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Tout d'abord, jetez un œil à la page wikipedia sur l'électrolyse de l'eau.

  • J'aime aussi cette critique: Zoulias et al. : A Review on Water Electrolysis, TCJST, 4 (2) (2004) 41-71
    Plus précisément, ils répertorient un certain nombre d'installations réellement existantes (contexte: énergie renouvelable) et leur efficacité réellement atteinte.

  • L'accélération n'a pas forcément quelque chose à voir avec une plus grande efficacité. En électrolyse, c'est souvent l'inverse: si vous voulez extraire l'énergie libre maximale, vous devez faire la réaction infiniment lentement (bien que la thermodynamique ait un nom dynamique, elle regarde des processus infiniment lents).

  • Ainsi, accélérer généralement signifie que vous trouvez un moyen de mettre plus de puissance dans votre système. Le gros problème est de trouver un moyen de le faire sans perdre (trop) d'efficacité.

  • DC pulsé / modulé: en parcourant quelques articles, j'ai aimé celui-ci: Shimizu et al. : Une nouvelle méthode de génération d'hydrogène par électrolyse de l'eau à l'aide d'une alimentation à impulsions ultra-courtes, Journal of Applied Electrochemistry (2006) 36: 419–423, DOI 10.1007 / s10800-005-9090-

    Ils visent à éviter le situation de diffusion contrôlée en ayant les impulsions suffisamment courtes pour qu'aucune zone d'épuisement ne se produise.Regardez ces schémas:

    H2 output over input power efficiency over input power

    Donc, ils rapportent un réglage où l'électrolyse pulsée est en fait plus efficace que DC dans leur cellule.

    Il y a plus de recherches en cours à ce sujet, mais les articles que j'ai trouvés rapportaient une efficacité accrue par rapport à l'électrolyse DC pure, mais les rendements absolus sont d'environ 10%. Cependant, comparez leurs chiffres avec l'efficacité de 80% citée par la revue pour une électrolyse alcaline industrielle. Notez qu'une grande différence est la tension appliquée: pour le DC, elle est d'environ 1,85 à 2,05 V, donc beaucoup moins de surtension. Notez également que lorsqu'ils disent qu'une tension plus élevée accélère le transport des ions, alors cette surtension est convertie en chaleur (les ions font face au frottement dans le milieu lorsqu'ils voyagent) et donc fondamentalement perdue.

  • Une autre ligne qui semble réelle est que si vous passez à des températures plus élevées, une (petite) partie de l'énergie peut être fournie par la chaleur. Comme la chaleur est bon marché, cela peut aider. Il faut cependant être conscient que les calculs d'efficacité peuvent être effectués uniquement en ce qui concerne l'énergie électrique (en négligeant l'apport de chaleur) et donc sembler artificiellement beaux (comme les rendements des chaudières à condensation calculés par rapport au pouvoir calorifique inférieur).

  • J'ai trouvé un tas de déclarations absurdes sur Internet, à propos de la fréquence de résonance de l'eau aidant à briser les liens .

    • La première chose à réaliser ici est qu'il n'y a pas une fréquence de résonance de l'eau. Avec une énergie appropriée, vous pouvez exciter des états rotationnels, vibrationnels et électroniques (j'ai laissé de côté la traduction - il y a des énergies de transition minute). À température ambiante, vous pouvez dire en règle générale que la plupart des molécules seront dans un état de rotation excité, mais dans les états fondamentaux vibrationnels et électroniques. Les énergies d'excitation pour la rotation se situent dans la région des fréquences / énergie infrarouge lointain ou micro-ondes. Largement utilisé, par exemple au four à micro-ondes à 2,45 GHz ($ \ environ $ 12 cm). En fait, toute la région est pleine de bandes où l'eau absorbe. Notez que le chauffage de l'eau par micro-ondes ne provoque pas d'électrolyse. Les transitions vibrationnelles sont d'environ 2,9 μm = 105 THz = 3500 cm⁻¹ et 6 μm = 50 THz = 1635 cm⁻¹ avec de nombreuses combinaisons et harmoniques dans toute la région du proche infrarouge. De manière tout à fait exceptionnelle, la région visible est pratiquement exempte d'absorption d'eau. Les transitions électroniques (rupture des liaisons) nécessitent des énergies dans les UV , et ici nous rencontrons des bandes qui conduisent à une photodissociation , par ex. à 166 nm (extrait de Wikipedia). Cela correspond à 1,8 PHz = 1,8 $ \ cdot 10 ^ {15} $ Hz. Comparez cela aux kHz et MHz où votre lien revendique la dissociation.
  • Cela ne signifie pas que le DC pulsé ne peut pas aider, ni que la spectoscopie d'impédance ne donnera pas d'informations importantes. Mais les fréquences de résonance dans la gamme kHz sont des résonances électriques du circuit LC dépendant de la géométrie des cellules et des électrodes et des doubles couches électriques, etc.

  • Pour donner la «méthode», vous demandez des chiffres réels,

    • à la toute fin de la page Wiki, l'efficacité énergétique pour l'électrolyse de l'eau industrielle est citée généralement entre 50 et 80%.
    • Le papier propose alors de brûler le gaz dans une machine à combustion interne. Comme un tel processus stationnaire pourrait être ajusté pour que le moteur soit à son efficacité maximale, nous pouvons supposer ici un rendement de 1/3 ou 35%.
    • nous avons alors besoin d'un générateur pour convertir l'énergie mécanique en énergie électrique. Heureusement, cette étape est plutôt efficace. Disons, 95%.
    • Une pile à combustible serait plus efficace que la combinaison combustion-générateur: env. 40 à 60% selon Wikipedia.
    • Malheureusement, le chargement de la batterie n'est pas non plus efficace à 100%. Supposons que 80 à 90% (tiré de Wikipedia sur les batteries Li-ion) Pour les batteries chargées avec un courant (ou une densité de courant) plus élevé, l'efficacité est inférieure. Un exemple serait les batteries au plomb-acide utilisées dans les voitures. Wiki cite des efficacités entre 50 et 80%.

    En prenant ces chiffres ensemble, je conclus qu'après avoir parcouru une fois le cycle du «mobile perpétuel» proposé, 8 à 24% de l'énergie sont conservés dans un «état utile» tandis que 76 - 92% sont devenus de la chaleur. Avec la pile à combustible, nous pourrons peut-être «augmenter» l'efficacité énergétique à 43%.


Connaissances générales utiles (en plus de la loi de conservation de l'énergie)

  • Le système des brevets américain est différent de par exemple le système allemand des brevets en ce sens qu'ici, en Allemagne, la demande de brevet doit avoir une utilité commerciale / industrielle. Cela inclut un argument technique pourquoi cela fonctionne (selon les lois physiques). Un mobile perpétuel serait rejeté pour ces motifs (bien sûr, l'inventeur pourrait prouver son cas avec un prototype). Brevets américains pour ne pas avoir ce contrôle technique.

  • les générateurs (mécanique -> conversion électrique) sont des sources de courant , tandis que les batteries (cellules galvaniques) sont des sources de tension .

Sans être chimiste, je pensais que l'efficacité de l'électrolyse se mesurait par rapport à une quantité d'énergie idéale pour un fonctionnement parfaitement efficace, c'est-à-dire sans tenir compte du tout du potentiel énergétique des gaz générés. (Ce que je présumerais être énorme par rapport à l'énergie nécessaire pour les produire par électrolyse.) Par conséquent, il me semble illogique de comparer l'efficacité du processus d'électrolyse à l'efficacité de la combustion des gaz dans une machine à combustion interne afin de voir s'il y a un gain net, non?
@MikeNakis: Cette quantité idéale d'énergie ne représente généralement * que * le contenu énergétique du gaz produit (énergie chimique / enthalpie; la pression et / ou la température peuvent ou non être incluses, mais pour l'hydrogène ou l'hydrogène + oxygène, elles sont très faibles par rapport à la énergie chimique = votre potentiel). Ainsi, 45% d'efficacité dans le diagramme (b) ci-dessus signifie qu'un peu moins de la moitié de l'énergie électrique qu'ils mettent dans la cellule finit sous forme d'énergie chimique des produits; les pertes (chaleur) ne sont en effet pas négligeables mais un peu supérieures à l'énergie stockée chimiquement dans le gaz produit.
"illogique de comparer l'efficacité du processus d'électrolyse à l'efficacité de la combustion des gaz dans une machine à combustion interne afin de voir s'il y a un gain net" Ce serait en effet illogique - ne serait-ce que parce qu'en vertu de la loi de la conservation de l'énergie, il * ne peut pas * être un gain net. Mais l'OP lié à un cycle d'hydrolyse -> (stockage de gaz) -> combustion -> générateur électrique -> (batterie de stockage) -> hydrolyse à nouveau. Et pour cela, vous pouvez calculer la quantité d'énergie restante après un tour. (Ou combien d'énergie vous devez «payer» pour cette option de stockage).
hmmm, je n'ai pas de sens, mais c'est presque certainement à cause de ma compréhension incomplète des processus impliqués et même de la terminologie utilisée. Mais merci d'avoir essayé. Je pense qu'il sera très inefficace d'essayer de comprendre ces questions en échangeant des commentaires. Je vais essayer de trouver quelqu'un pour me l'expliquer dans une conversation. Encore une fois, merci. À votre santé!
Je conviens que, s'il y avait des améliorations apportées en utilisant des impulsions ou du courant alternatif dans l'hydrolyse, cela ne pourrait avoir rien à voir avec la fréquence de résonance. Logiquement, puisque DC n'avait pas de fréquence, et qu'il rompt les liaisons, il le fait d'une manière non résonnante, par conséquent, il semblerait inutile de tenter toute sorte de modification de fréquence. Cela dit, peut-être que la pulsation pourrait améliorer les résultats, mais mécaniquement (acoustiquement?), Comme en créant plus de surface pour l'hydrolyse (rendant simplement l'électrolyse DC plus efficace). Je ne sais pas.
En ce qui concerne la surface (des électrodes), l'augmenter aide, mais l'augmenter de plusieurs ou centaines d'ordres de grandeur, par exemple, par l'ajout d'un catalyseur (le catalyseur agissant comme des billions d'électrodes nanoscopiques) devrait grandement améliorer la réaction . C'est drôle, il y a une étude qui montre juste cela, ici: http: //www.labmanager.com/news/2016/12/new-approach-to-water-splitting-could-improve-hydrogen-production#.WFmrT33fRLF
Klaus-Dieter Warzecha
2014-02-22 12:36:25 UTC
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Depuis le site que vous avez lié:

Une batterie serait utilisée comme source d'énergie électrique qui séparerait l'hydrogène / oxygène en gaz. Les gaz alimenteraient alors un moteur à combustion interne, qui alimenterait un générateur pour recharger continuellement la batterie et fournir de l'énergie mécanique utilisable. Si ce type de moteur peut fonctionner, la crise énergétique sur cette planète sera terminée pour toujours.

On dirait que quelqu'un propose un moteur à mouvement perpétuel du premier type fort>. Je suis très impressionné! Le reste sur cette page est techno-babillage de la même qualité.

Modifier Cela ne veut pas dire qu'il n'y a peut-être pas de recherche sérieuse sur l'électrolyse utilisant autre chose que le CC constant, par exemple PWM (modulation de largeur d'impulsion).

Une recherche rapide (il peut y avoir d'autres sources) a donné:

K. Mazloomi, N. Sulaiman, S. A. Ahmad, N. A. Yunus, Analyse de la réponse en fréquence d'une cellule d'électrolyse de l'eau, Int. J. Electrochem. Sci. , 2013 , 8 , 3731-3739, PDF

Oui, ce que vous avez cité ici dit en fait que c'est un moteur à mouvement perpétuel, ce qui est bien sûr impossible. Je suis juste curieux de savoir s'il est vrai que vous avez besoin de moins d'énergie pour rompre les liens si vous utilisez un courant continu ondulé. Ce n'est pas la seule source que j'ai trouvée. Je ne suis instruit dans aucun de ces domaines, il est donc difficile de savoir ce que tout le monde fait. Certaines personnes prétendent utiliser un courant à haute fréquence. Je pense que cela pourrait être juste un transformateur fait maison avec un transistor pour maintenir le flux. Ils affirment que cela nécessite moins d'énergie par litre de $ \ ce {H2} $ qu'en utilisant un flux continu continu.
Il m'a semblé que cette source a été écrite par quelqu'un sans aucune connaissance de la physique, et n'est qu'un résumé de quelque chose d'autre que cette personne a lu, c'est pourquoi je suis curieux de savoir si c'est vrai ou non. Dans la physique à grande échelle, comme les ponts, la fréquence de résonance peut briser d'énormes ponts. Cela s'applique-t-il aux liaisons moléculaires?
Les liaisons @FriendofKim: se brisent avec une vague d'énergie appropriée: en quelque sorte la photochimie fait exactement cela. Jetez un œil sur http://en.wikipedia.org/wiki/Visual_cycle La lumière de fréquence appropriée est absorbée, la lumière qui est (trop) loin du maximum d'absorption ne l'est pas. L'énergie absorbée conduit à une isomérisation. Vous pouvez dire que a π -> π * correspond à la rupture de la double liaison (pas la liaison simple, cependant).
Aha, donc ceux qui utilisent une source CC ondulée ne pourraient pas créer une résonance comme le vent le fait avec un pont. Il serait logique, cependant, qu'il existe un moyen de faire l'électrolyse de manière plus efficace. Une grande partie de l'énergie va directement dans la chaleur. Nous devons "juste" trouver comment utiliser plus de cette énergie pour séparer les molécules d'eau.
@FriendofKim: vous obtenez la résonance électrique LC en raison de la capacité de la double couche. Mais c'est beaucoup (9) ordres de grandeur loin de l'énergie de dissociation. Le DC pulsé a quelques points, mais * pas * des liaisons de rupture ou d'affaiblissement.
Mikkel Revesen
2016-10-06 23:40:15 UTC
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Je suis désolé de ne pas avoir de réponse claire pour vous, électrolyse avec un signal modulé inhabituel. C'est un domaine dont beaucoup restent éloignés à moins qu'ils ne souhaitent une fourche scientifique. Il est donc difficile de trouver des expériences spécifiques qui ne soient pas complètement quasi scientifiques dans leur nature. Mais j'ai quelque chose à ajouter à la réponse la plus longue ici: "... Les transitions électroniques (rupture des liaisons) ont besoin d'énergies dans les UV, et ici nous rencontrons des bandes qui mènent à la photodissociation, par exemple à 166 nm (tiré de Wikipedia). correspond à 1,8 PHz = 1,8⋅1015 Hz. Comparez cela au kHz et au MHz ... ".. eh bien, je viens de le faire - et même s'ils sont à des kilomètres l'un de l'autre sur le spectre - à partir du résultat du test pulsé de 17 kHz que vous avez publié. étaient plus efficaces que le courant continu ordinaire - dans un système harmonique, ils ne pouvaient pas être beaucoup plus proches .. (18phz - 17khz) ce qui pourrait vous faire vous demander si cette configuration particulière que vous avez mentionnée atteint un état de résonance non seulement dans le circuit électrique (que je d'accord avec vous est un facteur déroutant pour de nombreux expérimentateurs profanes). Si vous pouviez modifier une configuration pour obtenir une résonance à la fois dans le réservoir LC et au niveau des harmoniques atomiques, cela devrait être assez efficace, n'est-ce pas? De plus, au cours des 100 dernières années, on a pensé que les EE combattaient tous les types de résonants qui pourraient freiner notre électronique fragile, lorsque nous commençons à examiner ce qui peut être fait avec des systèmes résonnants, il y a beaucoup de gain d'efficacité à obtenir. C'est la principale chose que Tesla a essayé de nous dire, et est également connue des premiers techniciens de la radio, mais elle s'est perdue à l'ère numérique, ou plutôt transférée à la science optique / nucléaire à bien des égards. Bien sûr, lorsque vous vous déplacez dans une zone infestée de superstition et de faux - mais aussi de stigmatisation, très peu de scientifiques sérieux (à l'exception de quelques courageux et des militaires) veulent y toucher ou encore moins publier des résultats expérimentaux non linéaires, même si il reste beaucoup de phénomènes à explorer et à inclure dans les manuels. Et certaines personnes aiment ça. Alors continuez à regarder, avec vos sceptacles, le scientifique le plus stupide est celui qui pense qu'il sait tout.Nous rions de ce que la science de l'absurdité nous croyait vrai il y a 100 ans, et vous pouvez être sûr à 100% que nous allons encore rire dans une centaine d'années, à propos de certaines choses que l'on pense aujourd'hui dans les universités.

C'est un peu difficile à analyser. Pouvez-vous modifier votre réponse pour aborder les points saillants de la requête du PO? Dans l'état actuel des choses, il s'agit d'un paragraphe permanent et de non-réponse à la limite.
Dave
2017-10-11 18:42:00 UTC
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Parmi les mumbo jumbo "scientifiques" que j'ai entendus ici, la plupart des commentateurs ont manqué quelques faits clés.

1) la plupart des gains en électrolyse sont réalisés à une tension extrêmement élevée et à des ampères extrêmement faibles. Cela met en place un état de capacité chargé où l'hydrogène et l'oxygène sont attirés vers le point de rupture proche de là charges respectives.

2) concernant la fréquence, il ne s'agit pas d'absorption d'énergie. Il s'agit de créer une fréquence de base dans un ou plusieurs atomes de la molécule, puis de la frapper avec une brève impulsion de fréquence secondaire pour provoquer un effet d'éclatement un peu comme lorsqu'un chanteur d'opéra brise un verre de cristal.

L'idée ici serait d'ajouter un isolant à la plaque chargée positive et négative, en les scellant par exemple dans une fine couche de plastique ou autre matériau non conducteur. Ensuite, établissez un courant continu pulsé de base, de préférence un qui résonne de la fréquence de base naturelle de cet atome. Ensuite, en utilisant par intermittence une fréquence secondaire supérieure ou inférieure pour déclencher un effet d'éclatement sur la molécule.

Robert lalum
2014-10-26 15:57:56 UTC
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Je suis physicien en plasma magrav. et quelque chose à essayer serait de prendre un tube de cuivre et de le remplir avec des aimants en néodyme qui ressemblent à un beignet. scellez les deux extrémités du tube en cuivre. 1 et doit être scellé de façon permanente. nano-enduire l'extérieur en utilisant la méthode de vaporisation. cela prendra environ deux semaines. une fois que cela a été fait, descellez l'extrémité qui n'est pas scellée en permanence et retirez les aimants. souder un fil à l'intérieur du tube nano-revêtu quelle que soit la longueur du fil dont vous pourriez avoir besoin. faire de l'oxyde de cuivre gazeux à l'état nano et remplir le tube à 30% de ce matériau, le compléter avec de l'eau distillée. prenez un fil de zinc ou un fil de nickel et insérez-le dans le tube pour faire une sonde aussi longue que nécessaire. ajoutez maintenant un fil de cuivre au centre et gardez le fil de cuivre et le fil de nickel ou de zinc loin des parois du tube de cuivre et de se toucher et scellez le dessus avec de la cire ou de l'époxy ou une autre méthode de votre choix. ce que cela fera, c'est que cela vous donnera la possibilité de tirer une tension alternative et continue. avec ceci placé dans l'eau avec les fils sortant même partiellement dans l'eau, vous serez en mesure de mesurer la fréquence de cette eau à ce volume, puis de déterminer les propriétés nécessaires à votre électrolyse pour la rendre la plus efficace.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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