多物理模型揭示了电解质中浮力驱动对流的影响

氢可以用可再生能源以气候中立的方式生产，并可能对未来的能源系统做出重大贡献。其中一种选择是利用阳光进行电解水分解，可以通过将太阳能电池与电解器耦合或直接在光电化学(PEC)电池中进行。

吸收光的半导体用作光电极。它们被浸泡在由强酸或强碱混合而成的电解质溶液中，其中含有高效电解所必需的高浓度质子或氢氧根离子。

然而，在大型工厂中，出于安全考虑，使用ph值接近中性的电解质溶液是合理的。这种溶液的质子和氢氧根离子浓度低，导致质量传输受限，性能较差。了解这些限制对于设计安全、可扩展的PEC水分离装置至关重要。

来自HZB太阳能燃料研究所的Fatwa Abdi博士领导的团队现在首次研究了电解过程中整个电池的液体电解质的行为:在荧光pH传感器箔的帮助下，Abdi团队的博士后Keisuke Obata博士测定了PEC电池在电解过程中阳极和阴极之间的局部pH值。

PEC细胞充满了pH值接近中性的电解质。科学家们通过实验观察了阳极附近pH值的降低和阴极附近pH值的增加。有趣的是，他们观察到电解过程中电解质的顺时钟运动。

这种现象可以用浮力来解释，这是由于电化学反应过程中导致对流的电解质密度的变化造成的。“令人惊讶的是，电解质密度的微小变化(~0.1%)会导致这种浮力效应，”Abdi说。

同时，Abdi和他的团队开发了一个多物理模型来计算电化学反应引起的对流。“我们已经彻底测试了这个模型，现在可以提供一个强大的工具来模拟预先使用各种电解质的电化学电池中的自然对流，”Abdi说。

为了这个项目，Abdi已经建立了一个“太阳能燃料设备设施HZB是亥姆霍兹能源材料铸造厂(HEMF)的一部分，这是一个向其他科学家开放的大型基础设施。欧洲杯足球竞彩这项研究也是在UniSysCat卓越集群的框架内与柏林工业大学合作进行的。

“通过这项工作，我们将在光电化学反应器工程方面扩大我们的材料科学专业知识，欧洲杯足球竞彩这是扩欧洲杯线上买球大太阳能燃料设备规模的关键下一步。”HZB太阳能燃料研究所负责人Roel van de Krol教授说。

来源:https://www.helmholtz-berlin.de/