The plasma discharges in the anodic and cathodic regimes of plasma driven solution electrolysis for hydrogen production

• Autorzy: Bespalko Sergii , Mizeraczyk Jerzy

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2022.09.26

Warianty tytułu

PL

Wyładowania plazmowe w anodowych i katodowych reżimach plazmowej elektrolizy roztworów do produkcji wodoru

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents results of the experimental study of the plasma discharges in the anodic and cathodic regimes of plasma-driven solution electrolysis (PDSE) in 10 wt% Na2CO3 aqueous solution. The study revealed features of the plasma discharge formation at the smaller electrode and values of the breakdown and discharge onset voltages for the anodic and cathodic regimes of PDSE. By applying the fast Fourier transformation analysis, the frequency characteristics of both plasma discharges were found. In the anodic regime of PDSE, the electrical discharge occurred at much higher frequencies (dozens of kHz), while in the cathodic regime at much lower frequencies (hundreds of Hz) but at higher amplitudes of the discharge current and voltage, resulting in higher electrical power dissipation. The applied optical emission spectroscopy (OES) showed emission lines of the hydroxyl (OH*), hydrogen (H*), and oxygen (O*) radicals formed as a result of the dissociation of the water molecules. The obtained results were discussed in terms of the hydrogen production efficiency by the PDSE method.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań eksperymentalnych wyładowań plazmowych w anodowym i katodowym reżimie plazmowej elektrolizy (PDSE) wodnego roztworu Na2CO3 (10% wag.). Badania ujawniły cechy powstawania wyładowań plazmowych na mniejszej elektrodzie. Wyznaczone zostały wartości napięć przebicia i początku wyładowania dla obu reżimów pracy PDSE. Stosując szybką analizę transformacji Fouriera, przebadano charakterystyki częstotliwościowe wyładowań plazmowych. W reżimie anodowym PDSE wyładowania elektryczne występują przy znacznie wyższych częstotliwościach (kilkadziesiąt kHz), natomiast w reżimie katodowym przy dużo niższych częstotliwościach (setki Hz), ale przy wyższych amplitudach prądu i napięcia wyładowania, co skutkuje wyższą rozpraszaną mocą elektryczną. Za pomocą optycznej spektroskopii emisyjnej (OES) zarejestrowano linie emisyjne wzbudzonych rodników hydroksylowych (OH*), wodorowych (H*) i tlenowych (O*) powstałych w wyniku dysocjacji cząsteczek wody. Przedyskutowano otrzymane rezultaty pod kątem skuteczności produkcji wodoru metodą PDSE.

Słowa kluczowe

EN

plasma electrolysis of solutions; plasma discharges in liquids; discharge frequency characteristics; emission lines; radicals; hydrogen production

PL

plazmowa elektroliza roztworów; wyładowanie plazmowe w cieczy; charakterystyka częstotliwościowa wyładowania; linie emisyjne; rodniki; produkcja wodoru

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 98, nr 9
• Strony: 122--125
• Opis fizyczny: Bibliogr. 7 poz., rys.

Twórcy

autor

Bespalko Sergii

• Research and Innovation Centre Pro-Akademia, Innowacyjna Street 9/11, 95-050 Konstantynów Łódzki

• https://orcid.org/0000-0002-7542-5498

autor

Mizeraczyk Jerzy

• Gdynia Maritime University, Department of Marine Electronics, Morska Street 81/87, 81-225 Gdynia

• https://orcid.org/0000-0002-5173-3592

Bibliografia

• [1] Gupta, S.K., & Singh, R. (2016). Cathodic contact glow discharge electrolysis: its origin and non-faradaic chemical effects. Plasma Sources Science and Technology, 26, 015005. https://doi.org/10.1088/0963-0252%2F26%2F1%2F015005
• [2] Mota-Lima, A., Nascimento, J.F., Chiavone-Filho, O., & Nascimento, C.A. (2019). Electrosynthesis via plasma electrochemistry: generalist dynamical model to explain hydrogen production induced by a discharge over water. Journal of Physical Chemistry C, 123, 21896-21912. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b04777
• [3] Mizuno, T., Akimoto, T., & Ohmori, T. (2004). Confirmation of anomalous hydrogen generation by plasma electrolysis. https://www.lenr-canr.org/acrobat/MizunoTconfirmatib.pdf
• [4] Mizuno, T., Akimoto, T., Azumi, K., Ohmori, T., Aoki, Y., &Takahashi, A. (2005). Hydrogen evolution by plasma electrolysis in aqueous solution. Japanese Journal of Applied Physics, 44, 396-401. https://doi.org/10.1143/JJAP.44.396
• [5] Yan, Z., Chen, L., & Wang, H. (2008). Hydrogen generation by glow discharge plasma electrolysis of ethanol solutions. Journal of Physics D, 41, 155205. https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/15/155205
• [6] Yan, Z., Li, C., & Lin, W. (2009). Hydrogen generation by glow discharge plasma electrolysis of methanol solutions. International Journal of Hydrogen Energy, 34, 48-55. https://doi.org/10.1016/J.IJHYDENE.2008.09.099
• [7] Kanazawa, S., Kawano, H., Watanabe, S., Furuki, T., Akamine, S., Ichiki, R., Ohkubo, T., Kocik, M., & Mizeraczyk, J. (2011).Observation of OH radicals produced by pulsed discharges on the surface of a liquid. Plasma Sources Science and Technology, 20, 034010.https://doi.org/10.1088/0963-0252%2F20%2F3%2F034010

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).