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Solid Oxide Cell Reactor Model for Transient and Stationary Electrochemical H2O and CO2 Conversion Process Studies

Sedeqi, Faisal und Santhanam, Srikanth und Riegraf, Matthias und Riedel, Marc und Heddrich, Marc P. und Ansar, S. Asif (2024) Solid Oxide Cell Reactor Model for Transient and Stationary Electrochemical H2O and CO2 Conversion Process Studies. Journal of The Electrochemical Society. Electrochemical Society, Inc.. doi: 10.1149/1945-7111/ad5e01. ISSN 0013-4651.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
2MB

Offizielle URL: https://iopscience.iop.org/article/10.1149/1945-7111/ad5e01/meta

Kurzfassung

The ability of high-temperature solid oxide cell (SOC) electrochemical reactors to efficiently convert atmospheric carbon to high value chemicals for industrial and energy storage applications via CO2 and co-electrolysis makes them a key technology for active carbon utilisation. However, due to additional operational risks from thermochemical reactions on thermal management, limited experimental capacity, and relative novelty, CO2 and co-electrolysis lag behind steam electrolysis in large-scale adoption. Here, a 1D+1D SOC model based on fundamental first principles considering three-dimensional heat transfer was improved via a unique method for representing co-electrolysis electrochemistry, solving with low computational effort. Validation against experimental data for two compositions and pressures, showed high levels of accuracy with respect to characteristic cell voltages, temperatures, and outlet compositions. The model also showed CO2 reduction during co-electrolysis mainly occurred via reverse water gas shift, while CO2 electrolysis still accounted for up to 35% of the total share. Pressurised co-electrolysis operation promotes exothermic methanation, causing pronounced heating of the reactor, consequently reducing the isothermal current density. Therefore, low to moderate pressurisation is likely most suited for coupling with downstream synthesis processes to avoid the installation of unnecessarily large systems and associated high costs.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/205692/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Solid Oxide Cell Reactor Model for Transient and Stationary Electrochemical H2O and CO2 Conversion Process Studies
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Sedeqi, FaisalFaisal.Sedeqi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2883-6494173019558
Santhanam, SrikanthDaruska.MiricFuentes (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6374-0741NICHT SPEZIFIZIERT
Riegraf, Matthiasmatthias.riegraf (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0383-2545NICHT SPEZIFIZIERT
Riedel, MarcMarc.Riedel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-8823-6760NICHT SPEZIFIZIERT
Heddrich, Marc P.Marc.Heddrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-7037-0870NICHT SPEZIFIZIERT
Ansar, S. AsifSyed-Asif.Ansar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-6300-0313NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:19 Juli 2024
Erschienen in:Journal of The Electrochemical Society
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1149/1945-7111/ad5e01
Verlag:Electrochemical Society, Inc.
ISSN:0013-4651
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Solid Oxide Cell, co-electrolysis, Power-to-X
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HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse, E - Dekarbonisierte Industrieprozesse
Standort: Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Energiesystemintegration
Hinterlegt von: Sedeqi, Faisal
Hinterlegt am:03 Dez 2024 17:39
Letzte Änderung:03 Dez 2024 17:39

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