The effect of metal dissolution on carbon production by high-temperature molten salt electrolysis

High-temperature molten salt electrolysis is suitable for the production of carbon morphologies such as carbon nanotubes and nano-onions. In this study, CO2 was electrochemically reduced to solid carbon by molten lithium carbonate electrolysis in an Inconel 625 vessel at a fixed temperature of 750°C. Four different cathodes (clean nickel, used nickel, stainless steel, and galvanized steel) were used to determine the effect of the electrode material on the morphology produced. The carbonaceous products obtained were analyzed with scanning electron microscopy (SEM), transmission electron microscopy (TEM), energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS), Raman microscopy, and X-ray diffraction (XRD). With nickel cathodes, the dominant forms of carbon were spherical, whereas tubular structures dominated with steel-based cathodes. Nano-onion was the structure of carbon with the least metal impurities. Iron was discovered to promote carbon nanotube growth. In the presence of iron, nanotube wool was also found. A greater number of different morphologies were observed when the amount of metal impurities increased. The correlation found between XRD results and sample masses suggests that the amount of metal impurities in the sample varied more than the carbon content. Thus, the yield of the process can be expected to be fairly similar between parallel experiments.publishedVersionPeer reviewe

Electrochemical CO2 conversion in eutectic Li-Ba and Li-Ca carbonate mixtures

Here, the impact of electrolyte selection and electrolysis temperature on carbon morphology, energy consumption, and voltage efficiency in molten Li2CO3-BaCO3 and Li2CO3-CaCO3 electrolytes during 90 min 10 A constant current electrolysis are investigated. The scarcity of experimental investigations into these binary electrolytes, coupled with a lack of systematic investigation of temperature effects, necessitates further examination. The comprehensive analysis of the produced carbon reveals that both electrolyte composition and temperature influence carbon morphology. At lower temperatures the effect of electrolyte composition to the morphology is a more significant. The type and amount of metallic impurities mixed with the carbon vary depending on the electrolyte composition and electrolysis temperatures. The results from Li2CO3-CaCO3 electrolyte show more promising compared to results from Li2CO3-BaCO3 electrolyte in terms of product quality. Regarding electrolysis power and voltage efficiency, Li2CO3-CaCO3 proves equal or superior to other electrolytes, depending on temperature. Heat generation occurs in all the experiments, which emphasizes the importance maintaining a constant electrolysis temperature in industrial processes to manage heat generation effectively.Peer reviewe

Energiamurroksen ennakoidut vaikutukset 2030: Aurinkosähköjärjestelmät

Tämä julkaisu liittyy Suomen Akatemian strategisen tutkimuksen neuvoston rahoittamaan Smart Energy Transition (SET) -hankkeeseen (293405) (www.smartenergytransition.fi). SET-hanke tutkii, miten Suomi voi hyötyä hajautetun ja vaihtelevan uusiutuvan energian ympärille nousevista murroksellisista teknologioista. Kyse on ratkaisuista, joissa energiaa voidaan varastoida tai sen tarvetta ohjata vaihtelevan tuotannon mukaan. Näihin ratkaisuihin liittyvät olennaisesti uudet digitaaliset ratkaisut, kuten esineiden internet. Samalla murrokseen liittyy myös kehitys, jossa rakennusten ja liikenteen energian tarve pienenee, energiaomavaraisuus kasvaa, ja rakennukset ja liikennevälineet muodostavat yhä kiinteämmän osan energiajärjestelmää

Ratkaisuehdotuksia sähkön mittauksen haasteisiin kuluttajien ja energiayhteisöjen puhtaan pientuotannon edistämiseksi - Keskustelupaperi

Digitaaliset palvelut voivat edistää puhtaiden energiaratkaisujen taloudellista ja helppoa käyttöönottoa kuluttajien ja energiayhteisöjen keskuudessa. Energiapalvelujen kehittyminen edellyttää mittari- ja tiedonvälitysinfrastruktuuria, joka mahdollistaa kuluttajille esimerkiksi kysyntäjoustoautomaation, aurinkoenergian, sähköajoneuvojen ja akkujen hyödyntämisen mahdollisimman kustannustehokkaasti. Keskustelupaperin tavoitteena on herättää keskustelua toimenpiteistä, joilla energiamurrokseen liittyvät haasteet sähkön mittauksessa voitaisiin ratkaista puhtaan energiajärjestelmän edistämiseksi sekä kuluttajien energiapalvelujen ja pientuotannon mahdollistamiseksi

Ratkaisuehdotuksia sähkön mittauksen haasteisiin kuluttajien ja energiayhteisöjen puhtaan pientuotannon edistämiseksi - Keskustelupaperi

Digitaaliset palvelut voivat edistää puhtaiden energiaratkaisujen taloudellista ja helppoa käyttöönottoa kuluttajien ja energiayhteisöjen keskuudessa. Energiapalvelujen kehittyminen edellyttää mittari- ja tiedonvälitysinfrastruktuuria, joka mahdollistaa kuluttajille esimerkiksi kysyntäjoustoautomaation, aurinkoenergian, sähköajoneuvojen ja akkujen hyödyntämisen mahdollisimman kustannustehokkaasti. Keskustelupaperin tavoitteena on herättää keskustelua toimenpiteistä, joilla energiamurrokseen liittyvät haasteet sähkön mittauksessa voitaisiin ratkaista puhtaan energiajärjestelmän edistämiseksi sekä kuluttajien energiapalvelujen ja pientuotannon mahdollistamiseksi

In Situ Water Electrolyzer Stack for an Electrobioreactor

Hydrogen-oxidizing bacteria provide a sustainable solution for microbial protein production. Renewable electricity can be used for in situ water electrolysis in an electrobioreactor. The use of cultivation medium as the electrolyte enhances the hydrogen dissolution to the medium. This paper proposes a stack structure for in situ water electrolysis to improve the productivity of the electrobioreactor. The hydrogen production rate and the energy efficiency of the prototype stack are analyzed

Power Quality Estimation of Water Electrolyzers Based on Current and Voltage Measurements

The ripple of the supplied direct current has a significant effect on the energy efficiency of the water electrolyzer cell. Hydrogen production is defined by the current mean value, but current harmonics generate additional losses in the electrolyzer cell. However, the direct measurement of the DC current in the kiloampere range may be a challenging task compared with the voltage, which is practically in the range of a few hundreds volts in the electrolyzer stack. The effect of current harmonics on the energy efficiency and the voltage mean and root-mean-square (RMS) values is analyzed analytically based on the measured polarization curve of the PEM electrolyzer cell. The results show that both in the case of a theoretical sinusoidal current ripple and a practical thyristor bridge supply, the voltage mean or RMS values do not give a reliable estimate of the power quality. Instead, the voltage waveform as a function of time or the difference between the current mean and RMS values should be monitored