Experimental determination of single bubble behavior in a high-pressure optical alkaline electrolyzer

"The participation of renewable energy in the energetic matrix is increasing continuously and the electrical energy storage technologies will be crucial in the future energy sector scenario. With this technologies, it is possible to regulate the fluctuating electrical energy generation that renewable energy sources present. Under the “Power to gas” concept, hydrogen can be generated with the surplus of those sources (e.g. solar and wind power). Thus, it is essential to increase the efficiency of the storage technologies. The generation of hydrogen by means of high pressure electrolysis is presented as a possible solution. This master thesis was done within the cooperation program between the Institute of Nuclear and Energy Technologies (IKET) and the Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA). Experiments were performed with an alkaline high-pressure experimental electrolyzer, where pressure was rise up to 180bar. It was studied the case of single bubbles behavior, focusing on the typical diameters and rise velocities of hydrogen and oxygen bubbles. The obtained results were compared with a bubbles swarm behavior, where clear differences were observed. To achieve the single bubble generation, a new electrode was design and an electrical pulsed signals was applied as power supply." "A nivel mundial crece la participación de energía renovable en la matriz energética. Las tecnologías de almacenamiento de energía eléctrica serán cruciales en los futuros escenarios del sector energético. Estas tecnologías permiten regular la fluctuante generación de energía eléctrica generada a partir de fuentes renovables. Bajo el concepto “Power to gas”, se puede obtener hidrógeno con el excedente de energía proveniente de estas fuentes de energía (p.ej. Energía solar y eólica). Por lo tanto, es imprescindible que las técnicas de almacenamiento sean cada vez más eficientes. La generación de hidrógeno mediante electrólisis a alta presión se presenta como posible solución. En este trabajo de tesis que se realizó dentro del convenio de cooperación entre el Institut of Nuclear and Energy Technologies (IKET) y el Instituto Tecnológico de Buenos Aires (ITBA). Se realizaron experimentos con un electrolizador experimental alcalino de alta presión, donde se aumentó la presión hasta los 180bar. Se estudió el comportamiento de las burbujas de hidrógeno y oxígeno generadas de manera individual. El foco fue puesto en el diámetro característico y la velocidad de ascenso las burbujas. Los resultados se compararon con el comportamiento que presentan múltiples burbujas, donde se han observado claras diferencias. Para lograr obtener una generación singular de burbujas, se diseñó un nuevo electrodo y como fuente de energía se utilizó una señal eléctrica pulsante." Tesis Energía y Ambiente (maestría) - Instituto Tecnológico de Buenos Aires, Buenos Aires - Karlsruher Institut für Technologie, Karlsruhe, 2017