Non-uniform liquid flow distribution in an alkaline water electrolyzer with concave-convex bipolar plate (CCBP): A numerical study

过电位 停留时间分布 机械 计算流体力学 流量(数学) 电解 拉格朗日粒子跟踪 碱性水电解 材料科学 计算机科学 化学 物理 电极 电化学 电解质 物理化学
作者
Tao Wang,Jinyi Wang,Pengjie Wang,Fan Wang,Liping Liu,Haijiao Guo
出处
期刊:International Journal of Hydrogen Energy [Elsevier]
卷期号:48 (33): 12200-12214 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.12.203
摘要

Alkaline water electrolysis (AWE) is promising for large-scale commercial production of green hydrogen, but large overpotential hinders their promotion. To reduce overpotential, the electrolyzers should be designed to improve flow uniformity, thus requiring a quantitative evaluation of flow distribution. However, the corresponding assessment criteria and method are ambiguous. This study establishes a 3D numerical model as well as quantitative parameters to investigate the liquid flow uniformity in a concave-convex bipolar plate (CCBP) electrolyzer. The simulation result is validated by a flow visualization experiment. The simulated velocity field reveals significant non-uniform flow in the CCBP electrolyzer. A uniformity parameter δ was defined to quantify the velocity discrepancy at various horizontal sections. Additionally, residence time distribution (RTD) analysis by CFD coupled particle tracing (CFD-PT) method is applied to evaluate flow behavior inside electrolyzers. The corresponding dimensionless parameter θ can be applied as a criterion for electrolyzer structure design, operation optimization, and scale-up.
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