Bjørt Óladóttir Joensen vart ph.d. á DTU
Fríggjadagin 5. september vardi Bjørt Óladóttir Joensen ph.d-ritgerð sína um CO₂ elektrolysu.
Hetta var á Institut for Fysik á DTU, har hon hevur verið innskrivað til ph.d.-lestur.
Verkætlanin hevur heitið: “Understanding Interactions Between Carbon Dioxide, Carbonate, and Anion Exchange Membranes for Electrochemical Operation”.
Bjørt hevur í verkætlanini arbeitt við CO₂-elektrolysu, sum er ein háttur at endurnýta CO₂ og framleiða virðismikil evni á ein burðardyggan hátt. Eitt av evnunum er etylen, sum í dag stendur fyri 862 MtCO₂/árið, og er eitt av evnunum, sum verður brúkt til framleiðslu av plasti, heilivági og kølivatni. Hetta verður í dag í stóran mun framleitt úr fossilum evnum.
Í ph.d.-verkætlanin hevur fokus verið á at uppskalera og at skilja mekanismurnar í vinnuliga viðkomandi skipanum. Ein greið fatan av CO₂-elektrolysu tólum er sera umráðandi fyri at kunna betra um framleiðslu og kunna nýta hesa til vinnulig endamál. Millum annað hevur hon nýtt røntgen myndir til at skilja, hvat avmarkar stabilitetin av hesum tólunum.
Bjørt hevur sum part av ph.d.-verkætlan verið á ESRF - the European Synchrotron Radiation Facility í Grenoble í Fraklandi, hjá fyritøkuni eChemicles í Ungarn og á Stanford University í USA.
Vegleiðarar hava verið Brian Seger og Ib Chorkendorff, báðir professarar á Institut for Fysik á DTU.
Í metingarnevndini vóru
Thomas Burdyny, lektari á Delft University of Technology í Hollandi
Kendra Kuhl, stovnari av og nevndarlimur í Twelve
Peter Vesborg, professari á DTU
Bjørt Óladóttir Joensen heldur fram sum granskari í VILLUM-P2X-Accelerator verkætlanini á DTU.
Sí akademiska vanga hennara á DTU Orbit
Mynd: (privatmynd)
Frá vinstru: Kendra Kuhl, Peter Vesborg, Bjørt Óladóttir Joensen, Brian Seger og Thomas Burdyny. Ib Chorkendorff vantar á myndini
Resumé
Denne afhandling har til formål at udforske nogle af de grundlæggende virkemekanismer i CO2- og CO-elektrolyse apparater, med særligt fokus på membrane electrode assembly (MEA).
Synkrotronstrålebaserede røntgeneksperimenter blev udført på European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) ved brug af en specialdesignet MEA til tværsnitsafbildning. Tre forskellige røntgenteknikker blev anvendt med komplementære formål: Røntgen fluorescensspektroskopi (XRF); bruges til at spore solvatiserede kationer og analysere deres dynamiske adfærd i respons på spænding, tid og koncentration. Bred-vinkel røntgen diffraktion (WAXS); anvendes som et kvalitativt værktøj til at vurdere vandindholdet
i MEA’en, kortlægge saltudfældninger i gasdiffusionslaget (GDL) samt estimere nanopartikelstørrelser ud fra krystallinske dimensioner. Smal-vinkel røntgen diffraktion (SAXS); bruges til at bestemme nanopartikelstørrelser baseret på elektrontæthedsprofiler og til at undersøge, hvordan disse størrelser ændrer sig under accelererede stresstests, der simulerer langtidsholdbar drift.
Gennem arbejdet er en række system- og driftsparametre blevet undersøgt og optimeret. Indledningsvist blev forskellige hovedgruppekemier og tykkelser af anion membraner (AEM) evalueret. Disse AEM’er udviste fremragende ydeevne og muliggjorde drift ved forhøjede temperaturer, hvilket førte til en detaljeret undersøgelse af temperaturens effekt i CO2 elektrolyse op til 80◦C. Temperaturens indflydelse på MEA-baserede CO2 elektrolyse er kompleks og afhænger af flere faktorer. Ikke desto mindre viser resultaterne, at drift ved forhøjede temperaturer markant kan reducere overpotentialet og undertrykke hydrogen
udviklingsreaktionen.
Kompressionen af GDL’en blev også undersøgt ved at variere pakningstykkelsen. Resultaterne viste, at høj kompression forbedrer kontakten mellem membran og katalysator og dermed sænker overpotentialet. Dog blev det påvist, at moderat kompression optimerer CO2-transporten og muliggør højere strømtætheder.
Effekten af anioner og dermed pH blev undersøgt i CO-elektrolyse. Det blev observeret, at pH har stor indflydelse på fordelingen af flydende produkter, mens forholdet mellem gas- og væskeprodukter forblev relativt konstant.
Under et eksternt forskningsophold hos eChemicles blev forskellige aktiveringsprotokoller udviklet og testet. Disse protokoller viste en tydelig positiv effekt ved at forbedre både cellepotentiale og langsigtet stabilitet gennem reduceret degradering.
Afslutningsvis blev CO2-elektrolyse anvendt som metode til produktion af isotopmærkede kemikalier. Deutereringsgraden oversteg 98% D, mens 13C-mærkningen viste kvalitativ succes. Disse resultater bekræfter muligheden for effektivt at inkorporere både hydrogen og carbonisotoper i produkter fremstillet via CO2-elektrolyse.