The SI thermochemical cycle process accomplishes water splitting through distinctive three chemical reactions. We focused on thermodynamic models applicable to the process. Recently, remarkable models based on the assumed ionic species have been developed to describe highly nonideal behavior on the liquid phase reactions. ElecNRTL models with ionic reactions were proposed in order to provide reliable process simulation results for phase equilibrium calculations in Section II and III. In this study, the current thermodynamic models of SI thermochemical cycle process were briefly described and the calculation results of the applied ElecNRTL models for phase equilibrium calculations were illustrated for binary systems.
Thermochemical cycles have been predominantly used for energy transformation from heat to stored chemical free energy in the form of hydrogen. The thermochemical cycle based on uranium (UTC), proposed by Oak Ridge National Laboratory, has been considered as a better alternative compared to other thermochemical cycles mainly due to its safety and high efficiency. UTC process includes three steps, in which only the first step is unique. Hydrogen production apparatus with hectogram reactants was designed in this study. The results showed that high yield hydrogen was obtained, which was determined by drainage method. The results also indicated that the chemical conversion rate of hydrogen production was in direct proportion to the mass of $Na_2CO_3$, while the solid product was $Na_2UO_4$, instead of $Na_2U_2O_7$. Nevertheless the thermochemical cycle used for hydrogen generation can be closed, and chemical compounds used in these processes can also be recycled. So the cycle with $Na_2UO_4$ as its first reaction product has an advantage over the proposed UTC process, attributed to the fast reaction rate and high hydrogen yield in the first reaction step.
Nanostructured Cu-$Al_2O_3$ composite powders were synthesized by thermochemical process. The synthesis procedures are 1) preparation of precursor powder by spray drying of solution made from water-soluble copper and aluminum nitrates, 2) air heat treatments to evaporate volatile components in the precursor powder and synthesis of nano-structured CuO + $Al_2O_3$, and 3) CuO reduction by hydrogen into pure Cu. The suggested procedures stimulated the formation of the gamma-$Al_2O_3$, and different alumina formation behaviors appeared with various heat treating temperatures. The mean particle size of the final Cu/$Al_2O_3$ composite powders produced was 20 nm, and the electrical conductivity and hardness in the hot-extruded bulk were competitive with Cu/$Al_2O_3$ composite by the conventional internal oxidation process.
Proceedings of the Membrane Society of Korea Conference
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2003.11a
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pp.25-33
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2003
It summarized about the application of the membrane technology in thermochemical water-splitting iodine-sulfur process that was hydrogen production using the nuclear heat from the High Temperature Gas-Cooled Reactor (HTGR). Thermochemical water-splitting hydrogen production method using the high temperater nuclear thermal energy could be realized and remained to be solved the investigation subject. And, it is possible for mass-production of hydrogen such as one of the clean energy in future.
Proceedings of the Korean Powder Metallurgy Institute Conference
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2006.09a
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pp.416-417
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2006
Nanostructured ceria powder was synthesized by a thermochemical process and investigated its applicability for an oxygen gas sensor. An amorphous precursor powders prepared by spray drying a cerium-nitrate solution were transformed successfully into nanostructured ceria by heat-treatment in air atmosphere. The powders were a loose agglomerated structure with extremely fine $CeO_2$ particles about 15 nm in size, resulting in a very high specific surface area $(110\;m^2/g)$. The oxygen sensitivity and the response time $t_{90}$ measured at sintered sample at $1000^{\circ}C$ was about -0.25 and very short, i.e., $3{\sim}5$ seconds, respectively.
Electro-electrodialysis (EED) experiments were carried out for the HI concentration from HIx $(HI-H_2O-I_2)$ solution to improve the Hl decomposition reaction in the thermochemical water-splitting is (iodine-Sulfur) process. EED cell is composed of the collector electrode and electrolyte. Nafion 117 which was cation exchange membrane used as an electrolyte, and the activated carbon cloth used as an electrode. The HI concentration experiment was carried out using the HIx solution and molar ratio of the $I_2$ were varied from 1 to 3 mole. The cell voltages were decreased as temperature increase. And, membrane properties such as transport number of proton and electro-osmosis coefficient were decreased as temperature increase
SI thermochemical hydrogen production process achieves water splitting into hydrogen and oxygen through three chemical reactions. The process is comprised of three sections and one of them is HI decomposition into $H_2$ and $I_2$ called as Section III. The production of $H_2$ included processes involving EED for concentrating a product stream from Section I. Additionally an $I_2$ crystallization would be considered to reduce burden on EED by removing certain amount of $I_2$ out of a process stream prior to EED. In this study, the current thermodynamic model of SI process was briefly described and the calculation results of the applied Electrolytes NRTL model for phase equilibrium calculations was illustrated for ternary systems of Section III. We calculated temperature and heat duty of an $I_2$ crystallizer and heat duty of heaters using UVa model and heat balance equation of simulation tool. The results were expected to be used as operation information in optimizing HI decomposition process and setting up material balance throughout SI process.
Ha, Seungho;Park, Junghoon;Lee, Soohun;Kim, Kwang Ho
Korean Journal of Air-Conditioning and Refrigeration Engineering
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v.29
no.8
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pp.429-436
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2017
There are three main methods to store heat energy; sensible heat storage, latent heat storage, and thermochemical heat storage. Thermochemical heat storage has the highest storage density among the three methods, so this study focused on the thermochemical heat storage method. Experiments were conducted in this study with Zeolite 13x as thermochemical material in a large-scale reactor with 8 kg of Zeolite 13x. Experiments analyzed storage density of Zeolite 13x with respect to four different heating temperatures ($50^{\circ}C$, $100^{\circ}C$, $150^{\circ}C$, $200^{\circ}C$) in heat storage process. As a result, they showed 40~50 percent of storage efficiency in the experiment. Experiments also revealed that reactions between Zeolite 13x and water vapor were reversible and stable, but efficiency of the system was low, compared with sensible heat storage systems or latent heat storage systems.
The status of water splitting thermochemical cycle for hydrogen production was reviewed in this article. Mass production of hydrogen could be possible using the thermochemical process which is similar to the concept of conventional chemical reaction system if the high temperature heat source is available. The mediators (chemicals and reagents) should be used to split chemically stable water, and should be recycled in a closed cycle in order to be environmentally acceptable. Though there is no process to reach commercial stage, IS cycle, two-step cycles based on metallic oxide such as ZnO/Zn, $Fe_3O_4/FeO$ and the associated cycles are attracted due to their possibilities of application. Development of materials for high temperature and/or corrosive conditions during thermochemical process is still important topic in some thermochemical processes.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.4
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pp.32-38
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2004
Laser-induced thermochemical wet etching of titanium in phosphoric acid has been investigated to examine the feasibility of this method fur fabrication of microstructures. Cutting, drilling, and milling of titanium foil were carried out while examining the influence of process parameters on etch width, etch depth, and edge straightness. Laser power, scanning speed of workpiece, and etchant concentration were chosen as major process parameters influencing on temperature distribution and reaction rate. Etch width increased almost linearly with laser power showing little dependence on scanning speed while etch depth showed wide variation with both laser power and scanning speed. A well-defined etch profile with good surface quality was obtained at high concentration condition. Fabrication of a hole, micro cantilever beam, and rectangular slot with dimension of tess than 100${\mu}{\textrm}{m}$ has been demonstrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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