Development of an Experimental Setup for Ultrasound Aided Electrolysis of Liquid Ammonia

Abstract

Ammoniakk kan splittes og dermed forme en gass som inneholder ammoniakk, hydrogen og nitrogen. Denne gassen kan brukes som drivstoff, uten å lede til noe karbon-basert utslipp under forbrenning. I dette arbeidet er et eksperimentelt oppsett for elektrolyse av ammoniakk i væskeform med ultralyd testet og videreutviklet, for å produsere nettopp et slikt drivstoff. Feil ved design som avstand mellom sonotrode og cellevegg, og materiale for koblinger og o-ringer, ble identifisert og korrigert. Dessuten ble sonoelektrokjemisk oppførsel undersøkt for dette oppsettet, med både vann og ammoniakk som elektrolytt. Resultatene viste at ultralyd hadde en klar innvirkning ved vannelektrolyse, hvor strømmene som ble målt var mellom 94.93% og 181.51% høyere på et tidspunkt under kronoamperometri, avhengig av trykk-amplitude og temperatur. Ultralyd hadde mindre innvirkning på elektrolyse av ren ammoniakk. Under lineær voltammetri mellom 0 og 6 V ble det ikke observert noen betydelige stigninger i strøm, verken med eller uten ultralyd. Det ble dermed konkludert at ultralyd hadde ingen effekt på resistansen i elektrolytten.

Ammonia can be partly decomposed to form a mixture of ammonia, hydrogen and nitrogen. This mixture has the potential to function as a fuel which will not lead to any carbon based emissions during combustion. In this work an experimental rig for electrolysis of liquid ammonia with ultrasound was tested and developed, with the purpose to produce such fuel. Complications regarding cell design such as gap between sonotrode and cell body and material of fittings and sealing o-rings were identified and corrected. Moreover, sonoelectrochemical behavior was investigated for this setup, with both pure water and liquid ammonia as electrolyte. Ultrasound was found to have a significant impact on voltammetric curves during water electrolysis, where an increase between 94.93% and 181.51% was observed at a certain time during chronoamperometry, depending on ultrasonic pressure amplitude and temperature. Less difference was observed during electrolysis of ammonia. A potential onset did not occur during linear sweep voltammetry with a voltage range of 0 to 6 V for either silent or sonicated conditions. Thus, it was concluded that ultrasound did not have a significant impact on solution resistance.