Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής - Ευαγγελία Ιωαννίδου

Τίτλος Παρουσίασης (Presentation Title): Ανάπτυξη ηλεκτροκαταλυτών/ηλεκτροδίων για μελέτη της διεργασίας ηλεκτρόλυσης του Η2Ο (ή Η2Ο + CO2) σε υψηλή θερμοκρασία με κυψελίδες ηλεκτρόλυσης στερεού ηλεκτρολύτη
Presentation Type (Τύπος Παρουσίασης): Υποστήριξη Διδακτορικής Διατριβής
Ονοματεπώνυμο Ομιλητή (Speakers Full Name): Ευαγγελία Ιωαννίδου
Προέλευση Ομιλητή (Speakers Affiliation): Πανεπιστήμιο Πατρών, Τμήμα Χημικών Μηχανικών
Seminar Room (Αίθουσα): Βιβλιοθήκη "Αλκιβιάδης Χ. Παγιατάκης"
Ημερομηνία: Τετ, 16 Δεκ 2020, Ώρα: 17:00 - 20:00
Διεύθυνση Διαδικτυακής Μετάδοσης: https://upatras-gr.zoom.us/j/95754807979?pwd=ZXZhZFRPbWowY1Qwb3Y0TGJmRyt4Zz09 < /div>
Περίληψη (Abstract)

Στην παρούσα διατριβή αναπτύχθηκαν και μελετήθηκαν κεραμo-μεταλλικοί ηλεκτροκαταλύτες/ ηλεκτρόδια με βάση την εμπορικά διαθέσιμη σκόνη NiO/GDC (65 wt.% NiO – 35 wt.% Ce0.9Gd0.1O2-x). Η τελευταία τροποποιήθηκε με χημικές μεθόδους με σκοπό την προσθήκη FexOy, Au ή/και MoOx. Οι τροποποιημένοι ηλεκτροκαταλύτες χρησιμοποιήθηκαν σε μοναδιαίες κυψελίδες ηλεκτρόλυσης στερεού ηλεκτρολύτη (SOECs) ως ηλεκτρόδια καυσίμου (καθόδου). Σε όλες τις περιπτώσεις των υλικών πραγματοποιήθηκε φυσικοχημικός χαρακτηρισμός με διάφορες τεχνικές, καθώς και μελέτη της οξειδωτικής τους συμπεριφοράς παρουσία Η2Ο και CO2. Παράλληλα, από τις παραπάνω σκόνες παρασκευάστηκε κατάλληλη πάστα, η οποία εναποτέθηκε σε στερεούς ηλεκτρολύτες 8ΥSZ (ZrO2 σταθεροποιημένη με 8 mol% Y2O3) με τη μέθοδο εναπόθεσης με τελάρο (screen printing). Τα παραγόμενα ηλεκτρόδια Ni/GDC, 3 wt.% Αu-Ni/GDC, 3 wt.% Μο-Ni/GDC, 3 wt.% Au − 3 wt.% Mo-Ni/GDC και 2 wt.% Fe-Ni/GDC μελετήθηκαν καταλυτικά, χωρίς την επιβολή ρεύματος, σε συνθήκες συν-ηλεκτρόλυσης Η2Ο/CO2 για την αντίστροφη αντίδραση μετατόπισης με ατμό (RWGS), στο θερμοκρασιακό εύρος 800-900 οC, με ανάλυση αερίων προϊόντων/αντιδρώντων. Ο ηλεκτροχημικός χαρακτηρισμός πραγματοποιήθηκε σε κυψελίδες SOECs, δύο ηλεκτροδίων, με ηλεκτρόδιο οξυγόνου τον εμπορικά διαθέσιμο περοβσκίτη LSCoF (La0.6Sr0.4Co0.8Fe0.2O3-δ) σε επαφή με στερεό ηλεκτρολύτη CeO2(Gd2O3)|ZrO2(8 mol% Y2O3). Μετρήσεις πυκνότητας ρεύματος-δυναμικού (i-V), ηλεκτροχημικής εμπέδησης (ΕΙS) και αέριας χρωματογραφίας (GC) συνδυάστηκαν, κατά περίπτωση, για τις διεργασίες  ηλεκτρόλυσης του Η2Ο και συν-ηλεκτρόλυσης Η2Ο και CO2. Σκοπός ήταν η αξιολόγηση της ενεργότητας των τροποποιημένων ηλεκτροκαταλυτών και η μελέτη των παραπάνω ηλεκτροχημικών διεργασιών, στο θερμοκρασιακό εύρος 800-900 οC, για συγκεκριμένα μίγματα He2Ο-Η2 και He2Ο-CO22.

Υποδεικνύεται άμεση συσχέτιση της δραστικότητας των δειγμάτων για την αντίδραση του Η2Ο με το Ni και της επακόλουθης οξείδωσής τους με την ηλεκτροχημική τους ενεργότητα. Το H2O, εκτός από το αντιδρών στη διεργασία ηλεκτρόλυσης, λειτουργεί ταυτόχρονα ως πιθανός παράγοντας απενεργοποίησης του Ni/GDC. Η τροποποίηση του Ni/GDC με 3 wt.% Au − 3 wt.% Mo ενίσχυσε την ανθεκτικότητα του ηλεκτροδίου στην οξείδωση από Η2Ο και βελτίωσε την ηλεκτροχημική του ενεργότητα. Ο επιφανειακός εμπλουτισμός με χρυσό, σε συνδυασμό με τον εμπλουτισμό της κύριας μάζας με μολυβδαίνιο, φαίνεται να οδηγεί σε ασθενέστερη αλληλεπίδραση των ροφημένων ειδών H2Oads με το ηλεκτρόδιο. Επίσης, ο σίδηρος αποδείχθηκε υποσχόμενος τροποποιητής του NiΟ/GDC έχοντας τη δυναμική να αντικαταστήσει ή/και να μειώσει τη φόρτιση σε χρυσό. Συγκεκριμένα, η τροποποίηση του Ni/GDC με 0.5 wt.% Fe βελτίωσε την ηλεκτροχημική του ενεργότητα. Από την άλλη πλευρά, η αλληλεπίδραση Ni και Fe, μέσω του σχηματισμού κράματος Ni-Fe, φαίνεται να ενισχύει το δεσμό ρόφησης του H2Ο επιταχύνοντας δυνητικά την υποβάθμιση του Ni/GDC σε κυψελίδες SOECs. Η μελέτη της RWGS αντίδρασης έδειξε ότι οι ηλεκτροκαταλύτες 2 wt.% Fe-Ni/GDC και 3 wt.% Mo-Ni/GDC παρουσίασαν τη βέλτιστη καταλυτική δραστικότητα για την παραγωγή CO. Η βελτιωμένη ενεργότητα των παραπάνω δειγμάτων συσχετίστηκε με την ισχυρότερη ρόφηση του CO2 και επακόλουθη δραστικότητα για την αντίδραση του CO2 με την τροποποιημένη επιφάνεια Ni. Ταυτόχρονα όμως, τα δείγματα αυτά ήταν και τα πιο επιρρεπή στην οξείδωση τόσο από το CO2 όσο και από το Η2Ο.

Η μελέτη της ηλεκτροκαταλυτικής παραγωγής CΟ κατά τη συν-ηλεκτρόλυση Η2Ο/CO2 σε κυψελίδα Ni-GDC||YSZ||GDCbarrier|LSCoF έδειξε οτι η διεργασία αυτή εξαρτάται από τον λόγο pH2O/pCO2 και την pH2. Συγκεκριμένα, σε συνθήκες αντίδρασης όπου pΗ2Ο/pCO2 = 1 και pΗ2 = 21 kPa φαίνεται να λαμβάνει χώρα μόνο η ηλεκτρόλυση του Η2Ο και η επακόλουθη αύξηση της pΗ2 σε συνδυασμό με τη μείωση της pH2O μετατοπίζει την RWGS αντίδραση προς την καταλυτική παραγωγή CO. Από την άλλη μεριά, η ηλεκτροχημική αναγωγή του CO2 λαμβάνει χώρα σε συνθήκες αντίδρασης όπου pΗ2Ο/pCO2 < 1 και η έκταση αυτής της διεργασίας εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από την pΗ2. Σε συνθήκες όπου pH2O/pCO2 ≤ 0.3 και παρουσία χαμηλής pΗ2 = 2 kPa, η καταλυτική παραγωγή του CO περιορίζεται από την θερμοδυναμική ισορροπία της RWGS αντίδρασης και το παραγόμενο CO προέρχεται από την ηλεκτρόλυση του CO2. Η κυψελίδα κατά την ηλεκτροχημική αναγωγή του CO2 παρουσίασε υψηλότερες υπερτάσεις και σημαντικά υψηλότερες τιμές αντίστασης πόλωσης επιβεβαιώνοντας την ενεργειακή δυσκολία της συγκεκριμένης διεργασίας συγκριτικά με την ηλεκτρόλυση του Η2Ο.

Σύντομο Βιογραφικό Ομιλητή (Speakers Short CV)

Ευαγγελία Ιωαννίδου

Ημ/νία γέννησης: 16/05/1989

Τόπος γέννησης: Καστοριά

E-mail: elinaioan@chemeng.upatras.gr

 

Εκπαίδευση

2013 − 2016: Μεταπτυχιακό Δίπλωμα Ειδίκευσης στην Κατεύθυνση Ενέργεια και Περιβάλλον (9.55/10), Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών

2007 − 2012: Δίπλωμα Χημικού Μηχανικού (8.41/10), Τμήμα Χημικών Μηχανικών, Πανεπιστήμιο Πατρών

2004 − 2007: Απολυτήριο Δευτεροβάθμιας Εκπαίδευσης (19.4/20),1ο Λύκειο Βύρωνα, Αθήνα

 

Δημοσιεύσεις σε Διεθνή Επιστημονικά Περιοδικά

E. Ioannidou, S.G. Neophytides and D.K. Niakolas, “Effect of the pH2O/pCO2 ratio on the electro-catalytic CΟ production pathway on Ni/GDC during solid oxide H2O/CO2 co-electrolysis, under preparation.

Ch. Neofytidis, E. Ioannidou, M. Kollia, S.G. Neophytides and D.K. Niakolas, “The promoting effect of Fe on Ni/GDC for the Solid Oxide H2O electrolysis”, Int. Journal of Energy Research (2020) 1–14.

Ch. Neofytidis, E. Ioannidou, S.G. Neophytides and D.K. Niakolas, “Transition Metal Elements as Ni/GDC Dopants for the H2O Electrolysis Process in SOECs: Fe-Ni vs Au-Mo-Ni Interaction”, ECS Transactions, 91 (2019) 2359–2368.

E. Ioannidou, S.G. Neophytides and D.K. Niakolas, “Distinguishing the CO2 Electro-Catalytic Reduction Pathway on Modified Ni/GDC Electrodes for the SOEC H2O/CO2 Co-Electrolysis Process”, ECS Transactions, 91 (2019) 2687–2696.

E. Ioannidou, S. Neophytides, D.K. Niakolas, “Experimental Clarification of the RWGS Reaction Effect in H2O/CO2 SOEC Co-Electrolysis Conditions”, Catalysts, 9 (2019) 1−19.

Ch. Neofytidis, E. Ioannidou, L. Sygellou, M. Kollia, D.K. Niakolas, “Affecting the H2O electrolysis process in SOECs through modification of NiO/GDC; Experimental case of Au-Mo-Ni synergy”, Journal of Catalysis, 373 (2019) 260−275.

Ε. Ioannidou, Ch. Neofytidis, L. Syggelou, D.K. Niakolas, “Au-doped Ni/GDC as an improved cathode electrocatalyst for H2O electrolysis in SOECs”, Applied Catalysis B: Environmental, 236 (2018) 253−264.

E. Ioannidou, Ch. Neofytidis, S.G. Neophytides and D.K. Niakolas, “Investigation of modified Ni/GDC electrode materials for the H2O/CO2 co-electrolysis processes in SOECs”, ECS Transactions, 78 (2017) 3267–3274.

E. Ioannidou, Z. Frontistis, M. Antonopoulou, D. Venieri, I. Konstantinou, D.I. Kondarides, D. Mantzavinos, “Solar photocatalytic degradation of sulfamethoxazole over tungsten – Modified TiO2”, Chemical Engineering Journal, 318 (2017) 143–152.

E. Ioannidou, A.  Ioannidi, Z. Frontistis, M. Antonopoulou, C. Tselios, D. Tsikritzis, I. Konstantinou, S. Kennou, D.I. Kondarides, D. Mantzavinos, “Correlating the properties of hydrogenated titania to reaction kinetics and mechanism for the photocatalytic degradation of bisphenol A under solar irradiation”, Applied Catalysis B: Environmental, 188 (2016) 65–76.

A. Petala, E. Ioannidou, A. Georgaka, K. Bourikas, D.I. Kondarides, “Hysteresis phenomena and rate fluctuations under conditions of glycerol photo-reforming reaction over CuOx/TiO2 catalysts”, Applied Catalysis B: Environmental, 178 (2015) 201–209.

 

Διακρίσεις/Βραβεύσεις

2013 – 2015: Υποτροφία Ιδρύματος LIMMAT με βραβείο αριστείας για τη σειρά κατάταξης (1η) στο πρόγραμμα μεταπτυχιακών σπουδών (M.Sc.) του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών, για τα ακαδημαϊκά έτη 2014-2015.

2012: Βραβείο από το Τεχνικό Επιμελητήριο Ελλάδας (ΤΕΕ) για τη σειρά κατάταξης (2η) μεταξύ των πτυχιούχων (έτους αποφοίτησης 2012) του Τμήματος Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών.

2010 – 2011: Βραβείο από το Τμήμα Χημικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών για την επίδοση και τη σειρά κατάταξης (1η) για το ακαδημαϊκό έτος που αναφέρεται.

2007 – 2009: Τιμητική διάκριση με χρηματικό έπαθλο από το Ίδρυμα Κρατικών Υποτροφιών (Ι.Κ.Υ.) για την επίδοση και τη διαγωγή για τα ακαδημαϊκά έτη της φοίτησης που αναφέρονται.