Modelagem multiescala e validação experimental da dinâmica interfacial em sistemas de eletrólise da água: explorando fenômenos locais inerentes das reações eletroquímicas

dc.contributor.advisor1Souza, Ernesto Chaves Pereira de
dc.contributor.advisor1Latteshttp://lattes.cnpq.br/1505400360366643
dc.contributor.advisor1orcidhttps://orcid.org/0000-0003-1058-302X
dc.contributor.authorLeite, Gabriel Wosiak
dc.contributor.authorlatteshttp://lattes.cnpq.br/8033550667466489
dc.contributor.authororcidhttps://orcid.org/0000-0002-1705-9100
dc.date.accessioned2025-06-30T18:20:14Z
dc.date.issued2025-03-31
dc.description.abstractThis thesis addresses the efficiency challenges in hydrogen production via water electrolysis, focusing on the coupled effects of gas bubble evolution and interfacial pH variations during alkaline electrolysis. Multiscale computational models were developed, combining the Finite Element Method (FEM) and Computational Fluid Dynamics (CFD) to simulate bubble dynamics and interfacial pH distribution, with experimental validation using filming techniques and chronopotentiometric analysis to explore energy consumption during electrolysis. The results showed that pulsed-current operation can mitigate local pH variations; however, maintaining stable pH conditions under high current densities remains a challenge. Additionally, an asymmetric electrolysis cell configuration was proposed and validated, demonstrating a reduction in local pH gradients and up to a 17% improvement in electrolysis efficiency. This work opens new perspectives for developing more efficient electrolyzers, contributing to sustainable and economically viable hydrogen production.eng
dc.description.resumoEsta tese aborda os desafios da eficiência na produção de hidrogênio por eletrólise da água, com ênfase nos efeitos acoplados da formação de bolhas de gás e das variações de pH interfacial durante a eletrólise alcalina. Foram desenvolvidos modelos computacionais multiescala, combinando o Método de Elementos Finitos (FEM) e Dinâmica dos Fluidos Computacional (CFD), para simular a dinâmica de bolhas e a distribuição de pH interfacial, com validação experimental utilizando técnicas de filmagem e cronopotenciométricas que exploram o consumo energético durante a eletrólise. Os resultados mostraram que a operação em corrente pulsada pode mitigar as variações de pH local porém mante-lo longe de condições de transição em altas correntes é ainda um desafio. Além disso, foi proposta e validada uma configuração de célula de eletrólise assimétrica, evidenciando uma redução nos gradientes de pH local e até 17% de aumento na eficiência da eletrólise. Este trabalho abre novas perspectivas para o desenvolvimento de eletrólisadores mais eficientes, contribuindo para a produção sustentável e economicamente viável de hidrogênio.por
dc.description.sponsorshipFundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)
dc.description.sponsorshipId2018/24383-0
dc.identifier.citationLEITE, Gabriel Wosiak. Modelagem multiescala e validação experimental da dinâmica interfacial em sistemas de eletrólise da água: explorando fenômenos locais inerentes das reações eletroquímicas. 2025. Tese (Doutorado em Química) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2025. Disponível em: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/22257.por
dc.identifier.urihttps://hdl.handle.net/20.500.14289/22257
dc.language.isoeng
dc.publisherUniversidade Federal de São Carlos
dc.publisher.addressCampus São Carlos
dc.publisher.initialsUFSCar
dc.publisher.programPrograma de Pós-Graduação em Química - PPGQ
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.02.195
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.cej.2021.133194
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.jece.2022.107577
dc.relation.urihttps://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2025.01.241
dc.rightsAttribution-NoDerivs 3.0 Brazilen
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/
dc.subjectHidrogênio
dc.subjectEletrólise
dc.subjectSimulação
dc.subjectCFD
dc.subjectBolhas
dc.subjectpH Interfacial
dc.subjectHydrogeneng
dc.subjectElectrolysiseng
dc.subjectSimulationeng
dc.subjectBubbleseng
dc.subjectInterfacial pHeng
dc.subject.cnpqCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA::FISICO-QUIMICA::ELETROQUIMICA
dc.titleModelagem multiescala e validação experimental da dinâmica interfacial em sistemas de eletrólise da água: explorando fenômenos locais inerentes das reações eletroquímicaspor
dc.title.alternativeMultiscale modeling and experimental validation of nterfacial dynamics in water electrolysis systems: exploring inherent local phenomena of electrochemical reactionseng
dc.typeTese

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