কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি এবং অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি এবং অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

সলিড অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইজার (SOE) উচ্চ-তাপমাত্রার জলীয় বাষ্প (600 ~ 900°C) তড়িৎ বিশ্লেষণের জন্য ব্যবহার করে, যা ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজার এবং PEM ইলেক্ট্রোলাইজারের চেয়ে বেশি দক্ষ। 1960-এর দশকে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জার্মানি উচ্চ-তাপমাত্রার জলীয় বাষ্প SOE নিয়ে গবেষণা শুরু করে। SOE ইলেক্ট্রোলাইজারের কার্যনীতি চিত্র 4-এ দেখানো হয়েছে। পুনর্ব্যবহৃত হাইড্রোজেন এবং জলীয় বাষ্প অ্যানোড থেকে বিক্রিয়া ব্যবস্থায় প্রবেশ করে। জলীয় বাষ্প ক্যাথোডে হাইড্রোজেনে তড়িৎীকরণ করা হয়। ক্যাথোড দ্বারা উৎপাদিত O2 কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে অ্যানোডে চলে যায়, যেখানে এটি পুনরায় একত্রিত হয়ে অক্সিজেন তৈরি করে এবং ইলেকট্রন ছেড়ে দেয়।

ক্ষারীয় এবং প্রোটন বিনিময় ঝিল্লি তড়িৎ বিশ্লেষণ কোষের বিপরীতে, SOE ইলেক্ট্রোড জলীয় বাষ্পের সংস্পর্শে বিক্রিয়া করে এবং ইলেক্ট্রোড এবং জলীয় বাষ্পের সংস্পর্শের মধ্যে ইন্টারফেস এলাকা সর্বাধিক করার চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। অতএব, SOE ইলেক্ট্রোডের সাধারণত একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো থাকে। জলীয় বাষ্প তড়িৎ বিশ্লেষণের উদ্দেশ্য হল শক্তির তীব্রতা হ্রাস করা এবং প্রচলিত তরল জল তড়িৎ বিশ্লেষণের অপারেটিং খরচ হ্রাস করা। প্রকৃতপক্ষে, যদিও জল পচন বিক্রিয়ার মোট শক্তির প্রয়োজনীয়তা ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে সামান্য বৃদ্ধি পায়, বৈদ্যুতিক শক্তির প্রয়োজনীয়তা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। তড়িৎ বিশ্লেষণের তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রয়োজনীয় শক্তির একটি অংশ তাপ হিসাবে সরবরাহ করা হয়। SOE উচ্চ-তাপমাত্রার তাপ উৎসের উপস্থিতিতে হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে সক্ষম। যেহেতু উচ্চ-তাপমাত্রার গ্যাস-শীতল পারমাণবিক চুল্লিগুলিকে 950°C তাপমাত্রায় উত্তপ্ত করা যেতে পারে, তাই পারমাণবিক শক্তি SOE-এর জন্য শক্তির উৎস হিসেবে ব্যবহার করা যেতে পারে। একই সময়ে, গবেষণাটি দেখায় যে ভূ-তাপীয় শক্তির মতো পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তিরও বাষ্প তড়িৎ বিশ্লেষণের তাপ উৎস হিসেবে সম্ভাবনা রয়েছে। উচ্চ তাপমাত্রায় পরিচালনা ব্যাটারির ভোল্টেজ কমাতে পারে এবং বিক্রিয়ার হার বাড়াতে পারে, তবে এটি উপাদানের তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং সিলিংয়ের চ্যালেঞ্জেরও মুখোমুখি হয়। এছাড়াও, ক্যাথোড দ্বারা উৎপাদিত গ্যাস হল একটি হাইড্রোজেন মিশ্রণ, যা আরও পৃথক এবং পরিশোধিত করা প্রয়োজন, যা প্রচলিত তরল জল তড়িৎ বিশ্লেষণের তুলনায় খরচ বৃদ্ধি করে। প্রোটন-পরিবাহী সিরামিক, যেমন স্ট্রন্টিয়াম জিরকোনেটের ব্যবহার SOE-এর খরচ কমায়। স্ট্রন্টিয়াম জিরকোনেট প্রায় 700°C তাপমাত্রায় চমৎকার প্রোটন পরিবাহিতা দেখায় এবং ক্যাথোডকে উচ্চ বিশুদ্ধতা হাইড্রোজেন উৎপাদনে সহায়ক করে, যা বাষ্প তড়িৎ বিশ্লেষণ ডিভাইসকে সহজ করে তোলে।

ইয়ান এবং অন্যান্যরা [6] রিপোর্ট করেছেন যে ক্যালসিয়াম অক্সাইড দ্বারা স্থিতিশীল জিরকোনিয়া সিরামিক টিউবটি সহায়ক কাঠামোর SOE হিসাবে ব্যবহৃত হয়েছিল, বাইরের পৃষ্ঠটি অ্যানোড হিসাবে পাতলা (0.25 মিমি এর কম) ছিদ্রযুক্ত ল্যান্থানাম পেরোভস্কাইট এবং ক্যাথোড হিসাবে Ni/Y2O3 স্থিতিশীল ক্যালসিয়াম অক্সাইড সার্মেট দিয়ে আবৃত ছিল। 1000°C, 0.4A/cm2 এবং 39.3W ইনপুট পাওয়ারে, ইউনিটের হাইড্রোজেন উৎপাদন ক্ষমতা 17.6NL/h। SOE এর অসুবিধা হল কোষগুলির মধ্যে আন্তঃসংযোগে সাধারণ উচ্চ ওহম ক্ষতির ফলে সৃষ্ট ওভারভোল্টেজ এবং বাষ্প বিস্তার পরিবহনের সীমাবদ্ধতার কারণে উচ্চ ওভারভোল্টেজ ঘনত্ব। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, প্ল্যানার ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষগুলি অনেক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [7-8]। টিউবুলার কোষের বিপরীতে, সমতল কোষগুলি উৎপাদনকে আরও কম্প্যাক্ট করে এবং হাইড্রোজেন উৎপাদন দক্ষতা উন্নত করে [6]। বর্তমানে, SOE-এর শিল্প প্রয়োগের প্রধান বাধা হল ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা [8], এবং এর ফলে ইলেক্ট্রোড বার্ধক্য এবং নিষ্ক্রিয়করণের সমস্যা দেখা দিতে পারে।