ठोस ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

ठोस ऑक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइजर (SOE) इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च तापमान वाले जल वाष्प (600 ~ 900 डिग्री सेल्सियस) का उपयोग करता है, जो क्षारीय इलेक्ट्रोलाइजर और PEM इलेक्ट्रोलाइजर की तुलना में अधिक कुशल है। 1960 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका और जर्मनी ने उच्च तापमान वाले जल वाष्प SOE पर शोध करना शुरू किया। SOE इलेक्ट्रोलाइजर का कार्य सिद्धांत चित्र 4 में दिखाया गया है। पुनर्नवीनीकरण हाइड्रोजन और जल वाष्प एनोड से प्रतिक्रिया प्रणाली में प्रवेश करते हैं। जल वाष्प कैथोड पर हाइड्रोजन में इलेक्ट्रोलाइज्ड होता है। कैथोड द्वारा उत्पादित O2 ठोस इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड तक जाता है, जहाँ यह ऑक्सीजन बनाने और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने के लिए पुनर्संयोजित होता है।

क्षारीय और प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के विपरीत, SOE इलेक्ट्रोड जल वाष्प संपर्क के साथ प्रतिक्रिया करता है और इलेक्ट्रोड और जल वाष्प संपर्क के बीच इंटरफेस क्षेत्र को अधिकतम करने की चुनौती का सामना करता है। इसलिए, SOE इलेक्ट्रोड में आम तौर पर एक छिद्रपूर्ण संरचना होती है। जल वाष्प इलेक्ट्रोलिसिस का उद्देश्य ऊर्जा की तीव्रता को कम करना और पारंपरिक तरल जल इलेक्ट्रोलिसिस की परिचालन लागत को कम करना है। वास्तव में, हालांकि तापमान बढ़ने के साथ जल अपघटन प्रतिक्रिया की कुल ऊर्जा की आवश्यकता थोड़ी बढ़ जाती है, लेकिन विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता काफी कम हो जाती है। जैसे-जैसे इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान बढ़ता है, आवश्यक ऊर्जा का कुछ हिस्सा गर्मी के रूप में आपूर्ति किया जाता है। SOE उच्च तापमान वाले ताप स्रोत की उपस्थिति में हाइड्रोजन का उत्पादन करने में सक्षम है। उच्च तापमान पर संचालन से बैटरी वोल्टेज कम हो सकता है और प्रतिक्रिया दर बढ़ सकती है, लेकिन यह सामग्री की थर्मल स्थिरता और सीलिंग की चुनौती का भी सामना करता है। इसके अलावा, कैथोड द्वारा उत्पादित गैस एक हाइड्रोजन मिश्रण है, जिसे आगे अलग करने और शुद्ध करने की आवश्यकता होती है, जिससे पारंपरिक तरल जल इलेक्ट्रोलिसिस की तुलना में लागत बढ़ जाती है। स्ट्रोंटियम जिरकोनेट जैसे प्रोटॉन-संवाहक सिरेमिक का उपयोग SOE की लागत को कम करता है। स्ट्रोंटियम जिरकोनेट लगभग 700 डिग्री सेल्सियस पर उत्कृष्ट प्रोटॉन चालकता दिखाता है, और कैथोड के लिए उच्च शुद्धता वाले हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अनुकूल है, जिससे भाप इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस को सरल बनाया जा सकता है।

यान एट अल. [6] ने बताया कि कैल्शियम ऑक्साइड द्वारा स्थिर जिरकोनिया सिरेमिक ट्यूब को सहायक संरचना के एसओई के रूप में इस्तेमाल किया गया था, बाहरी सतह को एनोड के रूप में पतले (0.25 मिमी से कम) छिद्रपूर्ण लैंथेनम पेरोव्स्काइट के साथ लेपित किया गया था, और कैथोड के रूप में Ni/Y2O3 स्थिर कैल्शियम ऑक्साइड सेरमेट का उपयोग किया गया था। 1000 डिग्री सेल्सियस, 0.4A/cm2 और 39.3W इनपुट पावर पर, यूनिट की हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता 17.6NL/h है। एसओई का नुकसान उच्च ओम नुकसान से उत्पन्न ओवरवोल्टेज है जो कोशिकाओं के बीच इंटरकनेक्शन में आम है, और वाष्प प्रसार परिवहन की सीमाओं के कारण उच्च ओवरवोल्टेज एकाग्रता है। हाल के वर्षों में वर्तमान में, एसओई के औद्योगिक अनुप्रयोग में मुख्य बाधा इलेक्ट्रोलाइटिक सेल [8] की दीर्घकालिक स्थिरता है, और इलेक्ट्रोड उम्र बढ़ने और निष्क्रियता की समस्याएं पैदा हो सकती हैं।