ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಪ್ರಗತಿ ಮತ್ತು ಆರ್ಥಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ.

ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಪ್ರಗತಿ ಮತ್ತು ಆರ್ಥಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ.

ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್ (SOE) ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ನೀರಿನ ಆವಿಯನ್ನು (600 ~ 900°C) ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಕ್ಷಾರೀಯ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್ ಮತ್ತು PEM ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದೆ. 1960 ರ ದಶಕದಲ್ಲಿ, ಯುನೈಟೆಡ್ ಸ್ಟೇಟ್ಸ್ ಮತ್ತು ಜರ್ಮನಿಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ನೀರಿನ ಆವಿ SOE ಕುರಿತು ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿದವು. SOE ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್‌ನ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಣಾ ತತ್ವವನ್ನು ಚಿತ್ರ 4 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮರುಬಳಕೆಯ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿ ಆನೋಡ್‌ನಿಂದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಾ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುತ್ತವೆ. ನೀರಿನ ಆವಿಯನ್ನು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜಿಸಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ O2 ಘನ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟ್ ಮೂಲಕ ಆನೋಡ್‌ಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅದು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡಲು ಮರುಸಂಯೋಜನೆಗೊಳ್ಳುತ್ತದೆ.

ಕ್ಷಾರೀಯ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ ವಿನಿಮಯ ಪೊರೆಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ಕೋಶಗಳಿಗಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿ, SOE ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ನೀರಿನ ಆವಿ ಸಂಪರ್ಕದೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿ ಸಂಪರ್ಕದ ನಡುವಿನ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಗರಿಷ್ಠಗೊಳಿಸುವ ಸವಾಲನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, SOE ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ರಂಧ್ರವಿರುವ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ನೀರಿನ ಆವಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಉದ್ದೇಶವು ಶಕ್ತಿಯ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ರವ ನೀರಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಕಾರ್ಯಾಚರಣಾ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ನೀರಿನ ವಿಭಜನೆಯ ಕ್ರಿಯೆಯ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಸ್ವಲ್ಪ ಹೆಚ್ಚಾದರೂ, ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಅವಶ್ಯಕತೆ ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯ ತಾಪಮಾನ ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಭಾಗವನ್ನು ಶಾಖವಾಗಿ ಪೂರೈಸಲಾಗುತ್ತದೆ. SOE ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಶಾಖ ಮೂಲದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನಿಲ-ತಂಪಾಗುವ ಪರಮಾಣು ರಿಯಾಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು 950°C ಗೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡಬಹುದಾದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು SOE ಗೆ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಭೂಶಾಖದ ಶಕ್ತಿಯಂತಹ ನವೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಯು ಉಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಶಾಖ ಮೂಲವಾಗಿಯೂ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಸಂಶೋಧನೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದರಿಂದ ಬ್ಯಾಟರಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಇದು ವಸ್ತು ಉಷ್ಣ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಸೀಲಿಂಗ್‌ನ ಸವಾಲನ್ನು ಸಹ ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಅನಿಲವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮಿಶ್ರಣವಾಗಿದ್ದು, ಇದನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಬೇರ್ಪಡಿಸಿ ಶುದ್ಧೀಕರಿಸಬೇಕಾಗಿದೆ, ಇದು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ರವ ನೀರಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಟ್ರಾಂಷಿಯಂ ಜಿರ್ಕೋನೇಟ್‌ನಂತಹ ಪ್ರೋಟಾನ್-ವಾಹಕ ಸೆರಾಮಿಕ್ಸ್ ಬಳಕೆಯು SOE ನ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಸ್ಟ್ರಾಂಷಿಯಂ ಜಿರ್ಕೋನೇಟ್ ಸುಮಾರು 700°C ನಲ್ಲಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಪ್ರೋಟಾನ್ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗೆ ಹೆಚ್ಚಿನ ಶುದ್ಧತೆಯ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ, ಇದು ಉಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ ಸಾಧನವನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ನಿಂದ ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಲಾದ ಜಿರ್ಕೋನಿಯಾ ಸೆರಾಮಿಕ್ ಟ್ಯೂಬ್ ಅನ್ನು ಪೋಷಕ ರಚನೆಯ SOE ಆಗಿ ಬಳಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ಯಾನ್ ಮತ್ತು ಇತರರು [6] ವರದಿ ಮಾಡಿದ್ದಾರೆ, ಹೊರಗಿನ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ತೆಳುವಾದ (0.25mm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ) ಸರಂಧ್ರ ಲ್ಯಾಂಥನಮ್ ಪೆರೋವ್‌ಸ್ಕೈಟ್‌ನಿಂದ ಆನೋಡ್ ಆಗಿ ಲೇಪಿಸಲಾಗಿದೆ ಮತ್ತು Ni/Y2O3 ಸ್ಥಿರ ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆರ್ಮೆಟ್ ಅನ್ನು ಕ್ಯಾಥೋಡ್ ಆಗಿ ಲೇಪಿಸಲಾಗಿದೆ. 1000°C, 0.4A/cm2 ಮತ್ತು 39.3W ಇನ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಘಟಕದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 17.6NL/h ಆಗಿದೆ. SOE ಯ ಅನಾನುಕೂಲವೆಂದರೆ ಜೀವಕೋಶಗಳ ನಡುವಿನ ಪರಸ್ಪರ ಸಂಪರ್ಕಗಳಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಂಡುಬರುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಓಮ್ ನಷ್ಟಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಅಧಿಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ಆವಿ ಪ್ರಸರಣ ಸಾಗಣೆಯ ಮಿತಿಗಳಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಧಿಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಾಂದ್ರತೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, ಪ್ಲ್ಯಾನರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳು ಹೆಚ್ಚಿನ ಗಮನವನ್ನು ಸೆಳೆದಿವೆ [7-8]. ಕೊಳವೆಯಾಕಾರದ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಫ್ಲಾಟ್ ಕೋಶಗಳು ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸಾಂದ್ರೀಕರಿಸುತ್ತವೆ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನಾ ದಕ್ಷತೆಯನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತವೆ [6]. ಪ್ರಸ್ತುತ, SOE ಯ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಿಕೆಗೆ ಮುಖ್ಯ ಅಡಚಣೆಯೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶದ ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ಸ್ಥಿರತೆ [8], ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಯಸ್ಸಾದ ಮತ್ತು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು ಉಂಟಾಗಬಹುದು.