घन ऑक्साईडच्या विद्युत अपघटनाद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

घन ऑक्साईडच्या विद्युत अपघटनाद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलायझर (SOE) इलेक्ट्रोलायसिससाठी उच्च-तापमानाच्या पाण्याच्या वाफेचा (६०० ~ ९००°C) वापर करतो, जो अल्कलाइन इलेक्ट्रोलायझर आणि PEM इलेक्ट्रोलायझरपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहे. १९६० च्या दशकात, अमेरिका आणि जर्मनीने उच्च-तापमानाच्या पाण्याच्या वाफेवर चालणाऱ्या SOE वर संशोधन सुरू केले. SOE इलेक्ट्रोलायझरचे कार्यतत्त्व आकृती ४ मध्ये दाखवले आहे. पुनर्वापर केलेला हायड्रोजन आणि पाण्याची वाफ ॲनोडकडून अभिक्रिया प्रणालीमध्ये प्रवेश करतात. कॅथोडवर पाण्याच्या वाफेचे इलेक्ट्रोलायसिस होऊन हायड्रोजन तयार होतो. कॅथोडद्वारे तयार झालेला O2 सॉलिड इलेक्ट्रोलाइटमधून ॲनोडकडे जातो, जिथे तो पुन्हा एकत्र येऊन ऑक्सिजन तयार करतो आणि इलेक्ट्रॉन मुक्त करतो.

अल्कलाइन आणि प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइटिक सेलच्या विपरीत, एसओई (SOE) इलेक्ट्रोड पाण्याच्या वाफेच्या संपर्कात येतो आणि इलेक्ट्रोड व पाण्याच्या वाफेचा संपर्क यांच्यातील आंतरपृष्ठ क्षेत्र जास्तीत जास्त वाढवण्याचे आव्हान त्याच्यासमोर असते. त्यामुळे, एसओई इलेक्ट्रोडची रचना सामान्यतः सच्छिद्र असते. पाण्याच्या वाफेच्या इलेक्ट्रोलायसिसचा उद्देश पारंपरिक द्रव जल इलेक्ट्रोलायसिसची ऊर्जा तीव्रता आणि परिचालन खर्च कमी करणे हा आहे. वास्तविक पाहता, तापमान वाढल्याने पाण्याच्या विघटन प्रतिक्रियेची एकूण ऊर्जा आवश्यकता किंचित वाढत असली तरी, विद्युत ऊर्जेची आवश्यकता लक्षणीयरीत्या कमी होते. इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान वाढल्याने, आवश्यक ऊर्जेचा काही भाग उष्णतेच्या स्वरूपात पुरवला जातो. उच्च-तापमानाच्या उष्णता स्रोताच्या उपस्थितीत एसओई हायड्रोजन तयार करण्यास सक्षम आहे. उच्च-तापमान वायू-शीतित अणुभट्ट्या ९५०°C पर्यंत गरम केल्या जाऊ शकत असल्याने, अणुऊर्जेचा वापर एसओईसाठी ऊर्जा स्रोत म्हणून केला जाऊ शकतो. त्याच वेळी, संशोधनातून असे दिसून आले आहे की भू-औष्णिक ऊर्जेसारख्या नवीकरणीय ऊर्जेमध्ये देखील वाफेच्या इलेक्ट्रोलायसिससाठी उष्णता स्रोत म्हणून क्षमता आहे. उच्च तापमानावर काम केल्याने बॅटरी व्होल्टेज कमी होऊ शकते आणि अभिक्रियेचा वेग वाढू शकतो, परंतु त्यात पदार्थाची औष्णिक स्थिरता आणि सीलिंगचे आव्हानही असते. याव्यतिरिक्त, कॅथोडमधून तयार होणारा वायू हा हायड्रोजनचे मिश्रण असतो, ज्याला पुढे वेगळे करून शुद्ध करण्याची आवश्यकता असते, ज्यामुळे पारंपरिक द्रव जलविद्युत अपघटनाच्या तुलनेत खर्च वाढतो. स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेटसारख्या प्रोटॉन-वाहक सिरॅमिक्सच्या वापरामुळे स्टीम इलेक्ट्रोलायसिसचा (SOE) खर्च कमी होतो. स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेट सुमारे ७००°C तापमानावर उत्कृष्ट प्रोटॉन वाहकता दर्शवते आणि कॅथोडला उच्च शुद्धतेचा हायड्रोजन तयार करण्यास मदत करते, ज्यामुळे स्टीम इलेक्ट्रोलायसिस उपकरण सोपे होते.

यान आणि इतरांनी [6] अहवाल दिला की, कॅल्शियम ऑक्साईडने स्थिर केलेली झिरकोनिया सिरॅमिक ट्यूब आधारभूत संरचनेच्या SOE म्हणून वापरली गेली, बाह्य पृष्ठभागावर ॲनोड म्हणून पातळ (०.२५ मिमी पेक्षा कमी) सच्छिद्र लँथेनम पेरोव्स्काईटचा थर दिला गेला आणि कॅथोड म्हणून Ni/Y2O3 स्थिर कॅल्शियम ऑक्साईड सरमेट वापरले गेले. १०००°C, ०.४A/cm2 आणि ३९.३W इनपुट पॉवरवर, युनिटची हायड्रोजन उत्पादन क्षमता १७.६NL/h आहे. SOE चा तोटा म्हणजे पेशींमधील आंतरजोडणीवर सामान्यतः आढळणाऱ्या उच्च ओहम हानीमुळे निर्माण होणारा ओव्हरव्होल्टेज आणि बाष्प विसरण वहनाच्या मर्यादांमुळे होणारे उच्च ओव्हरव्होल्टेज सांद्रण. अलिकडच्या वर्षांत, समतल इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींनी खूप लक्ष वेधले आहे [7-8]. नळीच्या आकाराच्या पेशींच्या तुलनेत, सपाट पेशींमुळे उत्पादन अधिक संक्षिप्त होते आणि हायड्रोजन उत्पादन कार्यक्षमता सुधारते [6]. सध्या, SOE च्या औद्योगिक उपयोगातील मुख्य अडथळा म्हणजे इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची दीर्घकालीन स्थिरता [8] आहे आणि इलेक्ट्रोड वृद्धिंगत होणे आणि निष्क्रिय होण्याच्या समस्या उद्भवू शकतात.