घन ऑक्साईडच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

घन ऑक्साईडच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साईड इलेक्ट्रोलायझर (SOE) इलेक्ट्रोलायझिससाठी उच्च-तापमानाच्या पाण्याच्या वाफेचा (600 ~ 900°C) वापर करतो, जो अल्कलाइन इलेक्ट्रोलायझर आणि PEM इलेक्ट्रोलायझरपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहे. 1960 च्या दशकात, अमेरिका आणि जर्मनीने उच्च-तापमानाच्या पाण्याच्या वाफेच्या SOE वर संशोधन करण्यास सुरुवात केली. SOE इलेक्ट्रोलायझरचे कार्य तत्व आकृती 4 मध्ये दर्शविले आहे. पुनर्नवीनीकरण केलेले हायड्रोजन आणि पाण्याची वाफ एनोडमधून प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये प्रवेश करतात. कॅथोडमध्ये पाण्याची वाफ हायड्रोजनमध्ये इलेक्ट्रोलायझ केली जाते. कॅथोडद्वारे तयार होणारे O2 घन इलेक्ट्रोलाइटमधून एनोडमध्ये जाते, जिथे ते पुन्हा एकत्रित होऊन ऑक्सिजन तयार करते आणि इलेक्ट्रॉन सोडते.

अल्कधर्मी आणि प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींपेक्षा, SOE इलेक्ट्रोड पाण्याच्या वाफेच्या संपर्काशी प्रतिक्रिया देतो आणि इलेक्ट्रोड आणि पाण्याच्या वाफेच्या संपर्कातील इंटरफेस क्षेत्र जास्तीत जास्त करण्याच्या आव्हानाला तोंड देतो. म्हणून, SOE इलेक्ट्रोडमध्ये सामान्यतः सच्छिद्र रचना असते. पाण्याच्या वाफेच्या इलेक्ट्रोलिसिसचा उद्देश ऊर्जेची तीव्रता कमी करणे आणि पारंपारिक द्रव पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसचा ऑपरेटिंग खर्च कमी करणे हा असतो. खरं तर, वाढत्या तापमानासह पाण्याच्या विघटन अभिक्रियेची एकूण ऊर्जेची आवश्यकता थोडीशी वाढत असली तरी, विद्युत उर्जेची आवश्यकता लक्षणीयरीत्या कमी होते. इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान वाढत असताना, आवश्यक असलेल्या उर्जेचा काही भाग उष्णतेच्या स्वरूपात पुरवला जातो. SOE उच्च-तापमानाच्या उष्णता स्त्रोताच्या उपस्थितीत हायड्रोजन तयार करण्यास सक्षम आहे. उच्च-तापमानाच्या गॅस-कूल्ड न्यूक्लियर रिअॅक्टर्सना 950°C पर्यंत गरम केले जाऊ शकते, त्यामुळे SOE साठी अणुऊर्जेचा ऊर्जा स्रोत म्हणून वापर केला जाऊ शकतो. त्याच वेळी, संशोधनातून असे दिसून आले आहे की भू-औष्णिक उर्जेसारख्या अक्षय ऊर्जेमध्ये स्टीम इलेक्ट्रोलिसिसच्या उष्णता स्त्रोताची क्षमता देखील आहे. उच्च तापमानावर कार्य केल्याने बॅटरी व्होल्टेज कमी होऊ शकते आणि प्रतिक्रिया दर वाढू शकतो, परंतु ते मटेरियल थर्मल स्थिरता आणि सीलिंगच्या आव्हानाला देखील तोंड देते. याव्यतिरिक्त, कॅथोडद्वारे तयार होणारा वायू हा हायड्रोजन मिश्रण आहे, जो आणखी वेगळा करणे आणि शुद्ध करणे आवश्यक आहे, ज्यामुळे पारंपारिक द्रव पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसच्या तुलनेत खर्च वाढतो. स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेट सारख्या प्रोटॉन-वाहक सिरेमिकचा वापर SOE ची किंमत कमी करतो. स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेट सुमारे 700°C वर उत्कृष्ट प्रोटॉन चालकता दर्शवितो आणि कॅथोडला उच्च शुद्धता हायड्रोजन तयार करण्यास अनुकूल आहे, ज्यामुळे स्टीम इलेक्ट्रोलिसिस डिव्हाइस सोपे होते.

यान आणि इतरांनी [6] असे नोंदवले की कॅल्शियम ऑक्साईडने स्थिर केलेल्या झिरकोनिया सिरेमिक ट्यूबचा वापर आधारभूत संरचनेच्या SOE म्हणून केला गेला, बाह्य पृष्ठभागावर पातळ (0.25 मिमी पेक्षा कमी) सच्छिद्र लॅन्थॅनम पेरोव्स्काईटने एनोड म्हणून लेपित केले गेले आणि Ni/Y2O3 स्थिर कॅल्शियम ऑक्साईड सरमेट कॅथोड म्हणून लेपित केले गेले. 1000°C, 0.4A/cm2 आणि 39.3W इनपुट पॉवरवर, युनिटची हायड्रोजन उत्पादन क्षमता 17.6NL/h आहे. SOE चा तोटा म्हणजे पेशींमधील इंटरकनेक्शनमध्ये सामान्य असलेल्या उच्च ओम नुकसानामुळे होणारा ओव्हरव्होल्टेज आणि बाष्प प्रसार वाहतुकीच्या मर्यादांमुळे उच्च ओव्हरव्होल्टेज एकाग्रता. अलिकडच्या वर्षांत, प्लॅनर इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींनी बरेच लक्ष वेधले आहे [7-8]. ट्यूबलर पेशींच्या विपरीत, सपाट पेशी उत्पादन अधिक कॉम्पॅक्ट बनवतात आणि हायड्रोजन उत्पादन कार्यक्षमता सुधारतात [6]. सध्या, SOE च्या औद्योगिक वापरातील मुख्य अडथळा म्हणजे इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची दीर्घकालीन स्थिरता [8], आणि त्यामुळे इलेक्ट्रोड वृद्धत्व आणि निष्क्रियतेच्या समस्या उद्भवू शकतात.