ठोस अक्साइडको इलेक्ट्रोलिसिसद्वारा हाइड्रोजन उत्पादनको प्रगति र आर्थिक विश्लेषण
ठोस अक्साइड इलेक्ट्रोलाइजर (SOE) ले इलेक्ट्रोलाइसिसको लागि उच्च-तापमानको पानीको वाष्प (600 ~ 900°C) प्रयोग गर्दछ, जुन क्षारीय इलेक्ट्रोलाइजर र PEM इलेक्ट्रोलाइजर भन्दा बढी कुशल छ। १९६० को दशकमा, संयुक्त राज्य अमेरिका र जर्मनीले उच्च-तापमानको पानीको वाष्प SOE मा अनुसन्धान गर्न थाले। SOE इलेक्ट्रोलाइजरको कार्य सिद्धान्त चित्र ४ मा देखाइएको छ। पुनर्नवीनीकरण गरिएको हाइड्रोजन र पानीको वाष्प एनोडबाट प्रतिक्रिया प्रणालीमा प्रवेश गर्छन्। पानीको वाष्प क्याथोडमा हाइड्रोजनमा इलेक्ट्रोलाइज हुन्छ। क्याथोडद्वारा उत्पादित O2 ठोस इलेक्ट्रोलाइट मार्फत एनोडमा सर्छ, जहाँ यो अक्सिजन बनाउन र इलेक्ट्रोनहरू छोड्न पुन: संयोजन हुन्छ।
क्षारीय र प्रोटोन एक्सचेन्ज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलाइटिक कोषहरूको विपरीत, SOE इलेक्ट्रोडले पानीको वाष्प सम्पर्कसँग प्रतिक्रिया गर्दछ र इलेक्ट्रोड र पानीको वाष्प सम्पर्क बीचको इन्टरफेस क्षेत्रलाई अधिकतम बनाउने चुनौतीको सामना गर्दछ। त्यसकारण, SOE इलेक्ट्रोडमा सामान्यतया छिद्रपूर्ण संरचना हुन्छ। पानीको वाष्प इलेक्ट्रोलाइसिसको उद्देश्य ऊर्जा तीव्रता घटाउनु र परम्परागत तरल पानी इलेक्ट्रोलाइसिसको सञ्चालन लागत घटाउनु हो। वास्तवमा, पानीको विघटन प्रतिक्रियाको कुल ऊर्जा आवश्यकता बढ्दो तापक्रमसँगै थोरै बढे पनि, विद्युतीय ऊर्जा आवश्यकता उल्लेखनीय रूपमा घट्छ। इलेक्ट्रोलाइटिक तापक्रम बढ्दै जाँदा, आवश्यक ऊर्जाको अंश तापको रूपमा आपूर्ति गरिन्छ। SOE उच्च-तापमान ताप स्रोतको उपस्थितिमा हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सक्षम छ। उच्च-तापमान ग्यास-कूल्ड आणविक रिएक्टरहरूलाई 950°C सम्म तताउन सकिने भएकोले, आणविक ऊर्जालाई SOE को लागि ऊर्जा स्रोतको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, अनुसन्धानले देखाउँछ कि भू-तापीय ऊर्जा जस्ता नवीकरणीय ऊर्जामा पनि स्टीम इलेक्ट्रोलाइसिसको ताप स्रोतको रूपमा क्षमता छ। उच्च तापक्रममा सञ्चालन गर्नाले ब्याट्री भोल्टेज घटाउन र प्रतिक्रिया दर बढाउन सक्छ, तर यसले सामग्री थर्मल स्थिरता र सील गर्ने चुनौतीको पनि सामना गर्दछ। यसको अतिरिक्त, क्याथोडद्वारा उत्पादित ग्यास हाइड्रोजन मिश्रण हो, जसलाई थप छुट्याउन र शुद्धीकरण गर्न आवश्यक छ, जसले गर्दा परम्परागत तरल पानी इलेक्ट्रोलिसिसको तुलनामा लागत बढ्छ। स्ट्रोन्टियम जिरकोनेट जस्ता प्रोटोन-चालक सिरेमिकको प्रयोगले SOE को लागत घटाउँछ। स्ट्रोन्टियम जिरकोनेटले लगभग ७०० डिग्री सेल्सियसमा उत्कृष्ट प्रोटोन चालकता देखाउँछ, र क्याथोडलाई उच्च शुद्धता हाइड्रोजन उत्पादन गर्न अनुकूल हुन्छ, जसले गर्दा स्टीम इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणलाई सरल बनाउँछ।
यान एट अल। [6] ले रिपोर्ट गरे कि क्याल्सियम अक्साइडद्वारा स्थिर गरिएको जिरकोनिया सिरेमिक ट्यूबलाई समर्थन संरचनाको SOE को रूपमा प्रयोग गरिएको थियो, बाहिरी सतहलाई एनोडको रूपमा पातलो (०.२५ मिमी भन्दा कम) छिद्रपूर्ण ल्यान्थानम पेरोभस्काइटले लेपित गरिएको थियो, र क्याथोडको रूपमा Ni/Y2O3 स्थिर क्याल्सियम अक्साइड सरमेट थियो। १०००°C, ०.४A/cm2 र ३९.३W इनपुट पावरमा, एकाइको हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता १७.६NL/h छ। SOE को बेफाइदा भनेको कोशिकाहरू बीचको अन्तरसम्बन्धमा सामान्य हुने उच्च ओम हानिबाट उत्पन्न हुने ओभरभोल्टेज र वाष्प प्रसार यातायातको सीमितताका कारण उच्च ओभरभोल्टेज सांद्रता हो। हालका वर्षहरूमा, समतल इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाहरूले धेरै ध्यान आकर्षित गरेका छन् [7-8]। ट्यूबलर कोशिकाहरूको विपरीत, समतल कोशिकाहरूले उत्पादनलाई अझ कम्प्याक्ट बनाउँछन् र हाइड्रोजन उत्पादन दक्षतामा सुधार गर्छन् [6]। हाल, SOE को औद्योगिक प्रयोगको मुख्य बाधा इलेक्ट्रोलाइटिक सेल [8] को दीर्घकालीन स्थिरता हो, र इलेक्ट्रोड बुढ्यौली र निष्क्रियताको समस्या निम्त्याउन सक्छ।
पोस्ट समय: फेब्रुअरी-०६-२०२३