ਠੋਸ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੁਆਰਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਪ੍ਰਗਤੀ ਅਤੇ ਆਰਥਿਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ

ਠੋਸ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੁਆਰਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਪ੍ਰਗਤੀ ਅਤੇ ਆਰਥਿਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ

ਸਾਲਿਡ ਆਕਸਾਈਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ (SOE) ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਲਈ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ (600 ~ 900°C) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਖਾਰੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਅਤੇ PEM ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਨਾਲੋਂ ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ ਹੈ। 1960 ਦੇ ਦਹਾਕੇ ਵਿੱਚ, ਸੰਯੁਕਤ ਰਾਜ ਅਮਰੀਕਾ ਅਤੇ ਜਰਮਨੀ ਨੇ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ SOE 'ਤੇ ਖੋਜ ਕਰਨੀ ਸ਼ੁਰੂ ਕੀਤੀ। SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਦਾ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਸਿਧਾਂਤ ਚਿੱਤਰ 4 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਰੀਸਾਈਕਲ ਕੀਤਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਅਤੇ ਪਾਣੀ ਦੀ ਭਾਫ਼ ਐਨੋਡ ਤੋਂ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਪਾਣੀ ਦੀ ਭਾਫ਼ ਨੂੰ ਕੈਥੋਡ 'ਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕੈਥੋਡ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ O2 ਠੋਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਸ ਰਾਹੀਂ ਐਨੋਡ ਵਿੱਚ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਇਹ ਆਕਸੀਜਨ ਬਣਾਉਣ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਨਾਂ ਨੂੰ ਛੱਡਣ ਲਈ ਦੁਬਾਰਾ ਜੋੜਦਾ ਹੈ।

ਖਾਰੀ ਅਤੇ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਐਕਸਚੇਂਜ ਝਿੱਲੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲਾਂ ਦੇ ਉਲਟ, SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ ਸੰਪਰਕ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕਿਰਿਆ ਕਰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ ਸੰਪਰਕ ਵਿਚਕਾਰ ਇੰਟਰਫੇਸ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕਰਨ ਦੀ ਚੁਣੌਤੀ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਲਈ, SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਿੱਚ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਪੋਰਸ ਬਣਤਰ ਹੁੰਦੀ ਹੈ। ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦਾ ਉਦੇਸ਼ ਊਰਜਾ ਦੀ ਤੀਬਰਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਅਤੇ ਰਵਾਇਤੀ ਤਰਲ ਪਾਣੀ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੀ ਸੰਚਾਲਨ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਹੈ। ਦਰਅਸਲ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਪਾਣੀ ਦੇ ਸੜਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੀ ਕੁੱਲ ਊਰਜਾ ਲੋੜ ਵਧਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਨਾਲ ਥੋੜ੍ਹੀ ਜਿਹੀ ਵਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਬਿਜਲੀ ਊਰਜਾ ਦੀ ਲੋੜ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਲੋੜੀਂਦੀ ਊਰਜਾ ਦਾ ਇੱਕ ਹਿੱਸਾ ਗਰਮੀ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਸਪਲਾਈ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। SOE ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਦੇ ਸਮਰੱਥ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਗੈਸ-ਠੰਢੇ ਪ੍ਰਮਾਣੂ ਰਿਐਕਟਰਾਂ ਨੂੰ 950°C ਤੱਕ ਗਰਮ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪ੍ਰਮਾਣੂ ਊਰਜਾ ਨੂੰ SOE ਲਈ ਊਰਜਾ ਸਰੋਤ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਦੇ ਨਾਲ ਹੀ, ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਭੂ-ਥਰਮਲ ਊਰਜਾ ਵਰਗੀ ਨਵਿਆਉਣਯੋਗ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਵੀ ਭਾਫ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੇ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਵਜੋਂ ਸੰਭਾਵਨਾ ਹੈ। ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨ ਨਾਲ ਬੈਟਰੀ ਵੋਲਟੇਜ ਘੱਟ ਸਕਦੀ ਹੈ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦਰ ਵਧ ਸਕਦੀ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ ਸਮੱਗਰੀ ਥਰਮਲ ਸਥਿਰਤਾ ਅਤੇ ਸੀਲਿੰਗ ਦੀ ਚੁਣੌਤੀ ਦਾ ਵੀ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਕੈਥੋਡ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਗੈਸ ਇੱਕ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਮਿਸ਼ਰਣ ਹੈ, ਜਿਸਨੂੰ ਹੋਰ ਵੱਖ ਕਰਨ ਅਤੇ ਸ਼ੁੱਧ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੁੰਦੀ ਹੈ, ਜਿਸ ਨਾਲ ਰਵਾਇਤੀ ਤਰਲ ਪਾਣੀ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਲਾਗਤ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਪ੍ਰੋਟੋਨ-ਸੰਚਾਲਨ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਸਿਰੇਮਿਕਸ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸਟ੍ਰੋਂਟੀਅਮ ਜ਼ੀਰਕੋਨੇਟ, ਦੀ ਵਰਤੋਂ SOE ਦੀ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਸਟ੍ਰੋਂਟੀਅਮ ਜ਼ੀਰਕੋਨੇਟ ਲਗਭਗ 700°C 'ਤੇ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਚਾਲਕਤਾ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਕੈਥੋਡ ਨੂੰ ਉੱਚ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਵਾਲੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਭਾਫ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਡਿਵਾਈਸ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।

ਯਾਨ ਐਟ ਅਲ. [6] ਨੇ ਰਿਪੋਰਟ ਦਿੱਤੀ ਕਿ ਕੈਲਸ਼ੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਦੁਆਰਾ ਸਥਿਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਜ਼ਿਰਕੋਨੀਆ ਸਿਰੇਮਿਕ ਟਿਊਬ ਨੂੰ ਸਹਾਇਕ ਢਾਂਚੇ ਦੇ SOE ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਬਾਹਰੀ ਸਤ੍ਹਾ ਨੂੰ ਐਨੋਡ ਵਜੋਂ ਪਤਲੇ (0.25mm ਤੋਂ ਘੱਟ) ਪੋਰਸ ਲੈਂਥਨਮ ਪੇਰੋਵਸਕਾਈਟ ਨਾਲ, ਅਤੇ ਕੈਥੋਡ ਵਜੋਂ Ni/Y2O3 ਸਥਿਰ ਕੈਲਸ਼ੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਸਰਮੇਟ ਨਾਲ ਲੇਪ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। 1000°C, 0.4A/cm2 ਅਤੇ 39.3W ਇਨਪੁਟ ਪਾਵਰ 'ਤੇ, ਯੂਨਿਟ ਦੀ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਸਮਰੱਥਾ 17.6NL/h ਹੈ। SOE ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਸੈੱਲਾਂ ਵਿਚਕਾਰ ਆਪਸੀ ਕਨੈਕਸ਼ਨਾਂ 'ਤੇ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਹੋਣ ਵਾਲੇ ਉੱਚ ਓਮ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਓਵਰਵੋਲਟੇਜ ਅਤੇ ਭਾਫ਼ ਪ੍ਰਸਾਰ ਆਵਾਜਾਈ ਦੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਉੱਚ ਓਵਰਵੋਲਟੇਜ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ ਹੈ। ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, ਪਲੇਨਰ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲਾਂ ਨੇ ਬਹੁਤ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ ਹੈ [7-8]। ਟਿਊਬਲਰ ਸੈੱਲਾਂ ਦੇ ਉਲਟ, ਫਲੈਟ ਸੈੱਲ ਨਿਰਮਾਣ ਨੂੰ ਵਧੇਰੇ ਸੰਖੇਪ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਕੁਸ਼ਲਤਾ ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਦੇ ਹਨ [6]। ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, SOE ਦੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਪਯੋਗ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਰੁਕਾਵਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲ [8] ਦੀ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਉਮਰ ਅਤੇ ਅਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਦੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।