திட ஆக்சைடுகளின் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் முன்னேற்றம் மற்றும் பொருளாதாரப் பகுப்பாய்வு

திட ஆக்சைடுகளின் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியின் முன்னேற்றம் மற்றும் பொருளாதாரப் பகுப்பாய்வு

திட ஆக்சைடு மின்பகுப்பி (SOE) மின்பகுப்புக்கு உயர்-வெப்பநிலை நீராவியை (600 ~ 900°C) பயன்படுத்துகிறது, இது கார மின்பகுப்பி மற்றும் PEM மின்பகுப்பியை விட அதிக செயல்திறன் கொண்டது. 1960களில், அமெரிக்காவும் ஜெர்மனியும் உயர்-வெப்பநிலை நீராவி SOE குறித்த ஆராய்ச்சியைத் தொடங்கின. SOE மின்பகுப்பியின் செயல்பாட்டுக் கொள்கை படம் 4-இல் காட்டப்பட்டுள்ளது. மறுசுழற்சி செய்யப்பட்ட ஹைட்ரஜனும் நீராவியும் நேர்மின்வாயிலிருந்து வினை அமைப்பிற்குள் நுழைகின்றன. எதிர்மின்வாயில் நீராவி மின்பகுக்கப்பட்டு ஹைட்ரஜனாக மாற்றப்படுகிறது. எதிர்மின்வாயால் உற்பத்தி செய்யப்படும் O2, திட மின்பகுளி வழியாக நேர்மின்வாயை நோக்கிச் செல்கிறது, அங்கு அது மீண்டும் இணைந்து ஆக்சிஜனை உருவாக்கி எலக்ட்ரான்களை வெளியிடுகிறது.

கார மற்றும் புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு மின்பகுப்பு மின்கலங்களைப் போலல்லாமல், நீராவி மின்பகுப்பு மின்முனையானது நீராவித் தொடர்புடன் வினைபுரிகிறது மற்றும் மின்முனைக்கும் நீராவித் தொடர்புக்கும் இடையிலான இடைமுகப் பரப்பை அதிகப்படுத்தும் சவாலை எதிர்கொள்கிறது. எனவே, நீராவி மின்பகுப்பு மின்முனை பொதுவாக ஒரு நுண்துளை அமைப்பைக் கொண்டுள்ளது. நீராவி மின்பகுப்பின் நோக்கம், வழக்கமான திரவ நீர் மின்பகுப்பின் ஆற்றல் செறிவைக் குறைப்பதும், இயக்கச் செலவைக் குறைப்பதும் ஆகும். உண்மையில், வெப்பநிலை அதிகரிப்பதால் நீர் சிதைவு வினையின் மொத்த ஆற்றல் தேவை சிறிதளவு அதிகரித்தாலும், மின் ஆற்றல் தேவை கணிசமாகக் குறைகிறது. மின்பகுப்பு வெப்பநிலை அதிகரிக்கும்போது, ​​தேவைப்படும் ஆற்றலின் ஒரு பகுதி வெப்பமாக வழங்கப்படுகிறது. உயர்-வெப்பநிலை வெப்ப மூலத்தின் முன்னிலையில் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும் திறன் நீராவி மின்பகுப்பு மின்முனைக்கு உள்ளது. உயர்-வெப்பநிலை வாயு-குளிரூட்டப்பட்ட அணு உலைகளை 950°C வரை சூடாக்க முடியும் என்பதால், அணு ஆற்றலை நீராவி மின்பகுப்பு மின்முனைக்கு ஒரு ஆற்றல் மூலமாகப் பயன்படுத்தலாம். அதே நேரத்தில், புவிவெப்ப ஆற்றல் போன்ற புதுப்பிக்கத்தக்க ஆற்றலும் நீராவி மின்பகுப்பின் வெப்ப மூலமாகப் பயன்படும் ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது என்று ஆய்வுகள் காட்டுகின்றன. உயர் வெப்பநிலையில் செயல்படுவது மின்கல மின்னழுத்தத்தைக் குறைத்து வினை வீதத்தை அதிகரிக்க முடியும், ஆனால் அது பொருளின் வெப்ப நிலைத்தன்மை மற்றும் காற்றுப்புகாத் தன்மை ஆகிய சவால்களையும் எதிர்கொள்கிறது. மேலும், எதிர்மின்வாயால் உற்பத்தி செய்யப்படும் வாயு ஒரு ஹைட்ரஜன் கலவையாகும், இதை மேலும் பிரித்து சுத்திகரிக்க வேண்டியிருப்பதால், வழக்கமான திரவ நீர் மின்னாற்பகுப்புடன் ஒப்பிடும்போது செலவு அதிகரிக்கிறது. ஸ்ட்ரான்ஷியம் சிர்கோனேட் போன்ற புரோட்டான் கடத்தும் பீங்கான்களின் பயன்பாடு, நீராவி மின்னாற்பகுப்பின் (SOE) செலவைக் குறைக்கிறது. ஸ்ட்ரான்ஷியம் சிர்கோனேட் சுமார் 700°C வெப்பநிலையில் சிறந்த புரோட்டான் கடத்துத்திறனைக் காட்டுகிறது, மேலும் இது எதிர்மின்வாய் மூலம் அதிக தூய்மையான ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கு உகந்ததாக இருப்பதால், நீராவி மின்னாற்பகுப்பு சாதனத்தை எளிதாக்குகிறது.

யான் மற்றும் அவரது குழுவினர் [6] கால்சியம் ஆக்சைடால் நிலைப்படுத்தப்பட்ட சிர்கோனியா பீங்கான் குழாய், துணை கட்டமைப்பின் SOE ஆகப் பயன்படுத்தப்பட்டது என்றும், அதன் வெளிப்புற மேற்பரப்பில் மெல்லிய (0.25 மிமீக்கும் குறைவான) நுண்துளை கொண்ட லாந்தனம் பெரோவ்ஸ்கைட் ஆனோடாக பூசப்பட்டது என்றும், Ni/Y2O3 நிலையான கால்சியம் ஆக்சைடு செர்மெட் கேத்தோடாகப் பயன்படுத்தப்பட்டது என்றும் தெரிவித்தனர். 1000°C, 0.4A/cm2 மற்றும் 39.3W உள்ளீட்டு சக்தியில், இந்த அலகின் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தித் திறன் 17.6NL/h ஆகும். SOE-யின் குறைபாடு என்னவென்றால், மின்கலங்களுக்கு இடையேயான இணைப்புகளில் பொதுவாக ஏற்படும் அதிக ஓம் இழப்புகளால் உருவாகும் மிகை மின்னழுத்தம் மற்றும் நீராவி பரவல் போக்குவரத்தின் வரம்புகள் காரணமாக ஏற்படும் அதிக மிகை மின்னழுத்தச் செறிவு ஆகும். சமீபத்திய ஆண்டுகளில், தட்டையான மின்பகுப்பு மின்கலங்கள் அதிக கவனத்தை ஈர்த்துள்ளன [7-8]. குழாய் மின்கலங்களைப் போலல்லாமல், தட்டையான மின்கலங்கள் உற்பத்தியை மிகவும் கச்சிதமாக்குகின்றன மற்றும் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தித் திறனை மேம்படுத்துகின்றன [6]. தற்போது, ​​SOE இன் தொழில்துறை பயன்பாட்டிற்கான முக்கிய தடையாக இருப்பது மின்பகுப்பு கலத்தின் நீண்ட கால நிலைத்தன்மை [8], மேலும் மின்முனை வயதாதல் மற்றும் செயலிழப்பு பிரச்சனைகள் ஏற்படலாம்.