ఘన ఆక్సైడ్‌ల విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి యొక్క పురోగతి మరియు ఆర్థిక విశ్లేషణ

ఘన ఆక్సైడ్‌ల విద్యుద్విశ్లేషణ ద్వారా హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి యొక్క పురోగతి మరియు ఆర్థిక విశ్లేషణ

సాలిడ్ ఆక్సైడ్ ఎలక్ట్రోలైజర్ (SOE) విద్యుద్విశ్లేషణ కోసం అధిక-ఉష్ణోగ్రత నీటి ఆవిరిని (600 ~ 900°C) ఉపయోగిస్తుంది, ఇది ఆల్కలైన్ ఎలక్ట్రోలైజర్ మరియు PEM ఎలక్ట్రోలైజర్ కంటే మరింత సమర్థవంతమైనది. 1960వ దశకంలో, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జర్మనీ అధిక-ఉష్ణోగ్రత నీటి ఆవిరి SOE పై పరిశోధనలు చేయడం ప్రారంభించాయి. SOE ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క పని సూత్రం పటం 4లో చూపబడింది. రీసైకిల్ చేయబడిన హైడ్రోజన్ మరియు నీటి ఆవిరి యానోడ్ నుండి చర్య వ్యవస్థలోకి ప్రవేశిస్తాయి. కాథోడ్ వద్ద నీటి ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణ చెంది హైడ్రోజన్‌గా మారుతుంది. కాథోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన O2, సాలిడ్ ఎలక్ట్రోలైట్ గుండా యానోడ్‌కు కదులుతుంది, అక్కడ అది తిరిగి కలిసి ఆక్సిజన్‌గా ఏర్పడి ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేస్తుంది.

క్షార మరియు ప్రోటాన్ మార్పిడి పొర విద్యుద్విశ్లేషణ కణాల వలె కాకుండా, SOE ఎలక్ట్రోడ్ నీటి ఆవిరితో చర్య జరుపుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్ మరియు నీటి ఆవిరి మధ్య అంతరఫలక వైశాల్యాన్ని గరిష్ఠంగా పెంచే సవాలును ఎదుర్కొంటుంది. అందువల్ల, SOE ఎలక్ట్రోడ్ సాధారణంగా సచ్ఛిద్ర నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. నీటి ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క ముఖ్య ఉద్దేశ్యం, సాంప్రదాయ ద్రవ నీటి విద్యుద్విశ్లేషణలో అవసరమయ్యే శక్తి తీవ్రతను మరియు నిర్వహణ వ్యయాన్ని తగ్గించడం. వాస్తవానికి, ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ నీటి వియోగ చర్యకు అవసరమైన మొత్తం శక్తి కొద్దిగా పెరిగినప్పటికీ, విద్యుత్ శక్తి అవసరం గణనీయంగా తగ్గుతుంది. విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత పెరిగే కొద్దీ, అవసరమైన శక్తిలో కొంత భాగం ఉష్ణం రూపంలో సరఫరా చేయబడుతుంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ వనరు సమక్షంలో హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేసే సామర్థ్యం SOEకి ఉంది. అధిక-ఉష్ణోగ్రత గ్యాస్-కూల్డ్ అణు రియాక్టర్లను 950°C వరకు వేడి చేయవచ్చు కాబట్టి, SOEకి శక్తి వనరుగా అణుశక్తిని ఉపయోగించవచ్చు. అదే సమయంలో, భూగర్భ ఉష్ణశక్తి వంటి పునరుత్పాదక శక్తికి కూడా ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణకు ఉష్ణ వనరుగా సామర్థ్యం ఉందని పరిశోధనలు చూపిస్తున్నాయి. అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేయడం వల్ల బ్యాటరీ వోల్టేజ్‌ను తగ్గించి, చర్య రేటును పెంచవచ్చు, కానీ ఇది పదార్థ ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు సీలింగ్ వంటి సవాళ్లను కూడా ఎదుర్కొంటుంది. దీనికి అదనంగా, కాథోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి అయ్యే వాయువు హైడ్రోజన్ మిశ్రమం, దీనిని మరింతగా వేరు చేసి శుద్ధి చేయవలసి ఉంటుంది, దీనివల్ల సాంప్రదాయ ద్రవ నీటి విద్యుద్విశ్లేషణతో పోలిస్తే ఖర్చు పెరుగుతుంది. స్ట్రాన్షియం జిర్కోనేట్ వంటి ప్రోటాన్-వాహక సిరామిక్‌ల వాడకం స్టీమ్ ఎలక్ట్రోలైసిస్ (SOE) ఖర్చును తగ్గిస్తుంది. స్ట్రాన్షియం జిర్కోనేట్ సుమారు 700°C వద్ద అద్భుతమైన ప్రోటాన్ వాహకతను ప్రదర్శిస్తుంది మరియు అధిక స్వచ్ఛత గల హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి కాథోడ్‌కు అనుకూలంగా ఉండి, స్టీమ్ ఎలక్ట్రోలైసిస్ పరికరాన్ని సరళీకృతం చేస్తుంది.

యాన్ మరియు ఇతరులు [6] నివేదించిన ప్రకారం, కాల్షియం ఆక్సైడ్ ద్వారా స్థిరీకరించబడిన జిర్కోనియా సిరామిక్ ట్యూబ్‌ను సహాయక నిర్మాణం యొక్క SOE గా ఉపయోగించారు, బయటి ఉపరితలంపై పలుచని (0.25 మిమీ కంటే తక్కువ) పోరస్ లాంథనమ్ పెరోవ్‌స్కైట్‌ను యానోడ్‌గా మరియు Ni/Y2O3 స్థిరమైన కాల్షియం ఆక్సైడ్ సెర్మెట్‌ను కాథోడ్‌గా పూత పూశారు. 1000°C, 0.4A/cm2 మరియు 39.3W ఇన్‌పుట్ పవర్ వద్ద, యూనిట్ యొక్క హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 17.6NL/h. SOE యొక్క ప్రతికూలత ఏమిటంటే, సెల్‌ల మధ్య ఇంటర్‌కనెక్షన్‌ల వద్ద సాధారణంగా ఉండే అధిక ఓం నష్టాల నుండి వచ్చే ఓవర్‌వోల్టేజ్, మరియు ఆవిరి వ్యాప్తి రవాణా పరిమితుల కారణంగా అధిక ఓవర్‌వోల్టేజ్ సాంద్రత. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, ప్లానార్ ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్‌లు చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి [7-8]. ట్యూబులర్ సెల్‌లకు విరుద్ధంగా, ఫ్లాట్ సెల్‌లు తయారీని మరింత కాంపాక్ట్‌గా చేస్తాయి మరియు హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి [6]. ప్రస్తుతం, SOE యొక్క పారిశ్రామిక అనువర్తనానికి ప్రధాన అడ్డంకి ఎలక్ట్రోలైటిక్ సెల్ యొక్క దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వం [8], మరియు ఎలక్ట్రోడ్ వృద్ధాప్యం మరియు నిష్క్రియం సమస్యలు సంభవించవచ్చు.