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 ఆల్కలీన్ ఎలక్ట్రోలైజర్ మరియు PEM ఎలక్ట్రోలైజర్ కంటే మరింత సమర్థవంతంగా ఉంటుంది. 1960లలో, యునైటెడ్ స్టేట్స్ మరియు జర్మనీ అధిక-ఉష్ణోగ్రత నీటి ఆవిరి SOE పై పరిశోధనలు చేయడం ప్రారంభించాయి. SOE ఎలక్ట్రోలైజర్ యొక్క పని సూత్రం చిత్రం 4లో చూపబడింది. రీసైకిల్ చేయబడిన హైడ్రోజన్ మరియు నీటి ఆవిరి ఆనోడ్ నుండి ప్రతిచర్య వ్యవస్థలోకి ప్రవేశిస్తాయి. కాథోడ్ వద్ద నీటి ఆవిరి హైడ్రోజన్‌గా విద్యుద్విశ్లేషణ చెందుతుంది. కాథోడ్ ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన O2 ఘన ఎలక్ట్రోలైట్ ద్వారా ఆనోడ్‌కు కదులుతుంది, అక్కడ అది ఆక్సిజన్‌ను ఏర్పరుస్తుంది మరియు ఎలక్ట్రాన్‌లను విడుదల చేయడానికి తిరిగి కలుస్తుంది.

ఆల్కలీన్ మరియు ప్రోటాన్ ఎక్స్ఛేంజ్ మెంబ్రేన్ విద్యుద్విశ్లేషణ కణాల మాదిరిగా కాకుండా, SOE ఎలక్ట్రోడ్ నీటి ఆవిరి సంపర్కంతో చర్య జరుపుతుంది మరియు ఎలక్ట్రోడ్ మరియు నీటి ఆవిరి సంపర్కం మధ్య ఇంటర్‌ఫేస్ ప్రాంతాన్ని పెంచే సవాలును ఎదుర్కొంటుంది. అందువల్ల, SOE ఎలక్ట్రోడ్ సాధారణంగా పోరస్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉంటుంది. నీటి ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క ఉద్దేశ్యం శక్తి తీవ్రతను తగ్గించడం మరియు సాంప్రదాయ ద్రవ నీటి విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క నిర్వహణ వ్యయాన్ని తగ్గించడం. వాస్తవానికి, నీటి కుళ్ళిపోయే ప్రతిచర్య యొక్క మొత్తం శక్తి అవసరం పెరుగుతున్న ఉష్ణోగ్రతతో కొద్దిగా పెరిగినప్పటికీ, విద్యుత్ శక్తి అవసరం గణనీయంగా తగ్గుతుంది. విద్యుద్విశ్లేషణ ఉష్ణోగ్రత పెరిగేకొద్దీ, అవసరమైన శక్తిలో కొంత భాగాన్ని వేడిగా సరఫరా చేస్తారు. అధిక-ఉష్ణోగ్రత ఉష్ణ మూలం సమక్షంలో SOE హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయగలదు. అధిక-ఉష్ణోగ్రత వాయువు-చల్లబడిన అణు రియాక్టర్లను 950°C వరకు వేడి చేయవచ్చు కాబట్టి, అణుశక్తిని SOE కోసం శక్తి వనరుగా ఉపయోగించవచ్చు. అదే సమయంలో, భూఉష్ణ శక్తి వంటి పునరుత్పాదక శక్తి ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణ యొక్క ఉష్ణ వనరుగా కూడా సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉందని పరిశోధన చూపిస్తుంది. అధిక ఉష్ణోగ్రత వద్ద పనిచేయడం వలన బ్యాటరీ వోల్టేజ్ తగ్గించబడుతుంది మరియు ప్రతిచర్య రేటు పెరుగుతుంది, కానీ ఇది పదార్థ ఉష్ణ స్థిరత్వం మరియు సీలింగ్ యొక్క సవాలును కూడా ఎదుర్కొంటుంది. అదనంగా, కాథోడ్ ఉత్పత్తి చేసే వాయువు ఒక హైడ్రోజన్ మిశ్రమం, దీనిని మరింత వేరు చేసి శుద్ధి చేయాలి, ఇది సాంప్రదాయ ద్రవ నీటి విద్యుద్విశ్లేషణతో పోలిస్తే ఖర్చును పెంచుతుంది. స్ట్రోంటియం జిర్కోనేట్ వంటి ప్రోటాన్-వాహక సిరామిక్స్ వాడకం SOE ధరను తగ్గిస్తుంది. స్ట్రోంటియం జిర్కోనేట్ దాదాపు 700°C వద్ద అద్భుతమైన ప్రోటాన్ వాహకతను చూపుతుంది మరియు కాథోడ్ అధిక స్వచ్ఛత కలిగిన హైడ్రోజన్‌ను ఉత్పత్తి చేయడానికి అనుకూలంగా ఉంటుంది, ఇది ఆవిరి విద్యుద్విశ్లేషణ పరికరాన్ని సులభతరం చేస్తుంది.

యాన్ మరియు ఇతరులు [6] కాల్షియం ఆక్సైడ్ ద్వారా స్థిరీకరించబడిన జిర్కోనియా సిరామిక్ ట్యూబ్‌ను సహాయక నిర్మాణం యొక్క SOEగా ఉపయోగించారని, బయటి ఉపరితలం సన్నని (0.25mm కంటే తక్కువ) పోరస్ లాంథనమ్ పెరోవ్‌స్కైట్‌తో ఆనోడ్‌గా పూత పూయబడిందని మరియు కాథోడ్‌గా Ni/Y2O3 స్థిరమైన కాల్షియం ఆక్సైడ్ సెర్మెట్‌తో పూత పూయబడిందని నివేదించారు. 1000°C, 0.4A/cm2 మరియు 39.3W ఇన్‌పుట్ పవర్ వద్ద, యూనిట్ యొక్క హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యం 17.6NL/h. SOE యొక్క ప్రతికూలత ఏమిటంటే కణాల మధ్య ఇంటర్‌కనెక్షన్‌ల వద్ద సాధారణంగా కనిపించే అధిక ఓం నష్టాల ఫలితంగా అధిక వోల్టేజ్ మరియు ఆవిరి వ్యాప్తి రవాణా పరిమితుల కారణంగా అధిక ఓవర్‌వోల్టేజ్ సాంద్రత. ఇటీవలి సంవత్సరాలలో, ప్లానార్ ఎలక్ట్రోలైటిక్ కణాలు చాలా దృష్టిని ఆకర్షించాయి [7-8]. ట్యూబులర్ కణాలకు విరుద్ధంగా, ఫ్లాట్ కణాలు తయారీని మరింత కాంపాక్ట్ చేస్తాయి మరియు హైడ్రోజన్ ఉత్పత్తి సామర్థ్యాన్ని మెరుగుపరుస్తాయి [6]. ప్రస్తుతం, SOE యొక్క పారిశ్రామిక అనువర్తనానికి ప్రధాన అడ్డంకి విద్యుద్విశ్లేషణ కణం యొక్క దీర్ఘకాలిక స్థిరత్వం [8], మరియు ఎలక్ట్రోడ్ వృద్ధాప్యం మరియు నిష్క్రియం యొక్క సమస్యలు సంభవించవచ్చు.