কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি এবং অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

কঠিন অক্সাইডের তড়িৎ বিশ্লেষণের মাধ্যমে হাইড্রোজেন উৎপাদনের অগ্রগতি এবং অর্থনৈতিক বিশ্লেষণ

সলিড অক্সাইড ইলেক্ট্রোলাইজার (SOE) ইলেক্ট্রোলাইসিসের জন্য উচ্চ-তাপমাত্রার জলীয় বাষ্প (600 ~ 900°C) ব্যবহার করে, যা ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজার এবং PEM ইলেক্ট্রোলাইজারের চেয়ে বেশি দক্ষ। 1960-এর দশকে, মার্কিন যুক্তরাষ্ট্র এবং জার্মানি উচ্চ-তাপমাত্রা জলীয় বাষ্প SOE নিয়ে গবেষণা চালাতে শুরু করে। SOE ইলেক্ট্রোলাইজারের কাজের নীতিটি চিত্র 4 এ দেখানো হয়েছে। পুনর্ব্যবহৃত হাইড্রোজেন এবং জলীয় বাষ্প অ্যানোড থেকে প্রতিক্রিয়া সিস্টেমে প্রবেশ করে। জলীয় বাষ্প ক্যাথোডে হাইড্রোজেনে ইলেক্ট্রোলাইজড হয়। ক্যাথোড দ্বারা উত্পাদিত O2 কঠিন ইলেক্ট্রোলাইটের মধ্য দিয়ে অ্যানোডে চলে যায়, যেখানে এটি অক্সিজেন তৈরি করতে এবং ইলেকট্রন মুক্ত করতে পুনরায় সংযুক্ত হয়।

ক্ষারীয় এবং প্রোটন এক্সচেঞ্জ ঝিল্লি ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের বিপরীতে, SOE ইলেক্ট্রোড জলীয় বাষ্পের যোগাযোগের সাথে প্রতিক্রিয়া দেখায় এবং ইলেক্ট্রোড এবং জলীয় বাষ্পের যোগাযোগের মধ্যে ইন্টারফেস এলাকাকে সর্বাধিক করার চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। অতএব, SOE ইলেক্ট্রোডের সাধারণত একটি ছিদ্রযুক্ত কাঠামো থাকে। জলীয় বাষ্প ইলেক্ট্রোলাইসিসের উদ্দেশ্য হল শক্তির তীব্রতা হ্রাস করা এবং প্রচলিত তরল জল তড়িৎ বিশ্লেষণের অপারেটিং খরচ কমানো। প্রকৃতপক্ষে, যদিও ক্রমবর্ধমান তাপমাত্রার সাথে জলের পচন প্রতিক্রিয়ার মোট শক্তির প্রয়োজন সামান্য বৃদ্ধি পায়, তবু বৈদ্যুতিক শক্তির প্রয়োজনীয়তা উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস পায়। ইলেক্ট্রোলাইটিক তাপমাত্রা বৃদ্ধির সাথে সাথে প্রয়োজনীয় শক্তির একটি অংশ তাপ হিসাবে সরবরাহ করা হয়। SOE উচ্চ-তাপমাত্রার তাপ উৎসের উপস্থিতিতে হাইড্রোজেন উৎপাদন করতে সক্ষম। যেহেতু উচ্চ-তাপমাত্রার গ্যাস-ঠান্ডা পারমাণবিক চুল্লিগুলিকে 950 ডিগ্রি সেলসিয়াসে উত্তপ্ত করা যেতে পারে, তাই পারমাণবিক শক্তি SOE-এর জন্য শক্তির উত্স হিসাবে ব্যবহার করা যেতে পারে। একই সময়ে, গবেষণা দেখায় যে পুনর্নবীকরণযোগ্য শক্তি যেমন জিওথার্মাল শক্তিরও বাষ্প ইলেক্ট্রোলাইসিসের তাপের উত্স হিসাবে সম্ভাবনা রয়েছে। উচ্চ তাপমাত্রায় অপারেটিং ব্যাটারি ভোল্টেজ কমাতে পারে এবং প্রতিক্রিয়া হার বাড়াতে পারে, তবে এটি উপাদান তাপীয় স্থিতিশীলতা এবং সিলিংয়ের চ্যালেঞ্জের মুখোমুখি হয়। উপরন্তু, ক্যাথোড দ্বারা উত্পাদিত গ্যাস হল একটি হাইড্রোজেন মিশ্রণ, যাকে আরও আলাদা এবং বিশুদ্ধ করতে হবে, যা প্রচলিত তরল জলের তড়িৎ বিশ্লেষণের তুলনায় খরচ বাড়িয়ে দেয়। প্রোটন-পরিবাহী সিরামিকের ব্যবহার, যেমন স্ট্রন্টিয়াম জিরকোনেট, SOE-এর খরচ কমিয়ে দেয়। স্ট্রন্টিয়াম জিরকোনেট প্রায় 700 ডিগ্রি সেলসিয়াসে চমৎকার প্রোটন পরিবাহিতা দেখায় এবং উচ্চ বিশুদ্ধতা হাইড্রোজেন তৈরি করতে ক্যাথোডের জন্য সহায়ক, বাষ্প ইলেক্ট্রোলাইসিস ডিভাইসকে সহজ করে।

ইয়ান এট আল। [৬] রিপোর্ট করা হয়েছে যে ক্যালসিয়াম অক্সাইড দ্বারা স্থিতিশীল জিরকোনিয়া সিরামিক টিউবটিকে সমর্থনকারী কাঠামোর SOE হিসাবে ব্যবহার করা হয়েছিল, বাইরের পৃষ্ঠটি অ্যানোড হিসাবে পাতলা (0.25 মিমি থেকে কম) ছিদ্রযুক্ত ল্যান্থানাম পেরোভস্কাইট এবং ক্যাথোড হিসাবে Ni/Y2O3 স্থিতিশীল ক্যালসিয়াম অক্সাইড সারমেট দিয়ে প্রলিপ্ত ছিল। 1000°C, 0.4A/cm2 এবং 39.3W ইনপুট পাওয়ারে, ইউনিটের হাইড্রোজেন উৎপাদন ক্ষমতা হল 17.6NL/h। SOE-এর অসুবিধা হল উচ্চ ওম ক্ষতির ফলে ওভারভোল্টেজ যা কোষের মধ্যে আন্তঃসংযোগে সাধারণ, এবং বাষ্প বিচ্ছুরণ পরিবহনের সীমাবদ্ধতার কারণে উচ্চ ওভারভোল্টেজ ঘনত্ব। সাম্প্রতিক বছরগুলিতে, প্ল্যানার ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষগুলি অনেক মনোযোগ আকর্ষণ করেছে [7-8]। টিউবুলার কোষের বিপরীতে, সমতল কোষগুলি উত্পাদনকে আরও কমপ্যাক্ট করে এবং হাইড্রোজেন উত্পাদন দক্ষতা উন্নত করে [6]। বর্তমানে, SOE এর শিল্প প্রয়োগের প্রধান বাধা হল ইলেক্ট্রোলাইটিক কোষের দীর্ঘমেয়াদী স্থিতিশীলতা [8], এবং ইলেক্ট্রোড বার্ধক্য এবং নিষ্ক্রিয়করণের সমস্যা হতে পারে।