ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್ಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಪ್ರಗತಿ ಮತ್ತು ಆರ್ಥಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ

ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್ಗಳ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯಿಂದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಪ್ರಗತಿ ಮತ್ತು ಆರ್ಥಿಕ ವಿಶ್ಲೇಷಣೆ

ಘನ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್ (SOE) ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ನೀರಿನ ಆವಿಯನ್ನು (600 ~ 900 ° C) ಬಳಸುತ್ತದೆ, ಇದು ಕ್ಷಾರೀಯ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜಕ ಮತ್ತು PEM ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್‌ಗಿಂತ ಹೆಚ್ಚು ಪರಿಣಾಮಕಾರಿಯಾಗಿದೆ. 1960 ರ ದಶಕದಲ್ಲಿ, ಯುನೈಟೆಡ್ ಸ್ಟೇಟ್ಸ್ ಮತ್ತು ಜರ್ಮನಿಯು ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ನೀರಿನ ಆವಿ SOE ಕುರಿತು ಸಂಶೋಧನೆ ನಡೆಸಲು ಪ್ರಾರಂಭಿಸಿತು. SOE ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಜರ್‌ನ ಕೆಲಸದ ತತ್ವವನ್ನು ಚಿತ್ರ 4 ರಲ್ಲಿ ತೋರಿಸಲಾಗಿದೆ. ಮರುಬಳಕೆಯ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿಯು ಆನೋಡ್‌ನಿಂದ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ವ್ಯವಸ್ಥೆಯನ್ನು ಪ್ರವೇಶಿಸುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಲ್ಲಿ ನೀರಿನ ಆವಿಯನ್ನು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಆಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆ ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ O2 ಘನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಮೂಲಕ ಆನೋಡ್‌ಗೆ ಚಲಿಸುತ್ತದೆ, ಅಲ್ಲಿ ಅದು ಆಮ್ಲಜನಕವನ್ನು ರೂಪಿಸಲು ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರಾನ್‌ಗಳನ್ನು ಬಿಡುಗಡೆ ಮಾಡಲು ಪುನಃ ಸಂಯೋಜಿಸುತ್ತದೆ.

ಕ್ಷಾರೀಯ ಮತ್ತು ಪ್ರೋಟಾನ್ ವಿನಿಮಯ ಮೆಂಬರೇನ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳಿಗಿಂತ ಭಿನ್ನವಾಗಿ, SOE ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ನೀರಿನ ಆವಿ ಸಂಪರ್ಕದೊಂದಿಗೆ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ವಿದ್ಯುದ್ವಾರ ಮತ್ತು ನೀರಿನ ಆವಿ ಸಂಪರ್ಕದ ನಡುವಿನ ಇಂಟರ್ಫೇಸ್ ಪ್ರದೇಶವನ್ನು ಗರಿಷ್ಠಗೊಳಿಸುವ ಸವಾಲನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ. ಆದ್ದರಿಂದ, SOE ವಿದ್ಯುದ್ವಾರವು ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ರಂಧ್ರದ ರಚನೆಯನ್ನು ಹೊಂದಿರುತ್ತದೆ. ನೀರಿನ ಆವಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಉದ್ದೇಶವು ಶಕ್ತಿಯ ತೀವ್ರತೆಯನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು ಮತ್ತು ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ರವ ನೀರಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಕಾರ್ಯಾಚರಣೆಯ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುವುದು. ವಾಸ್ತವವಾಗಿ, ಹೆಚ್ಚುತ್ತಿರುವ ತಾಪಮಾನದೊಂದಿಗೆ ನೀರಿನ ವಿಭಜನೆಯ ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆಯ ಒಟ್ಟು ಶಕ್ತಿಯ ಅವಶ್ಯಕತೆಯು ಸ್ವಲ್ಪಮಟ್ಟಿಗೆ ಹೆಚ್ಚಾಗುತ್ತದೆಯಾದರೂ, ವಿದ್ಯುತ್ ಶಕ್ತಿಯ ಅಗತ್ಯವು ಗಮನಾರ್ಹವಾಗಿ ಕಡಿಮೆಯಾಗುತ್ತದೆ. ವಿದ್ಯುದ್ವಿಚ್ಛೇದ್ಯದ ಉಷ್ಣತೆಯು ಹೆಚ್ಚಾದಂತೆ, ಅಗತ್ಯವಿರುವ ಶಕ್ತಿಯ ಒಂದು ಭಾಗವನ್ನು ಶಾಖವಾಗಿ ಸರಬರಾಜು ಮಾಡಲಾಗುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಶಾಖದ ಮೂಲದ ಉಪಸ್ಥಿತಿಯಲ್ಲಿ SOE ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸುವ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ-ತಾಪಮಾನದ ಅನಿಲ-ತಂಪಾಗುವ ಪರಮಾಣು ರಿಯಾಕ್ಟರ್‌ಗಳನ್ನು 950 ° C ಗೆ ಬಿಸಿ ಮಾಡಬಹುದಾದ್ದರಿಂದ, ಪರಮಾಣು ಶಕ್ತಿಯನ್ನು SOE ಗೆ ಶಕ್ತಿಯ ಮೂಲವಾಗಿ ಬಳಸಬಹುದು. ಅದೇ ಸಮಯದಲ್ಲಿ, ಭೂಶಾಖದ ಶಕ್ತಿಯಂತಹ ನವೀಕರಿಸಬಹುದಾದ ಶಕ್ತಿಯು ಉಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಶಾಖದ ಮೂಲವಾಗಿ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಹೊಂದಿದೆ ಎಂದು ಸಂಶೋಧನೆ ತೋರಿಸುತ್ತದೆ. ಹೆಚ್ಚಿನ ತಾಪಮಾನದಲ್ಲಿ ಕಾರ್ಯನಿರ್ವಹಿಸುವುದರಿಂದ ಬ್ಯಾಟರಿ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಅನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡಬಹುದು ಮತ್ತು ಪ್ರತಿಕ್ರಿಯೆ ದರವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸಬಹುದು, ಆದರೆ ಇದು ವಸ್ತು ಉಷ್ಣ ಸ್ಥಿರತೆ ಮತ್ತು ಸೀಲಿಂಗ್‌ನ ಸವಾಲನ್ನು ಎದುರಿಸುತ್ತದೆ. ಇದರ ಜೊತೆಗೆ, ಕ್ಯಾಥೋಡ್ನಿಂದ ಉತ್ಪತ್ತಿಯಾಗುವ ಅನಿಲವು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಮಿಶ್ರಣವಾಗಿದೆ, ಇದನ್ನು ಮತ್ತಷ್ಟು ಬೇರ್ಪಡಿಸಬೇಕು ಮತ್ತು ಶುದ್ಧೀಕರಿಸಬೇಕು, ಸಾಂಪ್ರದಾಯಿಕ ದ್ರವ ನೀರಿನ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಗೆ ಹೋಲಿಸಿದರೆ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಹೆಚ್ಚಿಸುತ್ತದೆ. ಸ್ಟ್ರಾಂಷಿಯಂ ಜಿರ್ಕೋನೇಟ್‌ನಂತಹ ಪ್ರೋಟಾನ್-ವಾಹಕ ಪಿಂಗಾಣಿಗಳ ಬಳಕೆಯು SOE ಯ ವೆಚ್ಚವನ್ನು ಕಡಿಮೆ ಮಾಡುತ್ತದೆ. ಸ್ಟ್ರಾಂಷಿಯಮ್ ಜಿರ್ಕೋನೇಟ್ ಸುಮಾರು 700 ° C ನಲ್ಲಿ ಅತ್ಯುತ್ತಮ ಪ್ರೋಟಾನ್ ವಾಹಕತೆಯನ್ನು ತೋರಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೆಚ್ಚಿನ ಶುದ್ಧತೆಯ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಅನ್ನು ಉತ್ಪಾದಿಸಲು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ಗೆ ಅನುಕೂಲಕರವಾಗಿದೆ, ಇದು ಉಗಿ ವಿದ್ಯುದ್ವಿಭಜನೆಯ ಸಾಧನವನ್ನು ಸರಳಗೊಳಿಸುತ್ತದೆ.

ಯಾನ್ ಮತ್ತು ಇತರರು. [6] ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್‌ನಿಂದ ಸ್ಥಿರಗೊಳಿಸಿದ ಜಿರ್ಕೋನಿಯಾ ಸೆರಾಮಿಕ್ ಟ್ಯೂಬ್ ಅನ್ನು ಪೋಷಕ ರಚನೆಯ SOE ಆಗಿ ಬಳಸಲಾಗಿದೆ ಎಂದು ವರದಿ ಮಾಡಿದೆ, ಹೊರ ಮೇಲ್ಮೈಯನ್ನು ತೆಳುವಾದ (0.25mm ಗಿಂತ ಕಡಿಮೆ) ಪೊರಸ್ ಲ್ಯಾಂಥನಮ್ ಪೆರೋವ್‌ಸ್ಕೈಟ್‌ನಿಂದ ಆನೋಡ್‌ನಂತೆ ಮತ್ತು Ni/Y2O3 ಸ್ಥಿರ ಕ್ಯಾಲ್ಸಿಯಂ ಆಕ್ಸೈಡ್ ಸೆರ್ಮೆಟ್ ಅನ್ನು ಕ್ಯಾಥೋಡ್‌ನಂತೆ ಲೇಪಿಸಲಾಗಿದೆ. 1000 ° C, 0.4A/cm2 ಮತ್ತು 39.3W ಇನ್‌ಪುಟ್ ಪವರ್‌ನಲ್ಲಿ, ಘಟಕದ ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನಾ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವು 17.6NL/h ಆಗಿದೆ. SOE ಯ ಅನನುಕೂಲವೆಂದರೆ ಜೀವಕೋಶಗಳ ನಡುವಿನ ಅಂತರಸಂಪರ್ಕದಲ್ಲಿ ಸಾಮಾನ್ಯವಾಗಿ ಕಂಡುಬರುವ ಹೆಚ್ಚಿನ ಓಮ್ ನಷ್ಟಗಳಿಂದ ಉಂಟಾಗುವ ಅತಿಯಾದ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಮತ್ತು ಆವಿ ಪ್ರಸರಣ ಸಾರಿಗೆಯ ಮಿತಿಗಳಿಂದಾಗಿ ಹೆಚ್ಚಿನ ಅಧಿಕ ವೋಲ್ಟೇಜ್ ಸಾಂದ್ರತೆ. ಇತ್ತೀಚಿನ ವರ್ಷಗಳಲ್ಲಿ, ಪ್ಲ್ಯಾನರ್ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶಗಳು ಹೆಚ್ಚು ಗಮನ ಸೆಳೆದಿವೆ [7-8]. ಕೊಳವೆಯಾಕಾರದ ಕೋಶಗಳಿಗೆ ವ್ಯತಿರಿಕ್ತವಾಗಿ, ಫ್ಲಾಟ್ ಕೋಶಗಳು ಉತ್ಪಾದನೆಯನ್ನು ಹೆಚ್ಚು ಸಾಂದ್ರವಾಗಿಸುತ್ತದೆ ಮತ್ತು ಹೈಡ್ರೋಜನ್ ಉತ್ಪಾದನೆಯ ಸಾಮರ್ಥ್ಯವನ್ನು ಸುಧಾರಿಸುತ್ತದೆ [6]. ಪ್ರಸ್ತುತ, SOE ಯ ಕೈಗಾರಿಕಾ ಅನ್ವಯಕ್ಕೆ ಮುಖ್ಯ ಅಡಚಣೆಯೆಂದರೆ ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಲೈಟಿಕ್ ಕೋಶದ [8] ದೀರ್ಘಕಾಲೀನ ಸ್ಥಿರತೆ, ಮತ್ತು ಎಲೆಕ್ಟ್ರೋಡ್ ವಯಸ್ಸಾದ ಮತ್ತು ನಿಷ್ಕ್ರಿಯಗೊಳಿಸುವಿಕೆಯ ಸಮಸ್ಯೆಗಳು ಉಂಟಾಗಬಹುದು.