ഖര ഓക്സൈഡുകളുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിലൂടെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ പുരോഗതിയും സാമ്പത്തിക വിശകലനവും

ഖര ഓക്സൈഡുകളുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിലൂടെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിൻ്റെ പുരോഗതിയും സാമ്പത്തിക വിശകലനവും

സോളിഡ് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോലൈസർ (SOE) വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിനായി ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ജല നീരാവി (600 ~ 900 ° C) ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ആൽക്കലൈൻ ഇലക്ട്രോലൈസറിനേക്കാളും PEM ഇലക്ട്രോലൈസറിനേക്കാളും കൂടുതൽ കാര്യക്ഷമമാണ്. 1960 കളിൽ, യുണൈറ്റഡ് സ്റ്റേറ്റ്സും ജർമ്മനിയും ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ജല നീരാവി SOE യെക്കുറിച്ച് ഗവേഷണം നടത്താൻ തുടങ്ങി. SOE ഇലക്ട്രോലൈസറിൻ്റെ പ്രവർത്തന തത്വം ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. റീസൈക്കിൾ ചെയ്ത ഹൈഡ്രജനും ജല നീരാവിയും ആനോഡിൽ നിന്ന് പ്രതികരണ സംവിധാനത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു. കാഥോഡിൽ ജലബാഷ്പം വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്ത് ഹൈഡ്രജനായി മാറുന്നു. കാഥോഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന O2 ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ ആനോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, അവിടെ അത് വീണ്ടും സംയോജിച്ച് ഓക്സിജൻ രൂപപ്പെടുകയും ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു.

ആൽക്കലൈൻ, പ്രോട്ടോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൺ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, SOE ഇലക്ട്രോഡ് ജല നീരാവി സമ്പർക്കവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും ഇലക്ട്രോഡിനും ജല നീരാവി സമ്പർക്കത്തിനും ഇടയിലുള്ള ഇൻ്റർഫേസ് ഏരിയ പരമാവധിയാക്കുന്നതിനുള്ള വെല്ലുവിളിയെ അഭിമുഖീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, SOE ഇലക്ട്രോഡിന് പൊതുവെ ഒരു പോറസ് ഘടനയുണ്ട്. ജല നീരാവി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൻ്റെ ഉദ്ദേശ്യം ഊർജ്ജ തീവ്രത കുറയ്ക്കുകയും പരമ്പരാഗത ദ്രാവക ജല വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തന ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ്. വാസ്തവത്തിൽ, ജല വിഘടിപ്പിക്കൽ പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിൻ്റെ മൊത്തം ഊർജ്ജ ആവശ്യകത താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് ചെറുതായി വർദ്ധിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, വൈദ്യുതോർജ്ജത്തിൻ്റെ ആവശ്യകത ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ആവശ്യമായ ഊർജ്ജത്തിൻ്റെ ഒരു ഭാഗം താപമായി വിതരണം ചെയ്യുന്നു. ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള താപ സ്രോതസ്സുകളുടെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കാൻ SOE ന് കഴിയും. ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വാതക-തണുത്ത ന്യൂക്ലിയർ റിയാക്ടറുകളെ 950 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസ് വരെ ചൂടാക്കാൻ കഴിയുമെന്നതിനാൽ, SOE-യുടെ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി ന്യൂക്ലിയർ എനർജി ഉപയോഗിക്കാം. അതേസമയം, ജിയോതെർമൽ എനർജി പോലുള്ള പുനരുപയോഗ ഊർജത്തിനും നീരാവി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിൻ്റെ താപ സ്രോതസ്സായി സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് ഗവേഷണം കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന ഊഷ്മാവിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കുകയും പ്രതികരണ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കുകയും ചെയ്യും, എന്നാൽ ഇത് മെറ്റീരിയൽ താപ സ്ഥിരതയുടെയും സീലിംഗിൻ്റെയും വെല്ലുവിളിയെ അഭിമുഖീകരിക്കുന്നു. കൂടാതെ, കാഥോഡ് ഉൽപ്പാദിപ്പിക്കുന്ന വാതകം ഒരു ഹൈഡ്രജൻ മിശ്രിതമാണ്, ഇത് കൂടുതൽ വേർപെടുത്തുകയും ശുദ്ധീകരിക്കുകയും വേണം, ഇത് പരമ്പരാഗത ദ്രാവക ജല വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ചെലവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. സ്ട്രോൺഷ്യം സിർക്കണേറ്റ് പോലുള്ള പ്രോട്ടോൺ-ചാലക സെറാമിക്സിൻ്റെ ഉപയോഗം SOE യുടെ വില കുറയ്ക്കുന്നു. സ്ട്രോൺഷ്യം സിർക്കണേറ്റ് ഏകദേശം 700 ഡിഗ്രി സെൽഷ്യസിൽ മികച്ച പ്രോട്ടോൺ ചാലകത കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഉയർന്ന ശുദ്ധിയുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കാഥോഡിന് സഹായകമാണ്, ഇത് നീരാവി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ ഉപകരണത്തെ ലളിതമാക്കുന്നു.

യാൻ തുടങ്ങിയവർ. [6] കാത്സ്യം ഓക്സൈഡ് ഉപയോഗിച്ച് സ്ഥിരതയുള്ള സിർക്കോണിയ സെറാമിക് ട്യൂബ് പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഘടനയുടെ SOE ആയി ഉപയോഗിച്ചു, പുറം ഉപരിതലത്തിൽ നേർത്ത (0.25 മില്ലിമീറ്ററിൽ താഴെ) പോറസ് ലാന്തനം പെറോവ്സ്കൈറ്റ് ആനോഡും Ni/Y2O3 സ്ഥിരതയുള്ള കാൽസ്യം ഓക്സൈഡ് സെർമെറ്റ് കാഥോഡും കൊണ്ട് പൂശിയിരിക്കുന്നു. 1000°C, 0.4A/cm2, 39.3W ഇൻപുട്ട് പവർ എന്നിവയിൽ, യൂണിറ്റിൻ്റെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപ്പാദനശേഷി 17.6NL/h ആണ്. കോശങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരസ്പരബന്ധത്തിൽ സാധാരണമായ ഉയർന്ന ഓം നഷ്ടം മൂലമുണ്ടാകുന്ന അമിത വോൾട്ടേജും നീരാവി വ്യാപന ഗതാഗതത്തിൻ്റെ പരിമിതികൾ മൂലമുള്ള ഉയർന്ന വോൾട്ടേജ് സാന്ദ്രതയുമാണ് SOE യുടെ പോരായ്മ. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, പ്ലാനർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു [7-8]. ട്യൂബുലാർ സെല്ലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, പരന്ന കോശങ്ങൾ നിർമ്മാണത്തെ കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ളതാക്കുകയും ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു [6]. നിലവിൽ, SOE യുടെ വ്യാവസായിക പ്രയോഗത്തിനുള്ള പ്രധാന തടസ്സം ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിൻ്റെ ദീർഘകാല സ്ഥിരതയാണ് [8], ഇലക്ട്രോഡ് വാർദ്ധക്യം, നിർജ്ജീവമാക്കൽ എന്നിവയുടെ പ്രശ്നങ്ങൾ ഉണ്ടാകാം.