ഖര ഓക്സൈഡുകളുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം വഴിയുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്റെ പുരോഗതിയും സാമ്പത്തിക വിശകലനവും.

ഖര ഓക്സൈഡുകളുടെ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം വഴിയുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദനത്തിന്റെ പുരോഗതിയും സാമ്പത്തിക വിശകലനവും.

സോളിഡ് ഓക്സൈഡ് ഇലക്ട്രോലൈസർ (SOE) വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിനായി ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ജല നീരാവി (600 ~ 900°C) ഉപയോഗിക്കുന്നു, ഇത് ആൽക്കലൈൻ ഇലക്ട്രോലൈസർ, PEM ഇലക്ട്രോലൈസർ എന്നിവയേക്കാൾ കാര്യക്ഷമമാണ്. 1960-കളിൽ, അമേരിക്കയും ജർമ്മനിയും ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള ജല നീരാവി SOE-യെക്കുറിച്ച് ഗവേഷണം നടത്താൻ തുടങ്ങി. SOE ഇലക്ട്രോലൈസറിന്റെ പ്രവർത്തന തത്വം ചിത്രം 4-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നു. പുനരുപയോഗിച്ച ഹൈഡ്രജനും ജല നീരാവിയും ആനോഡിൽ നിന്ന് പ്രതിപ്രവർത്തന സംവിധാനത്തിലേക്ക് പ്രവേശിക്കുന്നു. കാഥോഡിൽ ജല നീരാവി ഹൈഡ്രജനായി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണം ചെയ്യപ്പെടുന്നു. കാഥോഡ് ഉത്പാദിപ്പിക്കുന്ന O2 ഖര ഇലക്ട്രോലൈറ്റിലൂടെ ആനോഡിലേക്ക് നീങ്ങുന്നു, അവിടെ അത് വീണ്ടും സംയോജിപ്പിച്ച് ഓക്സിജൻ രൂപപ്പെടുകയും ഇലക്ട്രോണുകൾ പുറത്തുവിടുകയും ചെയ്യുന്നു.

ആൽക്കലൈൻ, പ്രോട്ടോൺ എക്സ്ചേഞ്ച് മെംബ്രൻ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, SOE ഇലക്ട്രോഡ് ജലബാഷ്പ സമ്പർക്കവുമായി പ്രതിപ്രവർത്തിക്കുകയും ഇലക്ട്രോഡിനും ജലബാഷ്പ സമ്പർക്കത്തിനും ഇടയിലുള്ള ഇന്റർഫേസ് ഏരിയ പരമാവധിയാക്കുക എന്ന വെല്ലുവിളി നേരിടുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, SOE ഇലക്ട്രോഡിന് പൊതുവെ ഒരു സുഷിര ഘടനയുണ്ട്. ജലബാഷ്പ വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിന്റെ ഉദ്ദേശ്യം ഊർജ്ജ തീവ്രത കുറയ്ക്കുകയും പരമ്പരാഗത ദ്രാവക ജല വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിന്റെ പ്രവർത്തനച്ചെലവ് കുറയ്ക്കുകയും ചെയ്യുക എന്നതാണ്. വാസ്തവത്തിൽ, ജല വിഘടന പ്രതിപ്രവർത്തനത്തിന്റെ മൊത്തം ഊർജ്ജ ആവശ്യകത താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച് അല്പം വർദ്ധിക്കുന്നുണ്ടെങ്കിലും, വൈദ്യുതോർജ്ജ ആവശ്യകത ഗണ്യമായി കുറയുന്നു. ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് താപനില വർദ്ധിക്കുന്നതിനനുസരിച്ച്, ആവശ്യമായ ഊർജ്ജത്തിന്റെ ഒരു ഭാഗം താപമായി നൽകുന്നു. ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള താപ സ്രോതസ്സിന്റെ സാന്നിധ്യത്തിൽ ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ SOE പ്രാപ്തമാണ്. ഉയർന്ന താപനിലയുള്ള വാതക-തണുപ്പിച്ച ന്യൂക്ലിയർ റിയാക്ടറുകൾ 950°C വരെ ചൂടാക്കാൻ കഴിയുന്നതിനാൽ, SOE-യുടെ ഊർജ്ജ സ്രോതസ്സായി ആണവോർജ്ജം ഉപയോഗിക്കാം. അതേസമയം, ജിയോതെർമൽ എനർജി പോലുള്ള പുനരുപയോഗ ഊർജ്ജത്തിന് നീരാവി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണത്തിന്റെ താപ സ്രോതസ്സായും സാധ്യതയുണ്ടെന്ന് ഗവേഷണം കാണിക്കുന്നു. ഉയർന്ന താപനിലയിൽ പ്രവർത്തിക്കുന്നത് ബാറ്ററി വോൾട്ടേജ് കുറയ്ക്കാനും പ്രതികരണ നിരക്ക് വർദ്ധിപ്പിക്കാനും കഴിയും, പക്ഷേ ഇത് മെറ്റീരിയൽ താപ സ്ഥിരതയുടെയും സീലിംഗിന്റെയും വെല്ലുവിളിയെ നേരിടുന്നു. കൂടാതെ, കാഥോഡ് ഉൽ‌പാദിപ്പിക്കുന്ന വാതകം ഒരു ഹൈഡ്രജൻ മിശ്രിതമാണ്, ഇത് കൂടുതൽ വേർതിരിച്ച് ശുദ്ധീകരിക്കേണ്ടതുണ്ട്, ഇത് പരമ്പരാഗത ദ്രാവക ജല വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണവുമായി താരതമ്യപ്പെടുത്തുമ്പോൾ ചെലവ് വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നു. സ്ട്രോൺഷ്യം സിർക്കോണേറ്റ് പോലുള്ള പ്രോട്ടോൺ-ചാലക സെറാമിക്സുകളുടെ ഉപയോഗം SOE യുടെ വില കുറയ്ക്കുന്നു. സ്ട്രോൺഷ്യം സിർക്കോണേറ്റ് ഏകദേശം 700°C ൽ മികച്ച പ്രോട്ടോൺ ചാലകത കാണിക്കുന്നു, കൂടാതെ ഉയർന്ന ശുദ്ധതയുള്ള ഹൈഡ്രജൻ ഉത്പാദിപ്പിക്കാൻ കാഥോഡിന് സഹായകവുമാണ്, ഇത് നീരാവി വൈദ്യുതവിശ്ലേഷണ ഉപകരണത്തെ ലളിതമാക്കുന്നു.

യാൻ തുടങ്ങിയവർ [6] റിപ്പോർട്ട് ചെയ്തത്, കാൽസ്യം ഓക്സൈഡ് ഉപയോഗിച്ച് സ്ഥിരപ്പെടുത്തിയ സിർക്കോണിയ സെറാമിക് ട്യൂബ് പിന്തുണയ്ക്കുന്ന ഘടനയുടെ SOE ആയി ഉപയോഗിച്ചുവെന്നും, പുറംഭാഗം ആനോഡായി നേർത്ത (0.25 മില്ലിമീറ്ററിൽ താഴെ) പോറസ് ലാന്തനം പെറോവ്‌സ്‌കൈറ്റ് കൊണ്ട് പൊതിഞ്ഞുവെന്നും, കാഥോഡായി Ni/Y2O3 സ്ഥിരതയുള്ള കാൽസ്യം ഓക്സൈഡ് സെർമെറ്റ് ഉപയോഗിച്ചുവെന്നും ആണ്. 1000°C, 0.4A/cm2, 39.3W ഇൻപുട്ട് പവർ എന്നിവയിൽ, യൂണിറ്റിന്റെ ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദന ശേഷി 17.6NL/h ആണ്. കോശങ്ങൾ തമ്മിലുള്ള പരസ്പര ബന്ധങ്ങളിൽ സാധാരണയായി കാണപ്പെടുന്ന ഉയർന്ന ഓം നഷ്ടങ്ങൾ മൂലമുണ്ടാകുന്ന അമിത വോൾട്ടേജും, നീരാവി വ്യാപന ഗതാഗതത്തിന്റെ പരിമിതികൾ കാരണം ഉയർന്ന അമിത വോൾട്ടേജ് സാന്ദ്രതയുമാണ് SOE യുടെ പോരായ്മ. സമീപ വർഷങ്ങളിൽ, പ്ലാനർ ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലുകൾ വളരെയധികം ശ്രദ്ധ ആകർഷിച്ചു [7-8]. ട്യൂബുലാർ സെല്ലുകളിൽ നിന്ന് വ്യത്യസ്തമായി, ഫ്ലാറ്റ് സെല്ലുകൾ നിർമ്മാണം കൂടുതൽ ഒതുക്കമുള്ളതാക്കുകയും ഹൈഡ്രജൻ ഉൽപാദന കാര്യക്ഷമത മെച്ചപ്പെടുത്തുകയും ചെയ്യുന്നു [6]. നിലവിൽ, SOE യുടെ വ്യാവസായിക പ്രയോഗത്തിനുള്ള പ്രധാന തടസ്സം ഇലക്ട്രോലൈറ്റിക് സെല്ലിന്റെ [8] ദീർഘകാല സ്ഥിരതയാണ്, കൂടാതെ ഇലക്ട്രോഡ് വാർദ്ധക്യം, നിർജ്ജീവമാക്കൽ തുടങ്ങിയ പ്രശ്നങ്ങൾക്കും ഇത് കാരണമാകാം.