सॉलिड ऑक्साईडच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साईडच्या इलेक्ट्रोलिसिसद्वारे हायड्रोजन उत्पादनाची प्रगती आणि आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साईड इलेक्ट्रोलायझर (SOE) इलेक्ट्रोलिसिससाठी उच्च-तापमान पाण्याची वाफ (600 ~ 900°C) वापरते, जे अल्कलाइन इलेक्ट्रोलायझर आणि PEM इलेक्ट्रोलायझरपेक्षा अधिक कार्यक्षम आहे. 1960 च्या दशकात, युनायटेड स्टेट्स आणि जर्मनीने उच्च-तापमानाच्या पाण्याची वाफ SOE वर संशोधन करण्यास सुरुवात केली. SOE इलेक्ट्रोलायझरचे कार्य तत्त्व आकृती 4 मध्ये दर्शविले आहे. पुनर्नवीनीकरण केलेले हायड्रोजन आणि पाण्याची वाफ एनोडमधून प्रतिक्रिया प्रणालीमध्ये प्रवेश करतात. कॅथोडमध्ये पाण्याची वाफ हायड्रोजनमध्ये इलेक्ट्रोलायझ केली जाते. कॅथोडद्वारे उत्पादित केलेला O2 घन इलेक्ट्रोलाइटमधून एनोडकडे जातो, जिथे तो ऑक्सिजन तयार करण्यासाठी आणि इलेक्ट्रॉन सोडण्यासाठी पुन्हा एकत्र होतो.

क्षारीय आणि प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींच्या विपरीत, SOE इलेक्ट्रोड पाण्याच्या वाफेच्या संपर्कासह प्रतिक्रिया देतो आणि इलेक्ट्रोड आणि पाण्याच्या वाफेच्या संपर्कातील इंटरफेस क्षेत्र वाढवण्याचे आव्हान पेलतो. म्हणून, SOE इलेक्ट्रोडमध्ये सामान्यतः सच्छिद्र रचना असते. पाण्याची वाफ इलेक्ट्रोलिसिसचा उद्देश उर्जेची तीव्रता कमी करणे आणि पारंपारिक द्रव पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसची ऑपरेटिंग किंमत कमी करणे आहे. खरं तर, पाण्याच्या विघटनाच्या प्रतिक्रियेची एकूण ऊर्जेची गरज वाढत्या तापमानाने थोडीशी वाढली असली तरी विद्युत ऊर्जेची गरज लक्षणीयरीत्या कमी होते. इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान वाढते म्हणून, आवश्यक उर्जेचा काही भाग उष्णता म्हणून पुरवला जातो. SOE उच्च-तापमान उष्णता स्त्रोताच्या उपस्थितीत हायड्रोजन तयार करण्यास सक्षम आहे. उच्च-तापमानाच्या गॅस-कूल्ड अणुभट्ट्या 950°C पर्यंत गरम केल्या जाऊ शकतात, अणुऊर्जा SOE साठी ऊर्जा स्त्रोत म्हणून वापरली जाऊ शकते. त्याच वेळी, संशोधनातून असे दिसून आले आहे की भू-औष्णिक उर्जेसारख्या अक्षय उर्जेमध्ये वाफेच्या इलेक्ट्रोलिसिसच्या उष्णतेचा स्त्रोत म्हणून देखील क्षमता आहे. उच्च तपमानावर काम केल्याने बॅटरी व्होल्टेज कमी होऊ शकते आणि प्रतिक्रिया दर वाढू शकतो, परंतु त्यास सामग्री थर्मल स्थिरता आणि सीलिंगचे आव्हान देखील तोंड द्यावे लागते. याव्यतिरिक्त, कॅथोडद्वारे उत्पादित वायू एक हायड्रोजन मिश्रण आहे, ज्याला आणखी वेगळे आणि शुद्ध करणे आवश्यक आहे, पारंपारिक द्रव पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसच्या तुलनेत किंमत वाढवते. प्रोटॉन-कंडक्टिंग सिरॅमिक्सचा वापर, जसे की स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेट, SOE ची किंमत कमी करते. स्ट्रॉन्टियम झिरकोनेट सुमारे 700°C वर उत्कृष्ट प्रोटॉन चालकता दर्शविते, आणि उच्च शुद्धता हायड्रोजन तयार करण्यासाठी कॅथोडसाठी अनुकूल आहे, ज्यामुळे स्टीम इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण सुलभ होते.

यान वगैरे. [६] नोंदवले गेले की कॅल्शियम ऑक्साईडद्वारे स्थिर केलेली झिरकोनिया सिरॅमिक ट्यूब सपोर्टिंग स्ट्रक्चरची SOE म्हणून वापरली गेली होती, बाह्य पृष्ठभाग पातळ (0.25 मिमी पेक्षा कमी) सच्छिद्र लॅन्थॅनम पेरोव्स्काइटने एनोड म्हणून लेपित होते आणि कॅथोड म्हणून Ni/Y2O3 स्थिर कॅल्शियम ऑक्साईड सरमेट होते. 1000°C, 0.4A/cm2 आणि 39.3W इनपुट पॉवरवर, युनिटची हायड्रोजन उत्पादन क्षमता 17.6NL/h आहे. SOE चा तोटा म्हणजे पेशींमधील आंतरकनेक्शनमध्ये सामान्य असलेल्या उच्च ओहमच्या नुकसानीमुळे उद्भवणारे ओव्हरव्होल्टेज आणि बाष्प प्रसार वाहतुकीच्या मर्यादांमुळे उच्च ओव्हरव्होल्टेज एकाग्रता. अलिकडच्या वर्षांत, प्लॅनर इलेक्ट्रोलाइटिक पेशींनी बरेच लक्ष वेधले आहे [7-8]. ट्यूबलर पेशींच्या विरूद्ध, सपाट पेशी उत्पादन अधिक संक्षिप्त करतात आणि हायड्रोजन उत्पादन कार्यक्षमता सुधारतात [6]. सध्या, SOE च्या औद्योगिक वापरामध्ये मुख्य अडथळा इलेक्ट्रोलाइटिक सेलची दीर्घकालीन स्थिरता आहे [8] आणि इलेक्ट्रोड वृद्धत्व आणि निष्क्रियतेच्या समस्या उद्भवू शकतात.