ठोस अक्साइडको इलेक्ट्रोलिसिसद्वारा हाइड्रोजन उत्पादनको प्रगति र आर्थिक विश्लेषण

ठोस अक्साइडको इलेक्ट्रोलिसिसद्वारा हाइड्रोजन उत्पादनको प्रगति र आर्थिक विश्लेषण

ठोस अक्साइड इलेक्ट्रोलाइजर (SOE) ले इलेक्ट्रोलाइसिसको लागि उच्च-तापमानको पानीको भाप (600 ~ 900°C) प्रयोग गर्दछ, जुन क्षारीय इलेक्ट्रोलाइजर र PEM इलेक्ट्रोलाइजर भन्दा बढी प्रभावकारी हुन्छ। 1960 मा, संयुक्त राज्य अमेरिका र जर्मनीले उच्च-तापमान पानी वाष्प SOE मा अनुसन्धान गर्न थाले। SOE इलेक्ट्रोलाइजरको कार्य सिद्धान्त चित्र 4 मा देखाइएको छ। पुन: प्रयोग गरिएको हाइड्रोजन र जल वाष्प एनोडबाट प्रतिक्रिया प्रणालीमा प्रवेश गर्दछ। पानीको वाष्पलाई क्याथोडमा हाइड्रोजनमा इलेक्ट्रोलाइज गरिन्छ। क्याथोड द्वारा उत्पादित O2 ठोस इलेक्ट्रोलाइट मार्फत एनोडमा सर्छ, जहाँ यसले अक्सिजन बनाउन र इलेक्ट्रोनहरू रिलिज गर्न पुन: संयोजन गर्दछ।

क्षारीय र प्रोटोन एक्सचेन्ज झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाहरूको विपरीत, SOE इलेक्ट्रोडले पानी वाष्प सम्पर्कसँग प्रतिक्रिया गर्दछ र इलेक्ट्रोड र पानी वाष्प सम्पर्क बीचको इन्टरफेस क्षेत्रलाई अधिकतम बनाउने चुनौतीको सामना गर्दछ। तसर्थ, SOE इलेक्ट्रोडको सामान्यतया छिद्रपूर्ण संरचना हुन्छ। जल वाष्प इलेक्ट्रोलाइसिस को उद्देश्य ऊर्जा तीव्रता कम गर्न र परम्परागत तरल पानी इलेक्ट्रोलाइसिस को सञ्चालन लागत कम गर्न को लागी छ। वास्तवमा, तापक्रम बढ्दै जाँदा पानीको विघटन प्रतिक्रियाको कुल ऊर्जा आवश्यकता अलिकति बढे पनि विद्युतीय ऊर्जाको आवश्यकता उल्लेखनीय रूपमा घट्छ। इलेक्ट्रोलाइटिक तापक्रम बढ्दै जाँदा, आवश्यक ऊर्जाको अंश गर्मीको रूपमा आपूर्ति गरिन्छ। SOE उच्च-तापमान ताप स्रोतको उपस्थितिमा हाइड्रोजन उत्पादन गर्न सक्षम छ। उच्च-तापमान ग्यास-कूल्ड परमाणु रिएक्टरहरू 950 डिग्री सेल्सियसमा तताउन सकिन्छ, परमाणु ऊर्जा SOE को लागि ऊर्जा स्रोतको रूपमा प्रयोग गर्न सकिन्छ। एकै समयमा, अनुसन्धानले देखाउँछ कि नवीकरणीय ऊर्जा जस्तै भू-तापीय ऊर्जामा पनि स्टीम इलेक्ट्रोलाइसिसको ताप स्रोतको रूपमा क्षमता छ। उच्च तापक्रममा सञ्चालन गर्दा ब्याट्री भोल्टेज घटाउन र प्रतिक्रिया दर बढाउन सक्छ, तर यसले सामग्री थर्मल स्थिरता र सीलको चुनौती पनि सामना गर्दछ। थप रूपमा, क्याथोड द्वारा उत्पादित ग्यास एक हाइड्रोजन मिश्रण हो, जसलाई थप अलग र शुद्ध गर्न आवश्यक छ, परम्परागत तरल पानी इलेक्ट्रोलाइसिसको तुलनामा लागत बढ्छ। प्रोटोन-सञ्चालन सिरेमिकको प्रयोग, जस्तै स्ट्रन्टियम जिरकोनेट, SOE को लागत कम गर्दछ। Strontium zirconate ले लगभग 700°C मा उत्कृष्ट प्रोटोन चालकता देखाउँछ, र उच्च शुद्धता हाइड्रोजन उत्पादन गर्न क्याथोडको लागि अनुकूल छ, स्टीम इलेक्ट्रोलाइसिस उपकरणलाई सरल बनाउँदै।

यान र अन्य। [६] रिपोर्ट गरिएको छ कि क्याल्सियम अक्साइड द्वारा स्थिर जिरकोनिया सिरेमिक ट्यूबलाई समर्थन संरचनाको SOE को रूपमा प्रयोग गरिएको थियो, बाहिरी सतह पातलो (0.25mm भन्दा कम) पोरस ल्यान्थेनम पेरोभस्काइट एनोडको रूपमा, र क्याथोडको रूपमा Ni/Y2O3 स्थिर क्याल्सियम अक्साइड cermet लेपित थियो। 1000°C, 0.4A/cm2 र 39.3W इनपुट पावरमा, एकाइको हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता 17.6NL/h छ। SOE को बेफाइदा ओभरभोल्टेज हो जुन कोशिकाहरू बीचको अन्तरसम्बन्धमा सामान्य हुने उच्च ओम हानिको परिणाम हो, र वाष्प प्रसार यातायातको सीमितताका कारण उच्च ओभरभोल्टेज एकाग्रता हो। हालका वर्षहरूमा, प्लानर इलेक्ट्रोलाइटिक सेलहरूले धेरै ध्यान आकर्षित गरेको छ [7-8]। ट्युबुलर कोशिकाहरूको विपरित, फ्ल्याट कोशिकाहरूले निर्माणलाई थप कम्प्याक्ट बनाउँदछ र हाइड्रोजन उत्पादन दक्षता सुधार गर्दछ [6]। वर्तमानमा, SOE को औद्योगिक अनुप्रयोगको लागि मुख्य बाधा इलेक्ट्रोलाइटिक सेल [8] को दीर्घकालीन स्थिरता हो, र इलेक्ट्रोड बुढ्यौली र निष्क्रियता को समस्या को कारण हुन सक्छ।