ਠੋਸ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੁਆਰਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਤਰੱਕੀ ਅਤੇ ਆਰਥਿਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ

ਠੋਸ ਆਕਸਾਈਡਾਂ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੁਆਰਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਦੀ ਤਰੱਕੀ ਅਤੇ ਆਰਥਿਕ ਵਿਸ਼ਲੇਸ਼ਣ

ਸੌਲਿਡ ਆਕਸਾਈਡ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ (SOE) ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਲਈ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਪਾਣੀ ਦੀ ਵਾਸ਼ਪ (600 ~ 900°C) ਦੀ ਵਰਤੋਂ ਕਰਦਾ ਹੈ, ਜੋ ਕਿ ਅਲਕਲੀਨ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਅਤੇ PEM ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਨਾਲੋਂ ਵਧੇਰੇ ਕੁਸ਼ਲ ਹੈ। 1960 ਦੇ ਦਹਾਕੇ ਵਿੱਚ, ਸੰਯੁਕਤ ਰਾਜ ਅਤੇ ਜਰਮਨੀ ਨੇ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਜਲ ਵਾਸ਼ਪ SOE 'ਤੇ ਖੋਜ ਕਰਨੀ ਸ਼ੁਰੂ ਕੀਤੀ। SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ਰ ਦਾ ਕਾਰਜਸ਼ੀਲ ਸਿਧਾਂਤ ਚਿੱਤਰ 4 ਵਿੱਚ ਦਿਖਾਇਆ ਗਿਆ ਹੈ। ਰੀਸਾਈਕਲ ਕੀਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਅਤੇ ਪਾਣੀ ਦੀ ਵਾਸ਼ਪ ਐਨੋਡ ਤੋਂ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਪ੍ਰਣਾਲੀ ਵਿੱਚ ਦਾਖਲ ਹੁੰਦੇ ਹਨ। ਪਾਣੀ ਦੀ ਵਾਸ਼ਪ ਨੂੰ ਕੈਥੋਡ 'ਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਵਿੱਚ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਜ਼ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। ਕੈਥੋਡ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤਾ ਗਿਆ O2 ਠੋਸ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟ ਰਾਹੀਂ ਐਨੋਡ ਤੱਕ ਜਾਂਦਾ ਹੈ, ਜਿੱਥੇ ਇਹ ਆਕਸੀਜਨ ਬਣਾਉਣ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੌਨਾਂ ਨੂੰ ਛੱਡਣ ਲਈ ਦੁਬਾਰਾ ਜੋੜਦਾ ਹੈ।

ਅਲਕਲੀਨ ਅਤੇ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਐਕਸਚੇਂਜ ਝਿੱਲੀ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲਾਂ ਦੇ ਉਲਟ, SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ ਦੇ ਸੰਪਰਕ ਨਾਲ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਕਰਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਅਤੇ ਪਾਣੀ ਦੇ ਭਾਫ਼ ਦੇ ਸੰਪਰਕ ਦੇ ਵਿਚਕਾਰ ਇੰਟਰਫੇਸ ਖੇਤਰ ਨੂੰ ਵੱਧ ਤੋਂ ਵੱਧ ਕਰਨ ਦੀ ਚੁਣੌਤੀ ਦਾ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸਲਈ, SOE ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਵਿੱਚ ਆਮ ਤੌਰ 'ਤੇ ਇੱਕ ਪੋਰਸ ਬਣਤਰ ਹੁੰਦਾ ਹੈ। ਜਲ ਵਾਸ਼ਪ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦਾ ਉਦੇਸ਼ ਊਰਜਾ ਦੀ ਤੀਬਰਤਾ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਅਤੇ ਰਵਾਇਤੀ ਤਰਲ ਪਾਣੀ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੀ ਓਪਰੇਟਿੰਗ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਘਟਾਉਣਾ ਹੈ। ਵਾਸਤਵ ਵਿੱਚ, ਹਾਲਾਂਕਿ ਪਾਣੀ ਦੀ ਸੜਨ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦੀ ਕੁੱਲ ਊਰਜਾ ਦੀ ਲੋੜ ਵਧਦੇ ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਨਾਲ ਥੋੜ੍ਹਾ ਵੱਧ ਜਾਂਦੀ ਹੈ, ਬਿਜਲੀ ਊਰਜਾ ਦੀ ਲੋੜ ਕਾਫ਼ੀ ਘੱਟ ਜਾਂਦੀ ਹੈ। ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਤਾਪਮਾਨ ਵਧਦਾ ਹੈ, ਲੋੜੀਂਦੀ ਊਰਜਾ ਦਾ ਹਿੱਸਾ ਗਰਮੀ ਦੇ ਰੂਪ ਵਿੱਚ ਸਪਲਾਈ ਕੀਤਾ ਜਾਂਦਾ ਹੈ। SOE ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਦੇ ਤਾਪ ਸਰੋਤ ਦੀ ਮੌਜੂਦਗੀ ਵਿੱਚ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਦੇ ਸਮਰੱਥ ਹੈ। ਕਿਉਂਕਿ ਉੱਚ-ਤਾਪਮਾਨ ਵਾਲੇ ਗੈਸ-ਕੂਲਡ ਪ੍ਰਮਾਣੂ ਰਿਐਕਟਰਾਂ ਨੂੰ 950 ਡਿਗਰੀ ਸੈਲਸੀਅਸ ਤੱਕ ਗਰਮ ਕੀਤਾ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪਰਮਾਣੂ ਊਰਜਾ ਨੂੰ SOE ਲਈ ਊਰਜਾ ਸਰੋਤ ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਜਾ ਸਕਦਾ ਹੈ। ਉਸੇ ਸਮੇਂ, ਖੋਜ ਦਰਸਾਉਂਦੀ ਹੈ ਕਿ ਨਵਿਆਉਣਯੋਗ ਊਰਜਾ ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਭੂ-ਥਰਮਲ ਊਰਜਾ ਵਿੱਚ ਵੀ ਭਾਫ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੇ ਗਰਮੀ ਸਰੋਤ ਵਜੋਂ ਸਮਰੱਥਾ ਹੈ। ਉੱਚ ਤਾਪਮਾਨ 'ਤੇ ਕੰਮ ਕਰਨਾ ਬੈਟਰੀ ਵੋਲਟੇਜ ਨੂੰ ਘਟਾ ਸਕਦਾ ਹੈ ਅਤੇ ਪ੍ਰਤੀਕ੍ਰਿਆ ਦਰ ਨੂੰ ਵਧਾ ਸਕਦਾ ਹੈ, ਪਰ ਇਹ ਸਮੱਗਰੀ ਦੀ ਥਰਮਲ ਸਥਿਰਤਾ ਅਤੇ ਸੀਲਿੰਗ ਦੀ ਚੁਣੌਤੀ ਦਾ ਵੀ ਸਾਹਮਣਾ ਕਰਦਾ ਹੈ। ਇਸ ਤੋਂ ਇਲਾਵਾ, ਕੈਥੋਡ ਦੁਆਰਾ ਪੈਦਾ ਕੀਤੀ ਗਈ ਗੈਸ ਇੱਕ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਮਿਸ਼ਰਣ ਹੈ, ਜਿਸ ਨੂੰ ਹੋਰ ਵੱਖ ਕਰਨ ਅਤੇ ਸ਼ੁੱਧ ਕਰਨ ਦੀ ਲੋੜ ਹੈ, ਪਰੰਪਰਾਗਤ ਤਰਲ ਪਾਣੀ ਦੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਦੇ ਮੁਕਾਬਲੇ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਵਧਾਉਂਦਾ ਹੈ। ਪ੍ਰੋਟੋਨ-ਸੰਚਾਲਨ ਕਰਨ ਵਾਲੇ ਵਸਰਾਵਿਕਸ, ਜਿਵੇਂ ਕਿ ਸਟ੍ਰੋਂਟਿਅਮ ਜ਼ੀਰਕੋਨੇਟ, ਦੀ ਵਰਤੋਂ SOE ਦੀ ਲਾਗਤ ਨੂੰ ਘਟਾਉਂਦੀ ਹੈ। ਸਟ੍ਰੋਂਟਿਅਮ ਜ਼ਿਰਕੋਨੇਟ ਲਗਭਗ 700°C 'ਤੇ ਸ਼ਾਨਦਾਰ ਪ੍ਰੋਟੋਨ ਚਾਲਕਤਾ ਦਿਖਾਉਂਦਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਉੱਚ ਸ਼ੁੱਧਤਾ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਪੈਦਾ ਕਰਨ ਲਈ ਕੈਥੋਡ ਲਈ ਅਨੁਕੂਲ ਹੈ, ਭਾਫ਼ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਸਿਸ ਯੰਤਰ ਨੂੰ ਸਰਲ ਬਣਾਉਂਦਾ ਹੈ।

ਯਾਨ ਐਟ ਅਲ. [6] ਨੇ ਰਿਪੋਰਟ ਕੀਤੀ ਕਿ ਕੈਲਸ਼ੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਦੁਆਰਾ ਸਥਿਰ ਕੀਤੀ ਗਈ ਜ਼ੀਰਕੋਨਿਆ ਸਿਰੇਮਿਕ ਟਿਊਬ ਨੂੰ ਸਹਾਇਕ ਢਾਂਚੇ ਦੇ SOE ਵਜੋਂ ਵਰਤਿਆ ਗਿਆ ਸੀ, ਬਾਹਰੀ ਸਤਹ ਨੂੰ ਪਤਲੇ (0.25mm ਤੋਂ ਘੱਟ) ਪੋਰਸ ਲੈਂਥਨਮ ਪੇਰੋਵਸਕਾਈਟ ਐਨੋਡ ਦੇ ਤੌਰ ਤੇ, ਅਤੇ Ni/Y2O3 ਸਥਿਰ ਕੈਲਸ਼ੀਅਮ ਆਕਸਾਈਡ ਕੈਥੋਡ ਦੇ ਤੌਰ ਤੇ ਲੇਪ ਕੀਤਾ ਗਿਆ ਸੀ। 1000°C, 0.4A/cm2 ਅਤੇ 39.3W ਇਨਪੁਟ ਪਾਵਰ 'ਤੇ, ਯੂਨਿਟ ਦੀ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਸਮਰੱਥਾ 17.6NL/h ਹੈ। SOE ਦਾ ਨੁਕਸਾਨ ਓਵਰਵੋਲਟੇਜ ਹੈ ਜੋ ਉੱਚ ਓਮ ਦੇ ਨੁਕਸਾਨਾਂ ਦੇ ਨਤੀਜੇ ਵਜੋਂ ਹੁੰਦਾ ਹੈ ਜੋ ਸੈੱਲਾਂ ਦੇ ਆਪਸੀ ਕਨੈਕਸ਼ਨਾਂ 'ਤੇ ਆਮ ਹੁੰਦੇ ਹਨ, ਅਤੇ ਭਾਫ਼ ਦੇ ਪ੍ਰਸਾਰ ਆਵਾਜਾਈ ਦੀਆਂ ਸੀਮਾਵਾਂ ਦੇ ਕਾਰਨ ਉੱਚ ਓਵਰਵੋਲਟੇਜ ਗਾੜ੍ਹਾਪਣ। ਹਾਲ ਹੀ ਦੇ ਸਾਲਾਂ ਵਿੱਚ, ਪਲੈਨਰ ​​ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲਾਂ ਨੇ ਬਹੁਤ ਧਿਆਨ ਖਿੱਚਿਆ ਹੈ [7-8]। ਟਿਊਬਲਰ ਸੈੱਲਾਂ ਦੇ ਉਲਟ, ਫਲੈਟ ਸੈੱਲ ਨਿਰਮਾਣ ਨੂੰ ਵਧੇਰੇ ਸੰਖੇਪ ਬਣਾਉਂਦੇ ਹਨ ਅਤੇ ਹਾਈਡ੍ਰੋਜਨ ਉਤਪਾਦਨ ਕੁਸ਼ਲਤਾ [6] ਵਿੱਚ ਸੁਧਾਰ ਕਰਦੇ ਹਨ। ਵਰਤਮਾਨ ਵਿੱਚ, SOE ਦੇ ਉਦਯੋਗਿਕ ਉਪਯੋਗ ਵਿੱਚ ਮੁੱਖ ਰੁਕਾਵਟ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਲਾਈਟਿਕ ਸੈੱਲ [8] ਦੀ ਲੰਬੇ ਸਮੇਂ ਦੀ ਸਥਿਰਤਾ ਹੈ, ਅਤੇ ਇਲੈਕਟ੍ਰੋਡ ਦੀ ਉਮਰ ਵਧਣ ਅਤੇ ਅਕਿਰਿਆਸ਼ੀਲਤਾ ਦੀਆਂ ਸਮੱਸਿਆਵਾਂ ਪੈਦਾ ਹੋ ਸਕਦੀਆਂ ਹਨ।