ٹھوس آکسائیڈز کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کی پیشرفت اور معاشی تجزیہ

ٹھوس آکسائیڈز کے الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کی پیشرفت اور معاشی تجزیہ

سالڈ آکسائیڈ الیکٹرولائزر (SOE) برقی تجزیہ کے لیے اعلی درجہ حرارت کے پانی کے بخارات (600 ~ 900°C) استعمال کرتا ہے، جو الکلائن الیکٹرولائزر اور PEM الیکٹرولائزر سے زیادہ موثر ہے۔ 1960 کی دہائی میں، امریکہ اور جرمنی نے اعلی درجہ حرارت والے پانی کے بخارات SOE پر تحقیق کرنا شروع کی۔ SOE الیکٹرولائزر کے کام کرنے والے اصول کو شکل 4 میں دکھایا گیا ہے۔ ری سائیکل شدہ ہائیڈروجن اور پانی کے بخارات اینوڈ سے ری ایکشن سسٹم میں داخل ہوتے ہیں۔ پانی کے بخارات کو کیتھوڈ میں ہائیڈروجن میں الیکٹرولائز کیا جاتا ہے۔ کیتھوڈ کے ذریعہ تیار کردہ O2 ٹھوس الیکٹرولائٹ کے ذریعے اینوڈ تک جاتا ہے، جہاں یہ آکسیجن بنانے اور الیکٹرانوں کو چھوڑنے کے لیے دوبارہ جوڑتا ہے۔

الکلین اور پروٹون ایکسچینج جھلی الیکٹرولائٹک خلیوں کے برعکس، SOE الیکٹروڈ پانی کے بخارات کے رابطے کے ساتھ رد عمل ظاہر کرتا ہے اور الیکٹروڈ اور پانی کے بخارات کے رابطے کے درمیان انٹرفیس کے علاقے کو زیادہ سے زیادہ کرنے کے چیلنج کا سامنا کرتا ہے۔ لہذا، SOE الیکٹروڈ میں عام طور پر غیر محفوظ ڈھانچہ ہوتا ہے۔ پانی کے بخارات کے الیکٹرولیسس کا مقصد توانائی کی شدت کو کم کرنا اور روایتی مائع پانی کے الیکٹرولیسس کی آپریٹنگ لاگت کو کم کرنا ہے۔ درحقیقت، اگرچہ پانی کے سڑنے کے رد عمل کی کل توانائی کی ضرورت بڑھتے ہوئے درجہ حرارت کے ساتھ قدرے بڑھ جاتی ہے، لیکن برقی توانائی کی ضرورت نمایاں طور پر کم ہو جاتی ہے۔ جیسے جیسے الیکٹرولائٹک درجہ حرارت بڑھتا ہے، توانائی کا کچھ حصہ حرارت کے طور پر فراہم کیا جاتا ہے۔ SOE اعلی درجہ حرارت کے حرارتی ذریعہ کی موجودگی میں ہائیڈروجن پیدا کرنے کی صلاحیت رکھتا ہے۔ چونکہ اعلی درجہ حرارت والے گیس سے ٹھنڈے ایٹمی ری ایکٹر کو 950 ° C تک گرم کیا جا سکتا ہے، اس لیے جوہری توانائی کو SOE کے لیے توانائی کے ذریعہ کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایک ہی وقت میں، تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ قابل تجدید توانائی جیسے جیوتھرمل توانائی میں بھاپ کے برقی تجزیہ کے گرمی کے ذریعہ کی صلاحیت بھی ہے۔ اعلی درجہ حرارت پر کام کرنے سے بیٹری کی وولٹیج کم ہو سکتی ہے اور رد عمل کی شرح میں اضافہ ہو سکتا ہے، لیکن اسے مواد کے تھرمل استحکام اور سگ ماہی کے چیلنج کا بھی سامنا ہے۔ اس کے علاوہ، کیتھوڈ سے پیدا ہونے والی گیس ایک ہائیڈروجن مرکب ہے، جسے مزید الگ اور صاف کرنے کی ضرورت ہے، جس سے روایتی مائع پانی کے الیکٹرولیسس کے مقابلے لاگت میں اضافہ ہوتا ہے۔ پروٹون کنڈکٹنگ سیرامکس کا استعمال، جیسے سٹرونٹیم زرکونیٹ، SOE کی لاگت کو کم کرتا ہے۔ Strontium zirconate تقریباً 700°C پر بہترین پروٹون چالکتا دکھاتا ہے، اور بھاپ کے الیکٹرولیسس ڈیوائس کو آسان بناتے ہوئے، اعلیٰ طہارت ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے کیتھوڈ کے لیے موزوں ہے۔

یان وغیرہ۔ [6] نے اطلاع دی ہے کہ کیلشیم آکسائیڈ کے ذریعے مستحکم زرکونیا سیرامک ​​ٹیوب کو معاون ڈھانچے کے SOE کے طور پر استعمال کیا گیا تھا، بیرونی سطح پر پتلی (0.25 ملی میٹر سے کم) غیر محفوظ لینتھنم پیرووسکائٹ کو اینوڈ کے طور پر اور کیتھوڈ کے طور پر Ni/Y2O3 مستحکم کیلشیم آکسائیڈ سرمیٹ کے ساتھ لیپت کیا گیا تھا۔ 1000°C، 0.4A/cm2 اور 39.3W ان پٹ پاور پر، یونٹ کی ہائیڈروجن پیداواری صلاحیت 17.6NL/h ہے۔ SOE کا نقصان اوور وولٹیج ہے جس کے نتیجے میں زیادہ اوہم نقصانات ہوتے ہیں جو خلیات کے درمیان باہمی ربط میں عام ہوتے ہیں، اور بخارات کے پھیلاؤ کی نقل و حمل کی حدود کی وجہ سے زیادہ اوور وولٹیج کا ارتکاز۔ حالیہ برسوں میں، پلانر الیکٹرولیٹک خلیوں نے بہت زیادہ توجہ مبذول کی ہے [7-8]۔ نلی نما خلیات کے برعکس، فلیٹ خلیات مینوفیکچرنگ کو زیادہ کمپیکٹ بناتے ہیں اور ہائیڈروجن کی پیداوار کی کارکردگی کو بہتر بناتے ہیں [6]۔ اس وقت، SOE کے صنعتی استعمال میں بنیادی رکاوٹ الیکٹرولائٹک سیل کی طویل مدتی استحکام ہے [8]، اور الیکٹروڈ کی عمر بڑھنے اور غیر فعال ہونے کے مسائل پیدا ہوسکتے ہیں۔