ठोस आक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

ठोस आक्साइड के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन की प्रगति और आर्थिक विश्लेषण

सॉलिड ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइज़र (SOE) इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च तापमान वाले जल वाष्प (600 ~ 900 ° C) का उपयोग करता है, जो क्षारीय इलेक्ट्रोलाइज़र और PEM इलेक्ट्रोलाइज़र की तुलना में अधिक कुशल है।1960 के दशक में, संयुक्त राज्य अमेरिका और जर्मनी ने उच्च तापमान वाले जल वाष्प SOE पर शोध करना शुरू किया।SOE इलेक्ट्रोलाइज़र का कार्य सिद्धांत चित्र 4 में दिखाया गया है।पुनर्नवीनीकरण हाइड्रोजन और जल वाष्प एनोड से प्रतिक्रिया प्रणाली में प्रवेश करते हैं। जलवाष्प कैथोड पर हाइड्रोजन में विद्युत अपघटित हो जाती है। कैथोड द्वारा उत्पादित O2 ठोस इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड तक जाता है, जहां यह ऑक्सीजन बनाने और इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करने के लिए पुनर्संयोजित होता है।

क्षारीय और प्रोटॉन विनिमय झिल्ली इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं के विपरीत, SOE इलेक्ट्रोड जल वाष्प संपर्क के साथ प्रतिक्रिया करता है और इलेक्ट्रोड और जल वाष्प संपर्क के बीच इंटरफ़ेस क्षेत्र को अधिकतम करने की चुनौती का सामना करता है। इसलिए, SOE इलेक्ट्रोड में आमतौर पर झरझरा संरचना होती है।जल वाष्प इलेक्ट्रोलिसिस का उद्देश्य ऊर्जा की तीव्रता को कम करना और पारंपरिक तरल जल इलेक्ट्रोलिसिस की परिचालन लागत को कम करना है।वास्तव में, हालांकि जल अपघटन प्रतिक्रिया की कुल ऊर्जा आवश्यकता बढ़ते तापमान के साथ थोड़ी बढ़ जाती है, विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता काफी कम हो जाती है।जैसे ही इलेक्ट्रोलाइटिक तापमान बढ़ता है, आवश्यक ऊर्जा का हिस्सा गर्मी के रूप में आपूर्ति की जाती है।SOE उच्च तापमान ताप स्रोत की उपस्थिति में हाइड्रोजन का उत्पादन करने में सक्षम है। चूंकि उच्च तापमान वाले गैस-कूल्ड परमाणु रिएक्टरों को 950 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जा सकता है, इसलिए परमाणु ऊर्जा का उपयोग SOE के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जा सकता है।इसी समय, अनुसंधान से पता चलता है कि नवीकरणीय ऊर्जा जैसे कि भू-तापीय ऊर्जा में भाप इलेक्ट्रोलिसिस के ताप स्रोत के रूप में भी क्षमता है।उच्च तापमान पर संचालन बैटरी वोल्टेज को कम कर सकता है और प्रतिक्रिया दर बढ़ा सकता है, लेकिन यह सामग्री थर्मल स्थिरता और सीलिंग की चुनौती का भी सामना करता है।इसके अलावा, कैथोड द्वारा उत्पादित गैस एक हाइड्रोजन मिश्रण है, जिसे पारंपरिक तरल जल इलेक्ट्रोलिसिस की तुलना में लागत में वृद्धि करते हुए आगे अलग और शुद्ध करने की आवश्यकता होती है।स्ट्रोंटियम जिरकोनेट जैसे प्रोटॉन-संवाहक सिरेमिक का उपयोग SOE की लागत को कम करता है।स्ट्रोंटियम ज़िरकोनेट लगभग 700 डिग्री सेल्सियस पर उत्कृष्ट प्रोटॉन चालकता दिखाता है, और भाप इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस को सरल बनाने, उच्च शुद्धता हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए कैथोड के लिए अनुकूल है।

यान एट अल। [6] ने बताया कि कैल्शियम ऑक्साइड द्वारा स्थिर जिरकोनिया सिरेमिक ट्यूब का उपयोग सहायक संरचना के SOE के रूप में किया गया था, बाहरी सतह को एनोड के रूप में पतली (0.25 मिमी से कम) झरझरा लैंथेनम पेरोसाइट और कैथोड के रूप में Ni / Y2O3 स्थिर कैल्शियम ऑक्साइड सेरमेट के साथ लेपित किया गया था।1000°C, 0.4A/cm2 और 39.3W इनपुट पावर पर, यूनिट की हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता 17.6NL/h है।SOE का नुकसान उच्च ओम नुकसान से उत्पन्न ओवरवॉल्टेज है जो कोशिकाओं के बीच के अंतर्संबंधों में आम हैं, और वाष्प प्रसार परिवहन की सीमाओं के कारण उच्च ओवरवॉल्टेज एकाग्रता है।हाल के वर्षों में, प्लानर इलेक्ट्रोलाइटिक कोशिकाओं ने बहुत ध्यान आकर्षित किया है [7-8]।ट्यूबलर कोशिकाओं के विपरीत, फ्लैट कोशिकाएं निर्माण को अधिक कॉम्पैक्ट बनाती हैं और हाइड्रोजन उत्पादन क्षमता में सुधार करती हैं [6]।वर्तमान में, SOE के औद्योगिक अनुप्रयोग के लिए मुख्य बाधा इलेक्ट्रोलाइटिक सेल [8] की दीर्घकालिक स्थिरता है, और इलेक्ट्रोड उम्र बढ़ने और निष्क्रिय होने की समस्या हो सकती है।