प्रोटोनिक सिरेमिक ईंधन सेल

एक प्रोटॉनिक सिरेमिक ईंधन सेल या PCFC एक ईंधन सेल है जो एनोड से कैथोड तक प्रोटॉन परिचालक के रूप में सिरेमिक, ठोस, विद्युत् अपघट्य सामग्री पर आधारित होता है। ये ईंधन कोशिकाएं हाइड्रोजन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को निकालकर, आवेशित किए गए हाइड्रोजन परमाणु को सिरेमिक झिल्ली के माध्यम से धकेल कर, और ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉन को सिरेमिक झिल्ली के दूसरी तरफ हाइड्रोजन में लौटाकर बिजली का उत्पादन करती हैं। PCFC में कई प्रस्तावित ईंधनों की अभिक्रिया से बिजली और उष्मा  उत्पन्न होती है, जो उपकरण को उपयुक्त तापमान पर रखती है। अधिकांश खोजे गए सिरेमिक विद्युत् अपघट्य सामग्रियों के माध्यम से कुशल प्रोटॉन चालकता के लिए 600-700 डिग्री सेल्सियस के आसपास ऊंचे परिचालन तापमान की आवश्यकता होती है यद्यपि मध्यवर्ती तापमान (200-400 डिग्री सेल्सियस) सिरेमिक ईंधन कोशिकाएं और कम तापमान विकल्प अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र हैं। हाइड्रोजन गैस के अतिरिक्त मध्यवर्ती और उच्च तापमान पर काम करने की क्षमता विभिन्न प्रकार के तरल हाइड्रोजन वाहक ईंधन के उपयोग को सक्षम बनाती है, जिनमें निम्न सम्मिलित हैं: अमोनिया और मीथेन. प्रौद्योगिकी उच्च तापमान पिघले हुए कार्बोनेट और ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के उष्मीय और गतिज लाभ [कौन सा?] साझा करती है, जबकि प्रोटॉन स्थानांतरण झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (PEMFC) और फॉस्फोरिक अम्ल ईंधन कोशिकाओं (PAFC) में प्रोटॉन चालन के सभी आंतरिक लाभों को प्रदर्शित करती है।PCFC कैथोड पर जल और अप्रयुक्त ईंधन, ईंधन अभिकारक उत्पादों और एनोड पर ईंधन अशुद्धियों को बाहर निकालता है। सिरेमिक झिल्लियों की सामान्य रासायनिक संरचनाएँ बेरियम ज़िरकोनेट (BaZrO3),, सीज़ियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (CsH2PO4), और अन्य सिरेमिक ऑक्साइड के साथ उन सामग्रियों के जटिल ठोस विलयन का ही एक रूप हैं। अम्लीय ऑक्साइड सिरेमिक कभी-कभी प्रोटॉनिक सिरेमिक ईंधन कोशिकाओं के अपने वर्ग में टूट जाते हैं जिन्हें "ठोस अम्ल ईंधन सेल" कहा जाता है।

कुछ PCFC इतने उच्च तापमान पर काम करते हैं कि ईंधन को एनोड पर विद्युत रासायनिक रूप से ऑक्सीकृत किया जा सकता है, सुधार प्रक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन के उत्पादन के मध्यवर्ती चरण की आवश्यकता नहीं होती है। इस व्यवस्था में, हाइड्रोकार्बन ईंधन के गैसीय अणुओं को जल वाष्प की उपस्थिति में एनोड की सतह पर अवशोषित किया जाता है, जिसमें प्राथमिक अभिक्रिया उत्पाद के रूप में कार्बन डाइऑक्साइड होता है; हाइड्रोजन परमाणुओं को कुशलतापूर्वक अलग करके H+ आयनों में बदल दिया जाता है और फिर विद्युत अपघट्य में बदल दिया जाता है और फिर इलेक्ट्रोलाइट में दूसरी तरफ (कैथोड) ले जाया जाता है,जहां वे हवा में ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करके जल बनाते हैं। अन्य PCFC कम तापमान पर काम करते हैं और कटौती अभिक्रिया के लिए हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए विद्युत् रासायनिक  उत्प्रेरक के अतिरिक्त रासायनिक उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं।

अनुप्रयोग और वाणिज्यिक विकास
भारी शुल्क ट्रकिंग के लिए 200 - 400 डिग्री सेल्सियस के मध्यवर्ती तापमान पर चलने वाले PCFC का प्रस्ताव किया गया है। कनाडा के तेल कुओं में PCFC का उपयोग करके दूरस्थ बिजली अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया गया है।

यह भी देखें

 * ईंधन सेल शब्दों की शब्दावली
 * हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियाँ

अग्रिम पठन

 * Duan, Chuancheng, et al. "Readily processed protonic ceramic fuel cells with high performance at low temperatures." Science 349.6254 (2015): 1321-1326.
 * Duan, Chuancheng, et al. "Highly durable, coking and sulfur tolerant, fuel-flexible protonic ceramic fuel cells." Nature557.7704 (2018): 217.
 * Duan, Chuancheng, et al. "Highly efficient reversible protonic ceramic electrochemical cells for power generation and fuel production." Nature Energy 4.3 (2019): 230.
 * Duan, Chuancheng, et al. "Highly efficient reversible protonic ceramic electrochemical cells for power generation and fuel production." Nature Energy 4.3 (2019): 230.