प्रोटोनिक सिरेमिक ईंधन सेल

एक प्रोटोनिक सिरेमिक ईंधन सेल या पीसीएफसी एक ईंधन सेल है जो एनोड से कैथोड तक प्रोटॉन कंडक्टर के रूप में सिरेमिक, ठोस, इलेक्ट्रोलाइट सामग्री पर आधारित होता है। ये ईंधन कोशिकाएं हाइड्रोजन परमाणु से एक इलेक्ट्रॉन को निकालकर, चार्ज किए गए हाइड्रोजन परमाणु को सिरेमिक झिल्ली के माध्यम से धकेल कर, और ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया के दौरान इलेक्ट्रॉन को सिरेमिक झिल्ली के दूसरी तरफ हाइड्रोजन में लौटाकर बिजली का उत्पादन करती हैं। पीसीएफसी में कई प्रस्तावित ईंधनों की प्रतिक्रिया से बिजली और गर्मी पैदा होती है, जो डिवाइस को उपयुक्त तापमान पर रखती है। अधिकांश खोजे गए सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट सामग्रियों के माध्यम से कुशल प्रोटॉन चालकता के लिए 600-700 डिग्री सेल्सियस के आसपास ऊंचे परिचालन तापमान की आवश्यकता होती है।, हालांकि मध्यवर्ती तापमान (200-400 डिग्री सेल्सियस) सिरेमिक ईंधन कोशिकाएं और निम्न तापमान विकल्प अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र हैं। हाइड्रोजन गैस के अलावा, मध्यवर्ती और उच्च तापमान पर काम करने की क्षमता विभिन्न प्रकार के तरल हाइड्रोजन वाहक ईंधन के उपयोग को सक्षम बनाती है, जिनमें शामिल हैं: अमोनिया, और मीथेन. प्रौद्योगिकी थर्मल और गतिज लाभ साझा करती है उच्च तापमान पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल और ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल, जबकि प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (पीईएमएफसी) और फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं (पीएएफसी) में प्रोटॉन चालन के सभी आंतरिक लाभों को प्रदर्शित करता है। पीसीएफसी कैथोड पर पानी और अप्रयुक्त ईंधन, ईंधन अभिकारक उत्पादों और एनोड पर ईंधन अशुद्धियों को बाहर निकालता है। सिरेमिक झिल्लियों की सामान्य रासायनिक संरचनाएँ बेरियम ज़िरकोनेट (BaZrO3) हैं, सीज़ियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (CsH2PO4), और अन्य सिरेमिक ऑक्साइड के साथ उन सामग्रियों के जटिल ठोस समाधान। अम्लीय ऑक्साइड सिरेमिक कभी-कभी प्रोटॉनिक सिरेमिक ईंधन कोशिकाओं के अपने वर्ग में टूट जाते हैं जिन्हें ठोस एसिड ईंधन सेल कहा जाता है।

कुछ पीसीएफसी इतने उच्च तापमान पर काम करते हैं कि ईंधन को एनोड पर इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से ऑक्सीकृत किया जा सकता है, जिसमें सुधार प्रक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन के उत्पादन के मध्यवर्ती चरण की आवश्यकता नहीं होती है।. इस सेटिंग में, हाइड्रोकार्बन ईंधन के गैसीय अणुओं को जल वाष्प की उपस्थिति में एनोड की सतह पर अवशोषित किया जाता है, जिसमें प्राथमिक प्रतिक्रिया उत्पाद के रूप में कार्बन डाईऑक्साइड  होता है; हाइड्रोजन परमाणुओं को कुशलतापूर्वक अलग करके H+ आयनों में बदल दिया जाता है और फिर इलेक्ट्रोलाइट में दूसरी तरफ (कैथोड) ले जाया जाता है, जहां वे हवा में ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी बनाते हैं। अन्य पीसीएफसी कम तापमान पर काम करते हैं और कमी प्रतिक्रिया के लिए हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोकेमिकल उत्प्रेरक के अलावा 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 पीसीएफसी का प्रस्ताव किया गया है। कनाडा के तेल कुओं में पीसीएफसी 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.