ईंधन सेल

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For other uses, see ईंधन सेल (disambiguation).
इसके बाड़े में प्रत्यक्ष-मेथनॉल ईंधन सेल (ब्लैक लेयर्ड क्यूब) का प्रदर्शन मॉडल।
प्रोटॉन-संचालन ईंधन सेल की योजना

ईंधन सेल विद्युत रासायनिक सेल है जो ईंधन (प्रायः हाइड्रोजन ईंधन ) और ऑक्सीकरण एजेंट (प्रायः ऑक्सीजन) की रासायनिक ऊर्जा को[1]रेडोक्स प्रतिक्रियाओं की जोड़ी के माध्यम से विद्युत् में परिवर्तित करता है।[2] रासायनिक प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए ईंधन और ऑक्सीजन (सामान्यतः वायु से) के निरंतर स्रोत की आवश्यकता में ईंधन सेल अधिकांश बैटरी (विद्युत्) से भिन्न होते हैं, जबकि बैटरी में रासायनिक ऊर्जा सामान्यतः उन पदार्थों से आती है जो पूर्व से ही बैटरी में उपस्तिथ होते हैं।[3] जब तक ईंधन और ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है, तब तक ईंधन सेल निरन्तर विद्युत् का उत्पादन कर सकते हैं।

1838 में सर विलियम ग्रोव द्वारा प्रथम ईंधन सेल का आविष्कार किया गया था। 1932 में फ्रांसिस थॉमस बेकन द्वारा हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल के आविष्कार के पश्चात ईंधन सेल का प्रथम व्यावसायिक उपयोग एक वर्ष से भी अधिक समय पश्चात हुआ। क्षारीय ईंधन सेल, जिसे 1932 में भी जाना जाता है। इसका उपयोग नासा के अंतरिक्ष कार्यक्रमों में 1960 के दशक के मध्य से उपग्रहों और अंतरिक्ष कैप्सूल के लिए विद्युत् उत्पन्न करने के लिए किया गया है। तब से, कई अन्य अनुप्रयोगों में ईंधन सेल का उपयोग किया गया है। वाणिज्यिक, औद्योगिक, आवासीय भवनों और दूरस्थ या दुर्गम क्षेत्रों में प्राथमिक और बैकअप शक्ति के लिए ईंधन सेल का उपयोग किया जाता है। उनका उपयोग फोर्कलिफ्ट, ऑटोमोबाइल, बसों, ट्रेनों, नावों, मोटरसाइकिलों और पनडुब्बियों सहित ईंधन सेल वाहनों को विद्युत् देने के लिए भी किया जाता है।

ईंधन सेल कई प्रकार के होते हैं, किन्तु उन सभी में एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट होता है जो आयनों को, प्रायः सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) को ईंधन सेल के दोनों किनारों के मध्य स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। एनोड पर उत्प्रेरक ईंधन को ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं से निकलने का कारण बनता है जो आयन (प्रायः सकारात्मक रूप से चार्ज हाइड्रोजन आयन) और इलेक्ट्रॉन उत्पन्न करते हैं। आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड से कैथोड तक जाते हैं। उसी समय, इलेक्ट्रॉन बाहरी परिपथ के माध्यम से एनोड से कैथोड में प्रवाहित होते हैं, जिससे प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह होता है। कैथोड पर, अन्य उत्प्रेरक आयनों, इलेक्ट्रॉनों और ऑक्सीजन को प्रतिक्रिया करने का कारण बनता है, जिससे पानी और संभवतः अन्य उत्पाद बनते हैं। ईंधन सेल को उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार और प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (पीईएम ईंधन कोशिकाओं, या पीईएमएफसी) के लिए 1 सेकंड से लेकर ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) के लिए 10 मिनट तक स्टार्टअप समय में अंतर के आधार पर वर्गीकृत किया जाता है। संबंधित तकनीक फ्लो बैटरी है, जिसमें रिचार्जिंग द्वारा ईंधन को पुन: उत्पन्न किया जा सकता है। व्यक्तिगत ईंधन सेल अपेक्षाकृत छोटी विद्युत क्षमता, लगभग 0.7 वोल्ट का उत्पादन करते हैं, इसलिए सेल को "स्टैक्ड" किया जाता है, या अनुप्रयोग की आवश्यकताओं को पूर्ण करने के लिए पर्याप्त वोल्टेज बनाने के लिए श्रृंखला में रखा जाता है।[4] विद्युत् के अतिरिक्त, ईंधन सेल जल वाष्प, गर्मी और ईंधन स्रोत के आधार पर, नाइट्रोजन डाइऑक्साइड और अन्य उत्सर्जन की अधिक कम मात्रा का उत्पादन करते हैं। ईंधन सेल की ऊर्जा दक्षता सामान्यतः 40 से 60% के मध्य होती है; चूँकि, यदि सह-उत्पादन योजना में वेस्ट हीट को कैप्चर किया जाता है, तो 85% तक की दक्षता प्राप्त की जा सकती है।[5]


इतिहास

Main article: हाइड्रोजन प्रौद्योगिकियों की समयरेखा
सर विलियम रॉबर्ट ग्रोव के 1839 ईंधन सेल का स्केच

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का प्रथम संदर्भ 1838 में सामने आया। अक्टूबर 1838 के पत्र में, लेकिन द लंदन और एडिनबर्ग फिलॉसॉफिकल मैगज़ीन और जर्नल ऑफ़ साइंस के दिसंबर 1838 संस्करण में प्रकाशित, वेल्श भौतिक विज्ञानी और बैरिस्टर सर विलियम रॉबर्ट ग्रोव ने अपने विकास के बारे में लिखा था। पहले कच्चे ईंधन सेल उन्होंने शीट आयरन, तांबे और चीनी मिट्टी के बरतन प्लेटों के संयोजन, तांबे के सल्फेट और पतला एसिड के घोल का उपयोग किया।[6][7] दिसंबर 1838 में लिखे गए लेकिन जून 1839 में प्रकाशित उसी प्रकाशन को लिखे पत्र में, जर्मन भौतिक विज्ञानी क्रिश्चियन फ्रेडरिक शॉनबीन ने कच्चे ईंधन सेल पर विचार किया जिसका उन्होंने आविष्कार किया था। उनके पत्र में हाइड्रोजन से उत्पन्न धारा और पानी में घुली ऑक्सीजन पर विचार किया गया।[8] ग्रोव ने पश्चात में उसी पत्रिका में 1842 में अपने डिजाइन को स्केच किया। उन्होंने जो ईंधन सेल बनाया, वह आज के फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल के समान सामग्री का उपयोग करता है।[9][10]

1932 में, फ्रांसिस थॉमस बेकन ने ईंधन सेल का आविष्कार किया, जो हाइड्रोजन और ऑक्सीजन से शक्ति प्राप्त करता था। इसका उपयोग नासा द्वारा विद्युत् की रोशनी, एयर कंडीशनिंग और संचार के लिए किया गया था।

ब्रितानी जिन्होंने चंद्रमा पर उतरने में मदद की, बीबीसी अभिलेखागार[11]

1932 में, अंग्रेज इंजीनियर फ्रांसिस थॉमस बेकन ने 5 kW स्थिर ईंधन सेल का सफलतापूर्वक विकास किया।[11]क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी), जिसे इसके आविष्कारक के पश्चात बेकन ईंधन सेल के रूप में भी जाना जाता है, सबसे विकसित ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों में से है, जिसे नासा ने 1960 के दशक के मध्य से उपयोग किया है।[11][12]1955 में, सामान्य विद्युतीय कंपनी (जीई) के लिए कार्य करने वाले रसायनज्ञ डब्ल्यू थॉमस ग्रब ने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फोनेटेड पॉलीस्टाइनिन आयन-एक्सचेंज झिल्ली का उपयोग करके मूल ईंधन सेल डिजाइन को संशोधित किया। तीन वर्ष पश्चात और जीई रसायनज्ञ, लियोनार्ड नीड्राच ने झिल्ली पर प्लैटिनम एकत्र करने की विधि तैयार की, जो आवश्यक हाइड्रोजन ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रियाओं के लिए उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता था। इसे "ग्रुब-नीड्राच ईंधन सेल के रूप में जाना जाता है।[13][14] जीई ने ने इस तकनीक को नासा और मैकडॉनेल एयरक्राफ्ट के साथ विकसित किया, जिससे प्रोजेक्ट जेमिनी के समय इसका उपयोग हुआ। यह ईंधन सेल का प्रथम व्यावसायिक उपयोग था। 1959 में, हैरी इह्रिग के नेतृत्व में टीम ने एलिस-चाल्मर्स के लिए 15 kW ईंधन सेल ट्रैक्टर का निर्माण किया, जिसे पूर्ण यू.एस. में राज्य मेलों में प्रदर्शित किया गया था। इस प्रणाली ने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड और अभिकारकों के रूप में संपीड़ित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग किया। पश्चात में 1959 में, बेकन और उनके सहयोगियों ने व्यावहारिक पांच-किलोवाट इकाई का प्रदर्शन किया जो वेल्डिंग मशीन को शक्ति प्रदान करने में सक्षम थी। 1960 के दशक में, प्रैट एंड व्हिटनी ने विद्युत् और पीने के पानी की आपूर्ति के लिए अमेरिकी अंतरिक्ष कार्यक्रम में उपयोग के लिए बेकन के यू.एस. 1991 में, प्रथम हाइड्रोजन ईंधन सेल ऑटोमोबाइल रोजर ई. बिलिंग्स द्वारा विकसित किया गया था।[15][16][17]

यूटीसी पावर प्रथम कंपनी थी जिसने अस्पतालों, विश्वविद्यालयों और बड़े कार्यालय भवनों में कोजेनरेशन पावर प्लांट के रूप में उपयोग के लिए बड़ी, स्थिर ईंधन सेल प्रणाली का निर्माण और व्यावसायीकरण किया।[18]

ईंधन सेल उद्योग और ईंधन सेल विकास में अमेरिका की भूमिका की मान्यता में, संयुक्त राज्य अमेरिका के सीनेट ने 8 अक्टूबर 2015 को राष्ट्रीय हाइड्रोजन और ईंधन सेल दिवस के रूप में मान्यता दी, एस आरईएस 217 पारित किया। हाइड्रोजन के परमाणु भार की मान्यता में तिथि का चयन किया गया था (1.008)।[19]


ईंधन सेल के प्रकार; डिजाइन

ईंधन सेल कई प्रकारो में आते हैं; चूँकि, वे सभी सामान्य विधि से कार्य करते हैं। वे तीन आसन्न खंडों से बने होते हैं: एनोड, इलेक्ट्रोलाइट और कैथोड। तीन भिन्न-भिन्न खंडों के इंटरफेस पर दो रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं। दो प्रतिक्रियाओं का शुद्ध परिणाम यह है कि ईंधन की व्यय होती है, पानी या कार्बन डाइऑक्साइड का निर्माण होता है, और विद्युत प्रवाह बनाया जाता है, जिसका उपयोग विद्युत उपकरणों को विद्युत् देने के लिए किया जा सकता है, जिसे सामान्यतः लोड कहा जाता है।

एनोड पर उत्प्रेरक ईंधन का ऑक्सीकरण करता है, सामान्यतः हाइड्रोजन, ईंधन को धनात्मक रूप से आवेशित आयन और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉन में परिवर्तित कर देता है। इलेक्ट्रोलाइट ऐसा पदार्थ है जिसे विशेष रूप से डिज़ाइन किया गया है जिससे कि आयन इसके माध्यम से निकल सकें, किन्तु इलेक्ट्रॉन नहीं कर सकते। मुक्त इलेक्ट्रॉन विद्युत प्रवाह बनाने वाले तार के माध्यम से यात्रा करते हैं। आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड तक जाते हैं। कैथोड तक पहुंचने के पश्चात, आयन इलेक्ट्रॉनों के साथ फिर से जुड़ जाते हैं और दोनों पानी या कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए रसायन, सामान्यतः ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं।

File:Fuel Cell Block Diagram.svg
ईंधन सेल का ब्लॉक आरेख

ईंधन सेल में डिज़ाइन सुविधाओं में सम्मिलित हैं:

  • इलेक्ट्रोलाइट पदार्थ, जो सामान्यतः ईंधन सेल के प्रकार को परिभाषित करता है, और इसे पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड, नमक कार्बोनेट और फॉस्फोरिक एसिड जैसे कई पदार्थों से बनाया जा सकता है।[20]
  • ईंधन जो उपयोग किया जाता है। सबसे साधारण ईंधन हाइड्रोजन है।
  • एनोड उत्प्रेरक, सामान्यतः महीन प्लेटिनम पाउडर, ईंधन को इलेक्ट्रॉनों और आयनों में विभक्त कर देता है।
  • कैथोड उत्प्रेरक, प्रायः निकल, आयनों को अपशिष्ट रसायनों में परिवर्तित करता है, जिसमें पानी सबसे सामान्य प्रकार का अपशिष्ट होता है।[21]
  • गैस प्रसार परतें जिन्हें ऑक्सीकरण का विरोध करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।[21]

ठेठ ईंधन सेल पूर्ण रेटेड लोड पर 0.6 से 0.7 V तक वोल्टेज उत्पन्न करता है। कई कारकों के कारण धारा बढ़ने पर वोल्टेज कम हो जाती है:

  • सक्रियण हानि
  • ओमिक हानि (सेल घटकों और इंटरकनेक्शन के प्रतिरोध के कारण वोल्टेज ड्रॉप)
  • बड़े पैमाने पर परिवहन हानि (उच्च भार के अंतर्गत उत्प्रेरक साइटों पर अभिकारकों की कमी, जिससे वोल्टेज की तीव्रता से हानि होती है)।[22]

ऊर्जा की वांछित मात्रा देने के लिए, उच्च वोल्टेज प्राप्त करने के लिए ईंधन सेल को श्रृंखला और समानांतर परिपथ में जोड़ा जा सकता है, और समानांतर में उच्च विद्युत प्रवाह की आपूर्ति करने की अनुमति दी जा सकती है। इस प्रकार के डिजाइन को ईंधन सेल स्टैक कहा जाता है। प्रत्येक सेल से उच्च धारा की अनुमति देने के लिए, सेल सतह क्षेत्र को भी बढ़ाया जा सकता है।

प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली ईंधन सेल

Main article: प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली ईंधन सेल
उच्च तापमान प्रोटॉन-्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल का निर्माण: इन-मिल्ड गैस चैनल संरचना के साथ इलेक्ट्रोड के रूप में द्विध्रुवीय प्लेट, प्रवाहकीय मिश्रित सामग्री (सीसा , प्रंगार काला , कार्बन फाइबर , और / या कार्बन नैनोट्यूब के साथ अधिक चालकता के लिए बढ़ाया गया) से बना है। ;[23] झरझरा कार्बन पेपर; प्रतिक्रियाशील परत, सामान्यतः प्रारम्भबहुलक झिल्ली पर; बहुलक झिल्ली।
वायु चैनल की दीवार पर पीईएमएफसी द्वारा उत्पादित पानी का संघनन। सेल के चारों ओर सोने का तार विद्युत प्रवाह का संग्रह सुनिश्चित करता है।[24]
गैर-कीमती धातु उत्प्रेरक कैथोड और पीटी/सी एनोड के साथ पीईएमएफसी एमईए क्रॉस-सेक्शन का एसईएम माइक्रोग्राफ।[25] स्पष्टता के लिए झूठे रंग लगाए गए।

आर्किटेपिकल हाइड्रोजन-ऑक्साइड प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (पीईएमएफसी) डिज़ाइन में, प्रोटॉन-संवाहक बहुलक झिल्ली (सामान्यतः नेफियन) में इलेक्ट्रोलाइट सॉल्यूशन होता है जो एनोड और कैथोड पक्षों को भिन्न करता है।[26][27] प्रोटॉन-विनिमय तंत्र को उत्तम प्रकार से अध्ययन करने से पूर्व, 1970 के दशक की प्रारंभ में इसे ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल (एसपीईएफसी) कहा जाता था। (ध्यान दें कि समानार्थक शब्द बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली और प्रोटॉन-विनिमय तंत्र का परिणाम संक्षिप्त रूप में होता है।)

एनोड की ओर, हाइड्रोजन एनोड उत्प्रेरक में फैल जाता है जहां यह पश्चात में प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में भिन्न हो जाता है। ये प्रोटॉन प्रायः ऑक्सीडेंट के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जिससे वे बन जाते हैं जिन्हें सामान्यतः बहु-सुविधायुक्त प्रोटॉन झिल्ली कहा जाता है। प्रोटॉन को झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक ले जाया जाता है, किन्तु इलेक्ट्रॉनों को बाहरी परिपथ (आपूर्ति शक्ति) में यात्रा करने के लिए विवश किया जाता है क्योंकि झिल्ली विद्युत रूप से इन्सुलेट कर रही है। कैथोड उत्प्रेरक पर, ऑक्सीजन अणु इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन के साथ पानी बनाने के लिए प्रतिक्रिया करते हैं।

इस शुद्ध हाइड्रोजन प्रकार के अतिरिक्त, डीजल ईंधन, मेथनॉल (देखें: प्रत्यक्ष-मेथनॉल ईंधन सेल और अप्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं) और रासायनिक हाइड्राइड सहित ईंधन सेल के लिए हाइड्रोकार्बन ईंधन हैं। इस प्रकार के ईंधन अपशिष्ट उत्पाद कार्बन डाइआक्साइड और पानी हैं। तो हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए भाप मीथेन सुधार नामक प्रक्रिया में प्राकृतिक गैस से मीथेन को भाप के साथ जोड़ा जाता है, तब CO2 प्रारंभ किया जाता है। यह ईंधन सेल के लिए भिन्न स्थान पर हो सकता है, संभावित रूप से हाइड्रोजन ईंधन सेल को घर के अंदर उपयोग करने की अनुमति देता है- उदाहरण के लिए, फोर्क लिफ्टों में है।

पीईएमएफसी के विभिन्न घटक हैं:

  1. द्विध्रुवी प्लेट
  2. इलेक्ट्रोड
  3. उत्प्रेरक
  4. झिल्ली
  5. आवश्यक हार्डवेयर जैसे वर्तमान संग्राहक और गास्केट।[28]

ईंधन सेल के विभिन्न भागों के लिए प्रयुक्त सामग्री प्रकार के अनुसार भिन्न होती है। द्विध्रुवीय प्लेटें विभिन्न प्रकार की सामग्रियों से बनी हो सकती हैं, जैसे धातु, लेपित धातु, ग्रेफाइट, लचीला ग्रेफाइट, सी-सी मिश्रित सामग्री, कार्बन-पॉलिमर कंपोजिट आदि।[29]झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (MEA) को पीईएमएफसी के हृदय के रूप में संदर्भित किया जाता है और सामान्यतः दो उत्प्रेरक-लेपित कार्बन पेपर के मध्य प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली से बना होता है।प्लेटिनम या समान प्रकार की उत्कृष्ट धातुएं सामान्यतः पीईएमएफसी के लिए उत्प्रेरक के रूप में उपयोग की जाती हैं, और ये कार्बन मोनोआक्साइड से दूषित हो सकती हैं, जिसके लिए अपेक्षाकृत शुद्ध हाइड्रोजन ईंधन की आवश्यकता होती है।[30] इलेक्ट्रोलाइट बहुलक कृत्रिम झिल्ली हो सकता है।

प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली ईंधन सेल डिजाइन उद्देश्य

व्यय
2013 में, ऊर्जा विभाग ने अनुमान लगाया था कि प्रति वर्ष 100,000 ऑटोमोटिव इकाइयों के वॉल्यूम उत्पादन और 500,000 इकाइयों के वॉल्यूम उत्पादन को मानते हुए यूएस $ 55 प्रति किलोवाट प्राप्त किया जा सकता है,[31] 80-केडब्ल्यू ऑटोमोटिव ईंधन सेल प्रणाली का व्यय प्रति वर्ष यूएस $ 67 प्रति किलोवाट प्राप्त की जा सकती है।कई कंपनियां विभिन्न विधि से व्यय कम करने की तकनीकों पर कार्य कर रही हैं, जिसमें प्रत्येक व्यक्तिगत सेल में आवश्यक प्लेटिनम की मात्रा को कम करना सम्मिलित है। बैलार्ड पावर प्रणाली ने कार्बन सिल्क के साथ संवर्द्धित उत्प्रेरक प्रयोग किया है, जो प्रदर्शन में कमी के बिना प्लेटिनम के उपयोग में 30% की कमी (1.0–0.7 mg/cm2) की अनुमति देता है।[32]मोनाश विश्वविद्यालय, मेलबोर्न पेडॉट को कैथोड के रूप में उपयोग करता है।[33] 2011 में प्रकाशित अध्ययन[34] ने अपेक्षाकृत अल्पमूल्यता डोप्ड कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करते हुए धातु-मुक्त इलेक्ट्रोकैटलिस्ट का दस्तावेजीकरण किया, जो प्लैटिनम की व्यय 1% से कम है और समान या उत्तम प्रदर्शन के हैं। वर्तमान में प्रकाशित लेख ने प्रदर्शित किया कि प्लैटिनम के लिए कार्बन सब्सट्रेट के रूप में कार्बन नैनोट्यूब का उपयोग करते समय पर्यावरणीय बोझ कैसे परिवर्तित होते हैं।[35]
जल और वायु प्रबंधन[36][37] (पीईएमएफसी में)
इस प्रकार के ईंधन सेल में, झिल्ली को हाइड्रेटेड किया जाना चाहिए, जिससे पानी को ठीक उसी दर पर वाष्पित करने की आवश्यकता होती है जिससे यह उत्पन्न होता है। यदि पानी अधिक शीघ्रता से वाष्पित हो जाता है, तो झिल्ली सूख जाती है, इसके पार प्रतिरोध बढ़ जाता है, और अंततः यह फट जाएगा, जिससे गैस शॉर्ट परिपथ बन जाएगा जहां हाइड्रोजन और ऑक्सीजन सीधे जुड़ते हैं, जिससे गर्मी उत्पन्न होती है जो ईंधन सेल को हानि पहुंचाएगी। यदि पानी अधिक धीरे-धीरे वाष्पित हो जाता है, तो इलेक्ट्रोड भर जाएंगे, जिससे अभिकारकों को उत्प्रेरक तक पहुंचने से और प्रतिक्रिया को रोक दिया जाएगा। प्रवाह नियंत्रण पर ध्यान केंद्रित करने वाले इलेक्ट्रोस्मोटिक पंपों के जैसे सेल में पानी के प्रबंधन की विधि विकसित किए जा रहे हैं। दहन इंजन के जैसे ही, ईंधन सेल को कुशलतापूर्वक संचालित करने के लिए अभिकारक और ऑक्सीजन के मध्य स्थिर अनुपात आवश्यक है।
तापमान प्रबंधन
थर्मल लोडिंग के माध्यम से सेल के विनाश को रोकने के लिए पूर्ण सेल में समान तापमान बनाए रखा जाना चाहिए। यह विशेष रूप से उत्तेजना है क्योंकि 2H2 + O2 → 2H2O प्रतिक्रिया अत्यधिक उष्माक्षेपी है, इसलिए ईंधन सेल के भीतर बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है।
कुछ प्रकार की सेल के लिए स्थायित्व, सेवा जीवन और विशेष आवश्यकताएं
स्थिर ईंधन सेल अनुप्रयोगों को सामान्यतः −35 °C से 40 °C (−31 °F से 104 °F) के तापमान पर 40,000 घंटे से अधिक विश्वसनीय संचालन की आवश्यकता होती है, जबकि ऑटोमोटिव ईंधन सेल को 5,000-घंटे के की आयु की आवश्यकता होती है 240,000 km or 150,000 mi) अत्यधिक तापमान के अंतर्गत वर्तमान सेवा जीवन 2,500 घंटे (लगभग 120,000 km or 75,000 mi) है।[38] ऑटोमोटिव इंजन को -30 डिग्री सेल्सियस (-22 डिग्री फारेनहाइट) पर विश्वसनीय रूप से प्रारंभ करने में सक्षम होना चाहिए और उच्च शक्ति-से-वॉल्यूम अनुपात (सामान्यतः 2.5 किलोवाट/लीटर) होना चाहिए।
कुछ (गैर-पेडोट) कैथोड की सीमित कार्बन मोनोऑक्साइड सहिष्णुता।[30]

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल

Main article: फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (पीएएफसी) को प्रथम बार 1961 में जी वी एलमोर और एच ए टान्नर द्वारा डिजाइन और प्रस्तुत किया गया था। इन सेल में, फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग गैर-प्रवाहकीय इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है और इलेक्ट्रॉनों को बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से एनोड से कैथोड तक यात्रा करने के लिए विवश किया जा सके। ये कोशिकाएं सामान्यतः 150 से 200 डिग्री सेल्सियस के तापमान में कार्य करती हैं। यह उच्च तापमान गर्मी और ऊर्जा की हानि का कारण होगा यदि गर्मी को हटाया नहीं जाता है और ठीक से उपयोग नहीं किया जाता है। इस गर्मी का उपयोग एयर कंडीशनिंग प्रणाली या किसी अन्य थर्मल ऊर्जा व्यय प्रणाली के लिए भाप का उत्पादन करने के लिए किया जा सकता है।[39] सह-उत्पादन में इस गर्मी का उपयोग फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल की दक्षता को 40 से 50% से लगभग 80% तक बढ़ा सकता है।[39]चूंकि एनोड पर प्रोटॉन उत्पादन दर कम है, इस आयनीकरण दर को बढ़ाने के लिए प्लेटिनम को उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जाता है। इन सेल की प्रमुख हानि अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग है। यह फॉस्फोरिक एसिड के संपर्क में आने वाले घटकों के क्षरण या ऑक्सीकरण को बढ़ाता है।[40]


ठोस एसिड ईंधन सेल

Main article: ठोस एसिड ईंधन सेल

ठोस एसिड ईंधन सेल्स (SAFC) को इलेक्ट्रोलाइट के रूप में ठोस एसिड मैटेरियल के उपयोग की विशेषता है। कम तापमान पर, ठोस अम्लों में अधिकांश लवणों के जैसे क्रमबद्ध आणविक संरचना होती है। गर्म तापमान पर (CsHSO4 के लिए 140 और 150 डिग्री सेल्सियस के मध्य) कुछ ठोस अम्ल अत्यधिक अव्यवस्थित सुपरप्रोटोनिक संरचना बनने के लिए चरण संक्रमण से निकलते हैं, जो परिमाण के कई आदेशों द्वारा चालकता को बढ़ाता है। 2000 में सीज़ियम हाइड्रोजन सल्फेट (CsHSO4) का उपयोग करके प्रथम प्रूफ-ऑफ़-कॉन्सेप्ट एसएएफसी विकसित किया गया था।[41] वर्तमान एसएएफसी प्रणालियाँ सीज़ियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (CsH2PO4) का उपयोग करती हैं और हजारों घंटों में जीवनकाल प्रदर्शित करती हैं।[42]


क्षारीय ईंधन सेल

Main articles: क्षारीय ईंधन सेल and क्षारीय आयन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल

क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी) या हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल को 1959 में फ्रांसिस थॉमस बेकन द्वारा डिजाइन और प्रथम बार सार्वजनिक रूप से प्रदर्शित किया गया था। इसका उपयोग अपोलो अंतरिक्ष कार्यक्रम में विद्युत ऊर्जा के प्राथमिक स्रोत के रूप में किया गया था।[43] सेल में दो छिद्रपूर्ण कार्बन इलेक्ट्रोड होते हैं जो उपयुक्त उत्प्रेरक जैसे Pt, Ag, CoO इत्यादि के साथ लगाए जाते हैं। दो इलेक्ट्रोड के मध्य का स्थानपोटेशियम हाइड्रोक्साइड या सोडियम हाइड्रॉक्साइड के केंद्रित घोल से भरा होता है जो इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है। H2 गैस और O2 गैस को इलेक्ट्रोलाइट में बुदबुदाया जाता है। इस प्रकार समग्र प्रतिक्रिया में पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन गैस और ऑक्सीजन गैस का संयोजन सम्मिलित है। अभिकारक की आपूर्ति समाप्त होने तक सेल निरन्तर चलता रहता है। इस प्रकार के सेल 343–413 K के तापमान रेंज में कुशलता से कार्य करते है और लगभग 0.9 V की क्षमता प्रदान करता है।[44]क्षारीय आयनों विनिमय झिल्ली ईंधन सेल (AAEMFC) एएफसी का प्रकार है जो जलीय पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) के अतिरिक्त ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट को नियोजित करता है और यह जलीय एएफसी से उत्तम होता है।

उच्च तापमान ईंधन सेल

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल

Main article: ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC) इलेक्ट्रोलाइट के रूप में ठोस सामग्री का उपयोग करते हैं, सामान्यतः सिरेमिक सामग्री जिसे येट्रिया-स्थिर जिरकोनिया (YSZ) कहा जाता है। क्योंकि एसओएफसी पूर्ण प्रकार से ठोस सामग्री से बने होते हैं, वे अन्य प्रकार के ईंधन सेल के समतल विन्यास तक सीमित नहीं होते हैं और प्रायः इन्हें रोल्ड ट्यूब के रूप में डिज़ाइन किया जाता है। उन्हें उच्च परिचालन तापमान (800-1000 डिग्री सेल्सियस) की आवश्यकता होती है और इसे प्राकृतिक गैस सहित विभिन्न प्रकार के ईंधन पर चलाया जा सकता है।[5]

एसओएफसी अद्वितीय हैं क्योंकि ऋणात्मक रूप से आवेशित ऑक्सीजन आयन कैथोड (ईंधन सेल के सकारात्मक पक्ष) से ​​एनोड (ईंधन सेल के नकारात्मक पक्ष) तक जाते हैं, इसके अतिरिक्त विपरीत प्रोटॉन (अर्थात, एनोड से कैथोड तक) यात्रा करते हैं, जैसा कि है अन्य सभी प्रकार के ईंधन सेल में कैथोड के माध्यम से ऑक्सीजन गैस की आपूर्ति की जाती है, जहां यह ऑक्सीजन आयन बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों को अवशोषित करता है। एनोड पर हाइड्रोजन गैस के साथ प्रतिक्रिया करने के लिए ऑक्सीजन आयन तब इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से यात्रा करते हैं। एनोड पर प्रतिक्रिया से उप-उत्पादों के रूप में विद्युत् और पानी का उत्पादन होता है। ईंधन के आधार पर कार्बन डाइऑक्साइड भी उप-उत्पाद हो सकता है, किन्तु एसओएफसी प्रणाली से कार्बन उत्सर्जन जीवाश्म ईंधन दहन संयंत्र से कम होता है।[45] एसओएफसी प्रणाली के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:[46]

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 2O2− → 2H2O + 4e−
कैथोड प्रतिक्रिया: O2 + 4e− → 2O2−
समग्र सेल प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 → 2H2O

एसओएफसी प्रणाली शुद्ध हाइड्रोजन गैस के अतिरिक्त अन्य ईंधन पर चल सकता है। चूँकि, ऊपर सूचीबद्ध प्रतिक्रियाओं के लिए हाइड्रोजन आवश्यक है, इसलिए चयनित ईंधन में हाइड्रोजन परमाणु होना चाहिए। ईंधन सेल को संचालित करने के लिए, ईंधन को शुद्ध हाइड्रोजन गैस में परिवर्तित किया जाना चाहिए। एसओएफसी आंतरिक रूप से मीथेन (प्राकृतिक गैस) में सक्षम हैं।[47] प्रोपेन और ब्यूटेन जैसे हल्के हाइड्रोकार्बन में सुधार करने में सक्षम हैं।[48] ये ईंधन सेल विकास के प्रारंभिक चरण में हैं।[49]

उनके उच्च परिचालन तापमान के कारण एसओएफसी प्रणाली में लक्ष्य उपस्तिथ हैं। ऐसी ही एक लक्ष्य कार्बन धूल के एनोड पर बनने की क्षमता है, जो आंतरिक सुधार प्रक्रिया को धीमा कर देती है। पेन्सिलवेनिया विश्वविद्यालय में इस कार्बन कोकिंग अभिप्राय को संबोधित करने के लिए किए गए शोध से ज्ञात होता है कि कॉपर-आधारित सर्मेट (सिरेमिक और धातु से बनी गर्मी प्रतिरोधी सामग्री) का उपयोग कोकिंग और प्रदर्शन के हानि को कम कर सकता है।[50] एसओएफसी प्रणाली का हानि लंबा स्टार्ट-अप है, जो एसओएफसी को मोबाइल एप्लिकेशन के लिए कम उपयोगी बनाता है। इन हानि के अतिरिक्त, उच्च परिचालन तापमान प्लैटिनम जैसे कीमती धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता को हटाकर लाभ प्रदान करता है, जिससे व्यय कम हो जाती है। इसके अतिरिक्त, एसओएफसी प्रणाली से अपशिष्ट गर्मी को कैप्चर और पुन: उपयोग किया जा सकता है, जिससे सैद्धांतिक समग्र दक्षता 80-85% तक बढ़ जाती है।[5]

उच्च परिचालन तापमान अधिक सीमा तक वाईएसजेड इलेक्ट्रोलाइट के भौतिक गुणों के कारण होता है। जैसे-जैसे तापमान घटता है, वैसे ही वाईएसजेड की आयनिक चालकता (ठोस अवस्था) घटती जाती है। इसलिए, ईंधन सेल का इष्टतम प्रदर्शन प्राप्त करने के लिए, उच्च ऑपरेटिंग तापमान की आवश्यकता होती है। उनकी वेबसाइट के अनुसार, यूके एसओएफसी ईंधन सेल निर्माता, सेरेस पावर ने अपने एसओएफसी प्रणाली के ऑपरेटिंग तापमान को 500-600 डिग्री सेल्सियस तक कम करने की विधि विकसित की है। उन्होंने सामान्यतः उपयोग होने वाले वाईएसजेड इलेक्ट्रोलाइट को सीजीओ (सेरियम गैडोलीनियम ऑक्साइड) इलेक्ट्रोलाइट से परिवर्तित कर दिया। कम ऑपरेटिंग तापमान उन्हें सेल सब्सट्रेट के रूप में सिरेमिक के अतिरिक्त स्टेनलेस स्टील का उपयोग करने की अनुमति देता है, जिससे प्रणाली की व्यय और स्टार्ट-अप समय कम हो जाता है।[51]


पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल

Main article: पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल

पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल (एमसीएफसी) को एसओएफसी के समान उच्च परिचालन तापमान, 650 °C (1,200 °F) की आवश्यकता होती है। एमसीएफसी इलेक्ट्रोलाइट के रूप में लिथियम पोटेशियम कार्बोनेट नमक का उपयोग करते हैं, और यह नमक उच्च तापमान पर द्रवीभूत होता है, जिससे सेल के भीतर चार्ज की आवागमन की अनुमति मिलती है- इस विषय में, नकारात्मक कार्बोनेट आयन है।[52]

एसओएफसी के जैसे, एमसीएफसी जीवाश्म ईंधन को एनोड में हाइड्रोजन युक्त गैस में परिवर्तित करने में सक्षम हैं, जिससे बाहरी रूप से हाइड्रोजन का उत्पादन करने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। सुधार प्रक्रिया CO2 उत्सर्जन उत्पन्न करती है। एमसीएफसी-संगत ईंधन में कोयले से उत्पादित प्राकृतिक गैस, बायोगैस और गैस सम्मिलित हैं। गैस में हाइड्रोजन पानी, कार्बन डाइऑक्साइड, इलेक्ट्रॉनों और अन्य रसायनों की अल्प मात्रा का उत्पादन करने के लिए इलेक्ट्रोलाइट से कार्बोनेट आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है। इलेक्ट्रॉन विद्युत् बनाने वाले बाहरी परिपथ के माध्यम से यात्रा करते हैं और कैथोड में लौट आते हैं। वहां, वायु से ऑक्सीजन और एनोड से पुनर्नवीनीकरण कार्बन डाइऑक्साइड, इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके कार्बोनेट आयन बनाते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट को भरते हैं, परिपथ को पूर्ण करते हैं।[52]एमसीएफसी प्रणाली के लिए रासायनिक प्रतिक्रियाओं को निम्नानुसार व्यक्त किया जा सकता है:[53]

एनोड प्रतिक्रिया: CO32− + H2 → H2O + CO2 + 2e−
कैथोड प्रतिक्रिया: CO2 + ½O2 + 2e− → CO32−
समग्र कोशिका प्रतिक्रिया: H2 + ½O2 → H2O

एसओएफसी के जैसे, एमसीएफसी की हानि में उनके उच्च ऑपरेटिंग तापमान के कारण धीमा स्टार्ट-अप समय सम्मिलित है। यह एमसीएफसी प्रणाली को मोबाइल एप्लिकेशन के लिए उपयुक्त नहीं बनाता है, और इस तकनीक का सबसे अधिक उपयोग स्थिर ईंधन सेल उद्देश्यों के लिए किया जाएगा। एमसीएफसी प्रौद्योगिकी का मुख्य लक्ष्य सेल का अल्प जीवनीकाल है। उच्च तापमान और कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट से एनोड और कैथोड का क्षरण होता है। ये कारक एमसीएफसी घटकों के क्षरण को तीव्र करते हैं, स्थायित्व और सेल जीवनी को कम करते हैं। शोधकर्ता घटकों के साथ-साथ ईंधन सेल डिजाइनों के लिए संक्षारण प्रतिरोधी सामग्री का शोध करके इस समस्या का समाधान कर रहे हैं जो प्रदर्शन को कम किए बिना सेल जीवनी को बढ़ा सकते हैं।[5]

अन्य ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों की तुलना में एमसीएफसी के कई लाभ हैं, जिनमें अशुद्धियों के प्रति उनका प्रतिरोध भी सम्मिलित हैं। वे कार्बन कोकिंग के लिए प्रवण नहीं हैं, जो कि एनोड पर कार्बन बिल्ड-अप को संदर्भित करता है जिसके परिणामस्वरूप आंतरिक ईंधन सुधार प्रक्रिया को धीमा करके प्रदर्शन कम हो जाता है। इसलिए, कार्बन युक्त ईंधन जैसे कोयले से बनी गैसें प्रणाली के अनुकूल हैं। युनाइटेड स्टेट्स डिपार्टमेंट ऑफ एनर्जी का आशय है कि भविष्य में कोयला स्वयं भी ईंधन विकल्प हो सकता है, यह मानते हुए कि प्रणाली को सल्फर और पार्टिकुलेट जैसी अशुद्धियों के लिए प्रतिरोधी बनाया जा सकता है, जो कोयले को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने के परिणामस्वरूप होता है।[5]एमसीएफसी में अपेक्षाकृत उच्च क्षमताएं भी होती हैं। वे 50% की ईंधन-से-विद्युत् दक्षता तक पहुंच सकते हैं, जो फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल संयंत्र की 37-42% दक्षता से अधिक है। दक्षता 65% तक अधिक हो सकती है जब ईंधन सेल को टर्बाइन के साथ जोड़ा जाता है, और 85% यदि गर्मी पर प्रभुत्व कर लिया जाता है संयुक्त ताप और शक्ति (सीएचपी) प्रणाली में उपयोग किया जाता है[52]

फ्यूलसेल एनर्जी, कनेक्टिकट-आधारित ईंधन सेल निर्माता, एमसीएफसी ईंधन सेल विकास और बेचता है। कंपनी का कहना है कि उनके एमसीएफसी उत्पाद 300 kW से 2.8 MW प्रणाली तक हैं जो 47% विद्युत दक्षता प्राप्त करते हैं और उच्च समग्र क्षमता प्राप्त करने के लिए सीपीएच तकनीक का उपयोग कर सकते हैं। उत्पाद, डीएफसी-ईआरजी, को गैस टरबाइन के साथ संयुक्त है और कंपनी के अनुसार, यह 65% की विद्युत दक्षता प्राप्त करता है।[54]


विद्युत् भंडारण ईंधन सेल

विद्युत् स्टोरेज ईंधन सेल पारंपरिक इलेक्ट्रो-रासायनिक प्रभाव का उपयोग करते हुए विद्युत् पावर इनपुट द्वारा चार्ज की जाने वाली पारंपरिक बैटरी है। चूँकि, बैटरी में वैकल्पिक रूप से बैटरी को रासायनिक रूप से चार्ज करने के लिए हाइड्रोजन (और ऑक्सीजन) इनपुट सम्मिलित हैं।[55]


ईंधन सेल प्रकारों की तुलना

ईंधन सेल का नाम इलेक्ट्रोलाइट योग्य शक्ति (W) वर्किंग टेम्परेचर(°C) क्षमता स्टेटस व्यय (यूएसडी/डब्ल्यू)
सेल प्रणाली
धातु हाइड्राइड ईंधन सेल जलीय क्षारीय घोल > −20
(50% Ppeak @ 0 °C) 		Commercial / Research
इलेक्ट्रो-गैल्वेनिक ईंधन सेल जलीय क्षारीय घोल < 40 Commercial / Research
डायरेक्ट फॉर्मिक एसिड ईंधन cell (डीएफएएफसी) पॉलिमर झिल्ली (आयनोमर) < 50 W < 40 Commercial / Research
जिंक-एयर बैटरी जलीय क्षारीय घोल < 40 Mass production
माइक्रोबियल ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ली या ह्यूमिक एसिड < 40 Research
अपफ्लो माइक्रोबियल ईंधन सेल (यूएमएफसी) < 40 Research
पुनर्योजी ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ल (आयनोमर) < 50 Commercial / Research
प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन सेल जलीय क्षारीय घोल 70 Commercial
क्षारीय ईंधन सेल जलीय क्षारीय घोल 10–200 kW < 80 60–70% 62% Commercial / Research
प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ली (आयनोमर) 100 mW – 1 kW 90–120 20–30% 10–25%[56] Commercial / Research 125
सुधारित मेथनॉल ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ली (आयनोमर) 5 W – 100 kW 250–300 (reformer)
125–200 (PBI) 		50–60% 25–40% Commercial / Research
डायरेक्ट-इथेनॉल ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ली (आयनोमर) < 140 mW/cm² > 25
? 90–120 		Research
प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली ईंधन सेल पॉलिमर झिल्ली (आयनोमर) 1 W – 500 kW 50–100 (Nafion)[57]
120–200 (PBI)[58] 		50–70% 30–50%[56] Commercial / Research 50–100
रेडॉक्स ईंधन सेल (आरएफसी) रेडॉक्स शटल और बहुलक झिल्ली (आयनोमर) के साथ तरल इलेक्ट्रोलाइट्स 1 kW – 10 MW Research
फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल पिघला हुआ फॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) < 10 MW 150–200 55% 40%[56]
Co-gen: 90% 		Commercial / Research 4.00–4.50
ठोस एसिड ईंधन सेल H+-चालक ऑक्सीआयन लवण (ठोस अम्ल) 10 W – 1 kW 200–300 55–60% 40–45% Commercial / Research
पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल पिघला हुआ क्षारीय कार्बोनेट 100 MW 600–650 55% 45–55%[56] Commercial / Research
ट्यूबलर ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (टीएसओएफसी) O2−-सिरेमिक ऑक्साइड का संचालन < 100 MW 850–1100 60–65% 55–60% Commercial / Research
प्रोटोनिक सिरेमिक ईंधन सेल H+-कंडक्टिंग सिरेमिक ऑक्साइड 700 Research
प्रत्यक्ष कार्बन ईंधन सेल कई भिन्न-भिन्न 700–850 80% 70% Commercial / Research
तलीय ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल O2−-सिरेमिक ऑक्साइड का संचालन < 100 MW 500–1100 60–65% 55–60%[56] Commercial / Research
एंजाइमैटिक बायोईंधन सेल कोई भी जो एंजाइम को विकृत नहीं करेगा < 40 Research
मैग्नीशियम-वायु ईंधन सेल नमक का पानी −20 to 55 90% Commercial / Research

तालिका में शब्दों की शब्दावली:

Further information: ईंधन सेल नियमों की शब्दावली
एनोड
इलेक्ट्रोड जिस पर ऑक्सीकरण (इलेक्ट्रॉनों का हानि) होता है। ईंधन सेल और अन्य गैल्वेनिक सेल के लिए, एनोड ऋणात्मक टर्मिनल है; इलेक्ट्रोलाइटिक सेल (जहां इलेक्ट्रोलिसिस होता है) के लिए, एनोड सकारात्मक टर्मिनल है।[59]:जलीय घोल [60]
पानी से संबंधित या उससे मिलता जुलता
पानी से, साथ या पानी से बना हुआ।
उत्प्रेरक
रासायनिक पदार्थ जो व्यय किए बिना प्रतिक्रिया की दर को बढ़ाता है; प्रतिक्रिया के पश्चात, यह संभावित रूप से प्रतिक्रिया मिश्रण से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है और रासायनिक रूप से अपरिवर्तित होता है। उत्प्रेरक आवश्यक सक्रियण ऊर्जा को कम करता है, जिससे प्रतिक्रिया अधिक तीव्रता से या कम तापमान पर आगे बढ़ती है। ईंधन सेल में, उत्प्रेरक ऑक्सीजन और हाइड्रोजन की प्रतिक्रिया की सुविधा प्रदान करता है। यह सामान्यतः प्लैटिनम पाउडर से बना होता है उत्प्रेरक खुरदरा और झरझरा होता है इसलिए प्लैटिनम का अधिकतम सतह क्षेत्र हाइड्रोजन या ऑक्सीजन के संपर्क में आ सकता है। उत्प्रेरक का प्लेटिनम-लेपित पक्ष ईंधन सेल में झिल्ली का सामना करता है।[59]:कैथोड: इलेक्ट्रोड जिस पर कमी (इलेक्ट्रॉनों का लाभ) होता है। ईंधन सेल और अन्य गैल्वेनिक सेल के लिए, कैथोड सकारात्मक टर्मिनल है; इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के लिए (जहां इलेक्ट्रोलिसिस होता है), कैथोड नकारात्मक टर्मिनल है।[59]इलेक्ट्रोलाइट: पदार्थ जो ईंधन सेल, बैटरी या इलेक्ट्रोलाइज़र में आवेशित आयनों को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक ले जाता है।[59]
ईंधन सेल स्टैक
श्रृंखला में जुड़े व्यक्तिगत ईंधन सेल वोल्टेज बढ़ाने के लिए ईंधन सेल को एकत्र किया जाता है।[59]:मैट्रिक्स
कुछ भीतर या जिससे कुछ और उत्पन्न होता है, विकसित होता है, या रूप लेता है।[61]
झिल्ली (चयनात्मक बाधा)
ईंधन सेल में भिन्न करने वाली परत जो इलेक्ट्रोलाइट (आयन-एक्सचेंजर) के साथ-साथ ईंधन सेल के एनोड और कैथोड डिब्बों में गैसों को भिन्न करने वाली बाधा फिल्म के रूप में कार्य करती है।[59]:पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल (एमसीएफसी): एक प्रकार का ईंधन सेल जिसमें पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट होता है। कार्बोनेट आयन (CO32−) को कैथोड से एनोड तक ले जाया जाता है। ऑपरेटिंग तापमान सामान्यतः 650 डिग्री सेल्सियस के निकट होता है।[59]
फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (PAFC): एक प्रकार का ईंधन सेल जिसमें इलेक्ट्रोलाइट में केंद्रित फॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) होता है प्रोटॉन (H+) को एनोड से कैथोड तक ले जाया जाता है। ऑपरेटिंग तापमान रेंज सामान्यतः 160-220 डिग्री सेल्सियस है।[59]
प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (पीईएम): ईंधन सेल जिसमें इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग की जाने वाली ठोस बहुलक झिल्ली सम्मिलित होती है। प्रोटॉन (H+) को एनोड से कैथोड तक ले जाया जाता है। निम्न तापमान प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (एलटी-पीईएमएफसी) के लिए ऑपरेटिंग तापमान सीमा सामान्यतः 60-100 डिग्री सेल्सियस है।[59]120-200 डिग्री सेल्सियस के ऑपरेटिंग तापमान के साथ पीईएम ईंधन सेल को उच्च तापमान प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (एचटी-पीईएमएफसी) कहा जाता है।[62]
ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC): एक प्रकार का ईंधन सेल जिसमें इलेक्ट्रोलाइट ठोस, नॉनपोरस मेटल ऑक्साइड होता है, सामान्यतः जिरकोनियम ऑक्साइड (ZrO2) को Y2O3 के साथ व्यवहार किया जाता है, और O2− को कैथोड से एनोड तक ले जाया जाता है। रिफॉर्मेट गैस में किसी भी CO,को एनोड पर CO2 में ऑक्सीकृत किया जाता है। ऑपरेशन का तापमान सामान्यतः 800-1,000 डिग्री सेल्सियस होता है।[59]
विलायक (रसायन विज्ञान) [63]
एक क्रिया या प्रक्रिया जिसके द्वारा ठोस, तरल या गैसीय पदार्थ को तरल या कभी-कभी गैस या ठोस के साथ मिश्रित किया जाता है।
इस प्रक्रिया द्वारा गठित सजातीय मिश्रण; विशेष रूप से: एकल-चरण तरल प्रणाली।
भंग होने की अवस्था या भाव।

अग्रणी ईंधन सेल प्रकारों की क्षमता

सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता

प्रणाली या उपकरण की ऊर्जा दक्षता जो ऊर्जा को परिवर्तित करती है, प्रणाली ("आउटपुट एनर्जी") द्वारा लगाई गई उपयोगी ऊर्जा की मात्रा ("इनपुट एनर्जी") में डाली गई ऊर्जा की कुल मात्रा के अनुपात से मापा जाता है। कुल इनपुट ऊर्जा के प्रतिशत के रूप में उपयोगी उत्पादन ऊर्जा को प्रणाली द्वारा उत्पादित विद्युत ऊर्जा में मापा जाता है। इनपुट ऊर्जा ईंधन में संग्रहीत ऊर्जा है। अमेरिकी ऊर्जा विभाग के अनुसार, ईंधन सेल सामान्यतः 40 से 60% ऊर्जा कुशल होती है।[64] यह ऊर्जा उत्पादन के लिए कुछ अन्य प्रणालियों की तुलना में अधिक है। उदाहरण के लिए, कार का विशिष्ट आंतरिक दहन इंजन लगभग 25% ऊर्जा कुशल होता है।[65]भाप विद्युत् संयंत्र सामान्यतः 30-40% की क्षमता प्राप्त करते हैं[66] जबकि संयुक्त चक्र गैस टरबाइन और भाप संयंत्र 60% तक की उच्च क्षमता प्राप्त कर सकते हैं।[citation needed] संयुक्त ताप और शक्ति (सीएचपी) प्रणालियों में, अपशिष्ट गर्मी द्वारा उत्पादित प्राथमिक शक्ति चक्र - चाहे ईंधन सेल, परमाणु विखंडन या दहन पर प्रभुत्व कर लिया जाता है और उपयोग में लाया जाता है, जिससे प्रणाली की दक्षता 85-90% तक बढ़ जाती है।[5]

किसी भी प्रकार की विद्युत् उत्पादन प्रणाली की सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता कभी भी व्यवहार में नहीं आती है, और यह विद्युत् उत्पादन में अन्य चरणों पर विचार नहीं करता है, जैसे कि ईंधन का उत्पादन, परिवहन और भंडारण और विद्युत् को यांत्रिक शक्ति में परिवर्तित करना। चूँकि, यह गणना विभिन्न प्रकार के विद्युत् उत्पादन की तुलना की अनुमति देती है। ईंधन सेल की सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता 100% तक पहुंच जाती है,[67] जबकि आंतरिक दहन इंजन की सैद्धांतिक अधिकतम दक्षता लगभग 58% है।[68]


व्यवहार में

मान अम्लीय के लिए 40%, पिघले हुए कार्बोनेट के लिए 50%, क्षारीय, ठोस ऑक्साइड और पीईएम ईंधन सेल के लिए 60% तक दिए गए हैं।

ईंधन सेल बैटरी के जैसे ऊर्जा का भंडारण नहीं कर सकते हैं,[69] हाइड्रोजन को छोड़कर, किंतु कुछ अनुप्रयोगों में, जैसे सौर या पवन ऊर्जा असंतुलित स्रोतों पर आधारित स्टैंड-अलोन विद्युत् संयंत्र, वे इलेक्ट्रोलाइज़रऔर भंडारण प्रणालियों के साथ संयुक्त होते हैं[70] ( नई यूरोपीय ड्राइविंग साइकिल ) जिससे ऊर्जा भंडारण प्रणाली 2019 तक, 90% हाइड्रोजन का उपयोग तेल शोधन, रसायन और उर्वरक उत्पादन (जहां हैबर-बॉश प्रक्रिया के लिए हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है) के लिए किया जाता था,[71] और 98% हाइड्रोजन का उत्पादन भाप मीथेन सुधार द्वारा किया जाता है,[72] जो कार्बन डाइऑक्साइड का उत्सर्जन करता है। (होंडा एफसी्स स्पष्टता) गैस घनत्व और अन्य स्थितियों के आधार पर, शुद्ध हाइड्रोजन और शुद्ध ऑक्सीजन का उपयोग करते हुए, ऐसे संयंत्रों की समग्र दक्षता (विद्युत् से हाइड्रोजन और वापस विद्युत् में) (राउंड-ट्रिप दक्षता के रूप में जाना जाता है) "35 से 50 प्रतिशत तक" हो सकती है।[73] इलेक्ट्रोलाइज़र/ईंधन सेल प्रणाली हाइड्रोजन की अनिश्चित मात्रा को संग्रहीत कर सकती है, और इसलिए यह दीर्घकालिक भंडारण के लिए अनुकूल है।[74][75]

ठोस-ऑक्साइड ईंधन सेल ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के पुनर्संयोजन से गर्मी उत्पन्न करते हैं। सिरेमिक 800 डिग्री सेल्सियस जितना गर्म चल सकता है। इस गर्मी को कैप्चर किया जा सकता है और सूक्ष्म संयुक्त ताप और शक्ति (एम-सीएचपी) अनुप्रयोग में पानी गर्म करने के लिए उपयोग किया जा सकता है। जब गर्मी को कैप्चर कर लिया जाता है, तो इकाई में कुल दक्षता 80-90% तक पहुंच सकती है, किन्तु उत्पादन और वितरण हानियों पर विचार नहीं किया जाता है। सीएचपी इकाइयां आज यूरोपीय घरेलू बाजार के लिए विकसित की जा रही हैं।

2008 में इलेक्ट्रोरासायनिक सोसायटी जर्नल इंटरफेस में प्रोफेसर जेरेमी पी मेयर्स ने लिखा, जबकि ईंधन सेल दहन इंजन के सापेक्ष कुशल हैं, वे बैटरी के रूप में कुशल नहीं हैं, मुख्य रूप से ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रिया की अक्षमता के कारण (और ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया, पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का गठन किया जाना चाहिए) [टी] अरे ग्रिड से डिस्कनेक्ट किए गए ऑपरेशन के लिए सबसे अधिक समझ में आता है, या जब ईंधन निरन्तर प्रदान किया जा सकता है। ऐसे अनुप्रयोगों के लिए जिन्हें बार-बार और अपेक्षाकृत तीव्रता से स्टार्ट-अप की आवश्यकता होती है जहां शून्य उत्सर्जन की आवश्यकता होती है, जैसे कि गोदामों जैसे संलग्न स्थानों में, और जहां हाइड्रोजन को स्वीकार्य अभिकारक माना जाता है, [पीईएम ईंधन सेल] तीव्रता से आकर्षक विकल्प बन रहा है। [यदि बैटरियों का आदान-प्रदान करना असुविधाजनक है]।[76] 2013 में सैन्य संगठन यह निर्धारित करने के लिए ईंधन सेल का मूल्यांकन कर रहे थे कि क्या वे सैनिकों द्वारा किए गए बैटरी भार को अधिककम कर सकते हैं।[77]


अनुप्रयोग

ईंधन सेल प्रणोदन के साथ 212 पनडुब्बी टाइप करें। ड्राई डॉक में यह उदाहरण जर्मन नौसेना द्वारा संचालित है।

शक्ति

स्थिर ईंधन सेल का उपयोग वाणिज्यिक, औद्योगिक और आवासीय प्राथमिक और बैकअप विद्युत् उत्पादन के लिए किया जाता है। ईंधन सेल दूरस्थ स्थानों में ऊर्जा स्रोतों के रूप में अधिक उपयोगी होते हैं, जैसे अंतरिक्ष यान, दूरस्थ मौसम स्टेशन, बड़े पार्क, संचार केंद्र, अनुसंधान स्टेशनों सहित ग्रामीण स्थान, और कुछ सैन्य अनुप्रयोगों में आदि। हाइड्रोजन पर चलने वाला ईंधन सेल प्रणाली कॉम्पैक्ट और हल्का हो सकता है, और इसमें कोई बड़ा चलने वाला भाग नहीं होता है। क्योंकि ईंधन सेल में कोई गतिमान भाग नहीं होता है और इसमें दहन सम्मिलित नहीं होता है, आदर्श परिस्थितियों में वे 99.9999% तक विश्वसनीयता प्राप्त कर सकते हैं।[78] यह छह वर्ष की अवधि में एक मिनट से भी कम समय के डाउनटाइम के समान है।[78]

चूंकि ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइजर प्रणाली अपने आप में ईंधन का भंडारण नहीं करते हैं, अन्यथा बाहरी भंडारण इकाइयों पर निर्भर करते हैं, इसलिए उन्हें बड़े पैमाने पर ऊर्जा भंडारण में सफलतापूर्वक प्रारम्भ किया जा सकता है, ग्रामीण क्षेत्रों में इसका उदाहरण है।[79] कई भिन्न-भिन्न प्रकार के स्थिर ईंधन सेल होते हैं इसलिए क्षमता भिन्न होती है, किन्तु अधिकांश 40% और 60% ऊर्जा कुशल के मध्य होती हैं।[5]चूँकि, जब सह-उत्पादन प्रणाली में इमारत को गर्म करने के लिए ईंधन सेल की अपशिष्ट गर्मी का उपयोग किया जाता है, तो यह दक्षता 85% तक बढ़ सकती है।[5]यह पारंपरिक कोयला विद्युत् संयंत्रों की तुलना में अधिक कुशल है, जो केवल एक तिहाई ऊर्जा कुशल हैं।[80] बड़े पैमाने पर उत्पादन को मानते हुए, सह-उत्पादन प्रणालियों में उपयोग किए जाने पर ईंधन सेल ऊर्जा व्यय पर 20-40% बचत कर सकते हैं।[81] ईंधन सेल पारंपरिक विद्युत् उत्पादन की तुलना में अधिक स्वच्छ होते हैं; हाइड्रोजन स्रोत के रूप में प्राकृतिक गैस का उपयोग करने वाला ईंधन सेल विद्युत् संयंत्र, पारंपरिक दहन प्रणालियों द्वारा उत्पन्न 25 पाउंड प्रदूषकों की तुलना में उत्पादित प्रत्येक 1,000 kW·h के लिए औंस से भी कम प्रदूषण (CO2 के अतिरिक्त) उत्पन्न करेगा।।[82] ईंधन सेल भी पारंपरिक कोयले से चलने वाले विद्युत् संयंत्रों की तुलना में 97% कम नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन का उत्पादन करते हैं।

ऐसा ही पायलट कार्यक्रम वाशिंगटन राज्य के स्टुअर्ट द्वीप (वाशिंगटन) में चल रहा है। वहाँ स्टुअर्ट द्वीप ऊर्जा[83]ने पूर्ण, बंद-लूप प्रणाली का निर्माण किया है: सौर पैनल इलेक्ट्रोलाइज़र को शक्ति देते हैं, जो हाइड्रोजन बनाता है। हाइड्रोजन को 500-U.S.-gallon (1,900 L) टैंक में 200 pounds per square inch (1,400 kPa) पर संग्रहीत किया जाता है, और ऑफ-द-ग्रिड निवास को पूर्ण विद्युत बैक-अप प्रदान करने के लिए रिलायंस ईंधन सेल चलाता है। 2011 के अंत में हेम्पस्टेड, एनवाई में बंद प्रणाली लूप का अनावरण किया गया था।[84]

विद्युत् उत्पन्न करने और मीथेन उत्सर्जन को कम करने के लिए लैंडफिल या अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों से कम गुणवत्ता वाली गैस के साथ ईंधन सेल का उपयोग किया जा सकता है। कैलिफोर्निया में 2.8 मेगावाट का ईंधन सेल संयंत्र इस प्रकार का सबसे बड़ा कहा जाता है।[85] आवासीय ऑफ-ग्रिड परिनियोजन में उपयोग के लिए छोटे पैमाने (उप-5kWhr) ईंधन सेल विकसित किए जा रहे हैं।[86]


सह-उत्पादन

माइक्रो संयुक्त ऊर्जा और शक्ति (माइक्रोसीएचपी) प्रणाली सहित संयुक्त ऊर्जा और शक्ति (सीएचपी) ईंधन सेल प्रणाली का उपयोग घरों (घरेलू ईंधन सेल देखें),कार्यालय भवन और कारखाने के लिए विद्युत् और ऊर्जा दोनों उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। प्रणाली निरंतर विद्युत शक्ति उत्पन्न करती है (जब विद्युत की व्यय नहीं होती है तो अतिरिक्त विद्युत् वापस ग्रिड बेच देता है), और साथ ही अपशिष्ट गर्मी से गर्म वायु और पानी का उत्पादन करता है। परिणामस्वरूप सीएचपी प्रणाली में प्राथमिक ऊर्जा को बचाने की क्षमता होती है क्योंकि वे अपशिष्ट गर्मी का उपयोग कर सकते हैं जिसे सामान्यतः तापीय ऊर्जा रूपांतरण प्रणाली द्वारा अस्वीकार कर दिया जाता है।[87] घरेलू ईंधन सेल की विशिष्ट क्षमता सीमा 1–3 kWel, 4–8 kWth है। [88][89] सीएचपी प्रणालियां अवशोषण चिलर से हुई है जोप्रशीतन के लिए अपनी अपशिष्ट गर्मी का उपयोग करता है। [90]

ईंधन सेल से निकलने वाली अपशिष्ट गर्मी को गर्मियों के समय सरलता से भूमि में भेजा जाता है जिससे अधिक ठंडक मिलती है जबकि सर्दियों के समय अपशिष्ट गर्मी को सरलता से भवन में पंप किया जा सकता है। मिनेसोटा विश्वविद्यालय इस प्रकार की प्रणाली के पेटेंट अधिकारों का अधियोक्ता है।[91][92]

सह-उत्पादन प्रणाली 85% दक्षता (40-60% विद्युत् और शेष थर्मल के रूप में) तक पहुंच सकती हैं।[5]फॉस्फोरिक-एसिड ईंधन सेल (पीएएफसी) में संसार भर में उपस्तिथ सीएचपी उत्पादों का सबसे बड़ा खंड सम्मिलित है और यह 90% के निकट संयुक्त क्षमता प्रदान कर सकता है।[93][94] पिघला हुआ कार्बोनेट (MCFC) और ठोस-ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC) का उपयोग संयुक्त ताप और विद्युत् उत्पादन के लिए भी किया जाता है और इनकी विद्युत ऊर्जा क्षमता लगभग 60% होती है।[95] सह-उत्पादन प्रणालियों के हानि में धीमी गति से ऊपर और नीचे की दर, उच्च व्यय और कम जीवनकाल सम्मिलित हैं।[96][97] इसके अतिरिक्त थर्मल ताप उत्पादन को सुचारू करने के लिए गर्म पानी के भंडारण टैंक की आवश्यकता घरेलू बाजार में जटिल हानि थी जहां घरेलू संपत्तियों में स्थान अधिक है।[98]

डेल्टा-ईई सलाहकारों ने 2013 में कहा कि वैश्विक बिक्री के 64% के साथ ईंधन सेल सूक्ष्म-संयुक्त गर्मी और विद्युत् ने 2012 में बिक्री में पारंपरिक प्रणालियों को पार कर लिया।[77]जापानी ईएनई फार्म परियोजना ने कहा कि 2012-2014 की अवधि में 34.213 पीईएमएफसी और 2.224 एसओएफसी स्थापित किए गए थे, एलएनजी पर 30,000 इकाइयां और तरलीकृत पेट्रोलियम गैस पर 6,000 इकाइयाँ स्थापित किए गए थे।[99]


ईंधन सेल विद्युत् वाहन (एफसीईवी)

Main articles: ईंधन सेल वाहन, हाइड्रोजन वाहन, and ईंधन सेल वाहनों की सूची
ईंधन सेल कार में घटकों का विन्यास
टोयोटा भविष्य
तत्वईंधन सेल वाहन

ऑटोमोबाइल

वर्ष 2019 के अंत तक, संसार भर में लगभग 18,000 FCEV को पट्टे पर या बेचा जा चुका था।[100][101] तीन ईंधन सेल वाहनों को वाणिज्यिक पट्टे और बिक्री के लिए प्रस्तुतकिया गया है: होंडा स्पष्टता , टोयोटा मिराई और हुंडई ix35 एफसीईवी । अतिरिक्त प्रदर्शन मॉडल में होंडा एफसी्स क्लैरिटी और मर्सिडीज-बेंज एफ-सेल सम्मिलित हैं।[102] जून 2011 के प्रदर्शन के अनुसार FCEVs ने अधिक से अधिक संचालित किया था 4,800,000 km (3,000,000 mi)27,000 से अधिक ईंधन भरने के साथ।[103] ईंधन सेल विद्युत् वाहनों में की औसत श्रेणी होती है 505 km (314 mi) ईंधन भरने के मध्य।[104] उन्हें 5 मिनट से भी कम समय में ईंधन भरा जा सकता है।[105] अमेरिकी ऊर्जा विभाग के ईंधन सेल प्रौद्योगिकी कार्यक्रम में कहा गया है कि, 2011 तक, ईंधन सेल ने -चौथाई विद्युत् पर 53-59% दक्षता और पूर्ण शक्ति पर 42-53% वाहन दक्षता प्राप्तकी,[106] और अधिक का स्थायित्व 120,000 km (75,000 mi) 10% से कम गिरावट के साथ।[107] 2017 वेल-टू-व्हील्स सिमुलेशन विश्लेषण में, जो अर्थशास्त्र और बाजार की बाधाओं को संबोधित नहीं करता था, जनरल मोटर्स और उसके सहयोगियों ने अनुमान लगाया कि, समान यात्रा के लिए, प्राकृतिक गैस से उत्पादित संपीड़ित गैसीय हाइड्रोजन पर चलने वाला ईंधन सेल विद्युत् वाहन लगभग उपयोग कर सकता है आंतरिक दहन वाहन की तुलना में 40% कम ऊर्जा और 45% कम ग्रीनहाउस गैसों का उत्सर्जन करता है।[108] 2015 में, टोयोटा ने अपना पहला ईंधन सेल वाहन, मिराई, $ 57,000 की कीमत पर प्रस्तुतकिया।[109] Hyundai ने सीमित उत्पादन Hyundai ix35 FCEV को लीज समझौते के अंतर्गत प्रस्तुतकिया।[110] 2016 में, होंडा ने होंडा क्लैरिटी ईंधन सेल को पट्टे पर देना शुरू किया।[111] 2020 में, टोयोटा ने अपने मिराई ब्रांड की दूसरी पीढ़ी की प्रारंभ की, मूल सेडान 2014 मॉडल की तुलना में ईंधन दक्षता में सुधार और रेंज का विस्तार किया।[112]


आलोचना

कुछ टिप्पणीकारों का मानना ​​है कि हाइड्रोजन ईंधन सेल कारें कभी भी अन्य तकनीकों के साथ आर्थिक रूप से प्रतिस्पर्धी नहीं बनेंगी[113][114][115] या यह कि उन्हें लाभदायक बनने में दशकों लगेंगे।[76][116]बैटरी-विद्युत् वाहन निर्माता टेस्ला मोटर्स के सीईओ एलोन मस्क ने 2015 में कहा था कि हाइड्रोजन के उत्पादन, परिवहन और भंडारण की अक्षमता और अन्य कारणों से गैस की ज्वलनशीलता के कारण कारों में उपयोग के लिए ईंधन सेल कभी भी व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य नहीं होंगे।[117] 2012 में, लक्स रिसर्च, इंक. ने रिपोर्ट निरंतर की जिसमें कहा गया था: हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था का सपना ... निकट नहीं है। यह निष्कर्ष निकाला कि पूंजीगत व्यय ... 2030 तक गोद लेने को केवल 5.9 GW तक सीमित कर देगी, जो आला अनुप्रयोगों को छोड़कर, गोद लेने के लिए लगभग दुर्गम बाधा प्रदान करती है। विश्लेषण ने निष्कर्ष निकाला कि, 2030 तक, पीईएम स्थिर बाजार 1 अरब डॉलर तक पहुंच जाएगा, जबकि फोर्कलिफ्ट समेत वाहन बाजार कुल 2 अरब डॉलर तक पहुंच जाएगा।[116] अन्य विश्लेषण ईंधन सेल विद्युत् वाहन व्यावसायीकरण के लिए चल रही चुनौती के रूप में यू.एस. में व्यापक हाइड्रोजन बुनियादी प्रारूपकी कमी का हवाला देते हैं।[69]

2014 में, हाइड्रोजन के बारे में प्रचार (2005) के लेखक जोसेफ रोम ने कहा कि एफसीवी ने अभी भी उच्च ईंधन व्यय , ईंधन-वितरण बुनियादी प्रारूपकी कमी और हाइड्रोजन के उत्पादन के कारण होने वाले प्रदूषण को दूर नहीं किया है। आने वाले दशकों में उन सभी समस्याओं को साथ दूर करने के लिए कई चमत्कार करने होंगे।[118] उन्होंने निष्कर्ष निकाला कि एफसीवी बेड़े के लिए अभी या भविष्य में हाइड्रोजन बनाने के लिए अक्षय ऊर्जा का आर्थिक रूप से उपयोग नहीं किया जा सकता है।[113] ग्रीनटेक मीडिया के विश्लेषक 2014 में इसी प्रकार के निष्कर्ष पर पहुंचे।[119] 2015 में, क्लीन टेक्निका ने हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहनों के कुछ हानि ों को सूचीबद्ध किया।[120] तो कार थ्रॉटल किया।[121] रियल इंजीनियरिंग द्वारा 2019 के वीडियो में उल्लेख किया गया है कि, हाइड्रोजन पर चलने वाले वाहनों की शुरू आत के अतिरिक्त , कारों के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग परिवहन से कार्बन उत्सर्जन को कम करने में सहायतानहीं करता है। अभी भी जीवाश्म ईंधन से उत्पादित 95% हाइड्रोजन कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है, और पानी से हाइड्रोजन का उत्पादन ऊर्जा-व्यय प्रक्रिया है। हाइड्रोजन के भंडारण के लिए या तो इसे तरल अवस्था में ठंडा करने के लिए या उच्च दबाव में टैंकों में डालने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है, और हाइड्रोजन को ईंधन स्टेशनों तक पहुंचाने के लिए अधिक ऊर्जा की आवश्यकता होती है और इससे अधिक कार्बन निकल सकता है। FCV को किलोमीटर तक ले जाने के लिए जिस हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है, उसकी व्यय BEV को समान दूरी तक ले जाने के लिए आवश्यक विद्युत् की तुलना में लगभग 8 गुना अधिक होती है।[122] 2020 के आकलन ने निष्कर्ष निकाला कि हाइड्रोजन वाहन अभी भी केवल 38% कुशल हैं, जबकि बैटरी ईवी 80% कुशल हैं।[123] 2021 में CleanTechnica ने निष्कर्ष निकाला कि हाइड्रोजन कारें विद्युत् कारों की तुलना में अधिक कम कुशल हैं, किन्तु उत्पादित होने वाले हाइड्रोजन का विशाल बहुमत ग्रे हाइड्रोजन को प्रदूषित कर रहा है, और हाइड्रोजन को वितरित करने के लिए विशाल और महंगे नए बुनियादी प्रारूपके निर्माण की आवश्यकता होगी, ईंधन सेल वाहनों के शेष दो लाभ - लंबी दूरी और तीव्रतासे ईंधन भरने का समय - बैटरी और चार्जिंग तकनीक में सुधार के कारण तीव्रतासे नष्ट हो रहा है।[124] प्रकृति इलेक्ट्रॉनिक्स में 2022 के अध्ययन पर सहमति हुई।[125]


बसें

्सपो 2005 में टोयोटा एफसीएचवी-बस

As of August 2011, संसार भर में सेवा में लगभग 100 ईंधन सेल बस ें थीं।[126] इनमें से अधिकांश का निर्माण यूटीसी पावर, टोयोटा, बैलार्ड, हाइड्रोजेनिक्स और प्रोटॉन मोटर द्वारा किया गया था। UTC बसों ने से अधिक चलाई थी 970,000 km (600,000 mi) 2011 तक।[127] ईंधन सेल बसों में डीजल बसों और प्राकृतिक गैस बसों की तुलना में 39% से 141% अधिक ईंधन अर्थव्यवस्था होती है।[108][128]

As of 2019, राष्ट्रीय अक्षय ऊर्जा प्रयोगशाला यू.एस. में कई वर्तमान और नियोजित ईंधन सेल बस परियोजनाओं का मूल्यांकन कर रही थी।[129]


ट्रेनें

2018 में, प्रथम ईंधन सेल-संचालित ट्रेनें, एल्स्टॉम कोराडिया आईलिंट मल्टीपल यूनिट, जर्मनी में बक्सटेहुड-ब्रेमरवोर्डे-ब्रेमेरहेवन-कक्सहेवन लाइन पर चलने लगीं।[130] ये ट्रेनें डीजल लोकोमोटिव और डीजल मल्टीपल यूनिट | डीएमयू की तुलना में विद्युत् ट्रेनों का लाभ प्रदान करती हैं, जो ओवरहेड कैटेनरी इंफ्रास्ट्रक्चर द्वारा रेलवे विद्युतीकरण प्रणाली के उपयोग के बिना ट्रेनों से स्मोकस्टैक उत्सर्जन को समाप्त करती हैं।[131] ऐसी ट्रेनों का ऑर्डर दिया गया है या स्वीडन में परीक्षण किया जा रहा है[132] और यूके।[133]


ट्रक

दिसंबर 2020 में, टोयोटा और हिनो मोटर्स ने 7 ग्यारह |सेवन-इलेवन (जापान), परिवार बाज़ार और लॉसन (स्टोर) के साथ मिलकर घोषणा की कि वे संयुक्त रूप से लाइट-ड्यूटी ईंधन सेल विद्युत् ट्रक (लाइट-ड्यूटी एफसीईटी) प्रस्तुतकरने पर विचार करने के लिए सहमत हुए हैं। .[134] लॉसन ने टोक्यो में जुलाई 2021 के अंत में कम तापमान वितरण के लिए परीक्षण शुरू किया, जिसमें हिनो डूट्रो का उपयोग किया गया था जिसमें टोयोटा मिराई ईंधन सेल प्रारम्भकिया गया था। फैमिलीमार्ट ने ओकाजाकी, आइची में परीक्षण शुरू किया।[135] अगस्त 2021 में, टोयोटा ने शून्य-उत्सर्जन बड़े रिसाव और भारी शुल्क वाले वाणिज्यिक वाहनों में उपयोग के लिए अपने केंटकी ऑटो-असेंबली संयंत्र में ईंधन सेल मॉड्यूल बनाने की अपनी योजना की घोषणा की। वे 2023 में विद्युत रासायनिक उपकरणों को असेंबल करना शुरू करने की योजना बना रहे हैं।[136] अक्टूबर 2021 में, डेमलर ट्रक के ईंधन सेल आधारित ट्रक को सार्वजनिक सड़कों पर उपयोग के लिए जर्मन अधिकारियों से मंजूरी मिली।[137]


फोर्कलिफ्ट्स

ईंधन सेल फोर्कलिफ्ट (जिसे ईंधन सेल लिफ्ट ट्रक भी कहा जाता है) ईंधन सेल संचालित औद्योगिक फोर्कलिफ्ट ट्रक है जो सामग्री को उठाने और परिवहन के लिए उपयोग किया जाता है। 2013 में अमेरिका में सामग्री प्रबंधन में 4,000 से अधिक ईंधन सेल फोर्कलिफ्ट का उपयोग किया गया था,[138] जिनमें से 500 को अमेरिकी ऊर्जा विभाग (2012) से फंडिंग प्राप्त हुई।[139][140] ईंधन सेल बेड़े सिस्को फूड्स, फेडेक्स फ्रेट, जेनको (वेगमैन, कोका-कोला, किम्बर्ली क्लार्क, और होल फूड्स) और एच-ई-बी ग्रॉसर्स सहित विभिन्न कंपनियों द्वारा संचालित किए जाते हैं।[141] यूरोप ने हाइलिफ्ट के साथ 30 ईंधन सेल फोर्कलिफ्ट का प्रदर्शन किया और इसे हाइलिफ्ट-यूरोप के साथ 200 इकाइयों तक बढ़ाया,[142] फ्रांस में अन्य परियोजनाओं के साथCite error: Closing </ref> missing for <ref> tag और ऑस्ट्रिया ।[143] पाइक रिसर्च ने 2011 में अनुमान लगाया था कि ईंधन सेल संचालित फोर्कलिफ्ट 2020 तक हाइड्रोजन ईंधन की मांग का सबसे बड़ा चालक होगा।[144] यूरोप और अमेरिका में अधिकांश कंपनियां पेट्रोलियम-संचालित फोर्कलिफ्ट का उपयोग नहीं करती हैं, क्योंकि ये वाहन घर के अंदर कार्य करते हैं जहां उत्सर्जन को नियंत्रित किया जाना चाहिए और इसके अतिरिक्त विद्युत् फोर्कलिफ्ट का उपयोग करना चाहिए।[145][146] ईंधन सेल से चलने वाले फोर्कलिफ्ट बैटरी से चलने वाले फोर्कलिफ्ट्स पर लाभ प्रदान कर सकते हैं क्योंकि उन्हें 3 मिनट में फिर से भरा जा सकता है और उनका उपयोग रेफ्रिजेरेटेड गोदामों में किया जा सकता है, जहां उनका प्रदर्शन कम तापमान से खराब नहीं होता है। एफसी इकाइयों को प्रायः ड्रॉप-इन प्रतिस्थापन के रूप में डिजाइन किया जाता है।[147][148]


मोटरसाइकिल और साइकिल

2005 में, हाइड्रोजन-संचालित ईंधन सेल के ब्रिटिश निर्माता, बुद्धिमान ऊर्जा (IE) ने ENV (एमिशन न्यूट्रल व्हीकल) नामक प्रथम कार्य करने वाली हाइड्रोजन से चलने वाली मोटरसाइकिल का उत्पादन किया। मोटरसाइकिल में चार घंटे चलने और यात्रा करने के लिए पर्याप्त ईंधन है 160 km (100 mi) शहरी क्षेत्र में, की शीर्ष गति से 80 km/h (50 mph).[149] 2004 में होंडा ने ईंधन सेल मोटरसाइकिल विकसित की जो होंडा एफसी स्टैक का उपयोग करती थी।[150][151] मोटरबाइक के अन्य उदाहरण[152] और साइकिल[153] जो हाइड्रोजन ईंधन सेल का उपयोग करते हैं उनमें ताइवान की कंपनी APFCT का स्कूटर सम्मिलित है[154] इटली के ्टा स्पा से ईंधन प्रणाली का उपयोग करना[155] और सुजुकी बर्गमैन स्कूटर इंटेलिजेंट एनर्जी ईंधन सेल के साथ जिसे 2011 में EU मोटर वाहन प्रकार की स्वीकृति प्राप्त हुई थी।[156] Suzuki Motor Corp. और IE ने शून्य-उत्सर्जन वाहनों के व्यावसायीकरण में तीव्रतालाने के लिए संयुक्त उद्यम की घोषणा की है।[157]


हवाई जहाज

2003 में, पूरी प्रकार से ईंधन सेल द्वारा संचालित होने वाला संसार का पहला प्रोपेलर चालित हवाई जहाज उड़ाया गया था। ईंधन सेल स्टैक डिज़ाइन था जिसने ईंधन सेल को विमान की वायुगतिकीय सतहों के साथ ीकृत करने की अनुमति दी थी।[158] ईंधन सेल-संचालित मानव रहित हवाई वाहन (यूएवी) मेंक्षितिज ईंधन सेल टेक्नोलॉजीज ईंधन सेल यूएवी सम्मिलित है जो 2007 में छोटे यूएवी के लिए रिकॉर्ड दूरी तय करता है।[159] पूर्ण यूरोप में बोइंग शोधकर्ताओं और उद्योग भागीदारों ने फरवरी 2008 में मानवयुक्त हवाई जहाज का प्रायोगिक उड़ान परीक्षण किया, जो केवल ईंधन सेल और हल्की बैटरी द्वारा संचालित होता है। ईंधन सेल प्रदर्शक हवाई जहाज, जैसा कि इसे कहा जाता था, विद्युत् मोटर को विद्युत् देने के लिए प्रोटॉन-्सचेंज झिल्ली (पीईएम) ईंधन सेल / लिथियम आयन बैटरी हाइब्रिड प्रणाली का उपयोग किया, जिसे पारंपरिक प्रोपेलर के साथ जोड़ा गया था।[160] 2009 में, नेवल रिसर्च लेबोरेटरी (NRL) के आयन टाइगर ने हाइड्रोजन से चलने वाले ईंधन सेल का उपयोग किया और 23 घंटे 17 मिनट तक उड़ान भरी।[161] ईंधन सेल का भी परीक्षण किया जा रहा है और विमान में सहायक शक्ति प्रदान करने के लिए विचार किया जा रहा है, जो कि कार्बन उत्सर्जन को कम करते हुए, सहायक विद्युत् इकाई की जगह लेती है जो पहले इंजन और विद्युत् की विद्युत् की आवश्यकता ों को शुरू करने के लिए उपयोग की जाती थी।[162][163][failed verification] 2016 में रैप्टर ई1 ड्रोन ने ईंधन सेल का उपयोग करके सफल परीक्षण उड़ान भरी जो लीथियम-आयन बैटरी की तुलना में हल्का था। उड़ान की ऊंचाई पर 10 मिनट तक चली 80 metres (260 ft), चूँकिईंधन सेल में कथित तौर पर दो घंटे तक उड़ान भरने के लिए पर्याप्त ईंधन था। ईंधन लगभग 100 ठोस . में निहित था 1 square centimetre (0.16 sq in) गैर-दबाव वाले कारतूस के भीतर मालिकाना रसायन से बने छर्रों। छर्रे शारीरिक रूप से मजबूत होते हैं और तापमान पर उतना ही गर्म होते हैं जितना कि 50 °C (122 °F). सेल आर्कोला एनर्जी की थी।[164] लॉकहीड मार्टिन स्कंक वर्क्स स्टाकर ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल द्वारा संचालित विद्युत् यूएवी है।[165]


नाव

लीपज़िग /जर्मनी में संसार की प्रथम प्रमाणित ईंधन सेल नाव (हाइड्रा (जहाज) )

संसार की प्रथम ईंधन सेल नाव हाइड्रा (नाव) ने 6.5 kW शुद्ध उत्पादन के साथ AFC प्रणाली का उपयोग किया। एम्स्टर्डम ने ईंधन सेल से चलने वाली नावें प्रस्तुतकीं जो शहर की नहरों के आसनिकटलोगों को ले जाती हैं।[166]


पनडुब्बियां

जर्मन और इतालवी नौसेनाओं की टाइप 212 पनडुब्बियां सतह की आवश्यकता के बिना हफ्तों तक जलमग्न रहने के लिए ईंधन सेल का उपयोग करती हैं।

U212A जर्मन नौसैनिक शिपयार्ड Howaldtswerke Deutsche Werft द्वारा विकसित गैर-परमाणु पनडुब्बी है।[167] इस प्रणाली में नौ पीईएम ईंधन सेल होते हैं, जो प्रत्येक 30 kW और 50 kW के मध्य प्रदान करते हैं। जहाज चुप है, जिससे उसे अन्य पनडुब्बियों का पता लगाने में फायदा होता है।[168] नौसैनिक पेपर ने परमाणु-ईंधन सेल हाइब्रिड की संभावना के बारे में सिद्धांत दिया है जिसके अंतर्गत मूक संचालन की आवश्यकता होने पर ईंधन सेल का उपयोग किया जाता है और फिर परमाणु रि्टर (और पानी) से फिर से भर दिया जाता है।[169]


पोर्टेबल पावर प्रणाली

पोर्टेबल ईंधन सेल प्रणाली को सामान्यतः 10 किलो से कम भार और 5 किलोवाट से कम की शक्ति प्रदान करने के रूप में वर्गीकृत किया जाता है।[170] छोटे ईंधन सेल के लिए संभावित बाजार का आकार 40% प्रति वर्ष संभावित विकास दर और लगभग 10 अरब डॉलर के बाजार आकार के साथ अधिकबड़ा है, जिससे पोर्टेबल पावर सेल के विकास के लिए समर्पित अनुसंधान का बड़ा सौदा होता है।[171] इस बाजार के भीतर दो समूहों की पहचान की गई है। विद्युत् छोटे इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए 1-50 W रेंज में पहला माइक्रोईंधन सेल बाजार है। दूसरा बड़े पैमाने पर विद्युत् उत्पादन (जैसे सैन्य चौकी, दूरस्थ तेल क्षेत्र) के लिए जनरेटर की 1-5 kW रेंज है।

माइक्रोईंधन सेल मुख्य रूप से फोन और लैपटॉप के लिए बाजार में प्रवेश करने के उद्देश्य से हैं। यह मुख्य रूप से पूर्ण प्रणाली के लिए लिथियम-आयन बैटरी पर ईंधन सेल द्वारा प्रदान की जाने वाली लाभप्रद ऊर्जा घनत्व के लिए उत्तरदायीठहराया जा सकता है। बैटरी के लिए, इस प्रणाली में चार्जर के साथ-साथ बैटरी भी सम्मिलित है। ईंधन सेल के लिए इस प्रणाली में सेल, आवश्यक ईंधन और परिधीय संलग्नक सम्मिलित होंगे। पूरी प्रणाली को ध्यान में रखते हुए, लिथियम आयन बैटरी के लिए 44 Wh/kg की तुलना में ईंधन सेल को 530Wh/kg प्रदान करने के लिए दिखाया गया है।[171]चूँकि , जबकि ईंधन सेल प्रणाली का भार भिन्नलाभ प्रदान करता है, वर्तमान व्यय उनके पक्ष में नहीं है। जबकि बैटरी प्रणाली की कीमत सामान्यतः लगभग $ 1.20 प्रति Wh होगी, ईंधन सेल प्रणाली की व्यय लगभग $ 5 प्रति Wh है, जिससे उन्हें महत्वपूर्ण हानि होता है।[171]

जैसे-जैसे सेल फोन की विद्युत् की मांग बढ़ती है, बड़े विद्युत् उत्पादन के लिए ईंधन सेल अधिक आकर्षक विकल्प बन सकते हैं। फोन और कंप्यूटर पर अधिक समय की मांग प्रायः उपभोक्ताओं द्वारा मांग की जाती है, इसलिए ईंधन सेल लैपटॉप और सेल फोन बाजारों में कदम रखना शुरू कर सकते हैं। कीमतों में गिरावट निरंतर रहेगी क्योंकि ईंधन सेल के विकास में तीव्रतानिरंतर है। सूक्ष्म ईंधन सेल में सुधार के लिए वर्तमान रणनीति कार्बन नैनोट्यूब के उपयोग के माध्यम से है। यह गिरीशकुमार एट अल द्वारा दिखाया गया था। कि इलेक्ट्रोड सतहों पर नैनोट्यूब एकत्र करने से ऑक्सीजन की कमी दर में वृद्धि करने के लिए अधिकअधिक सतह क्षेत्र की अनुमति मिलती है।[172] बड़े पैमाने के संचालन में उपयोग के लिए ईंधन सेल भी अधिक अधिक वादा दिखाते हैं। पोर्टेबल पावर प्रणाली जो ईंधन सेल का उपयोग करते हैं, का उपयोग अवकाश क्षेत्र (अर्थातआरवी, केबिन, समुद्री), औद्योगिक क्षेत्र (अर्थातगैस / तेल कुओं, संचार टावरों, सुरक्षा, मौसम स्टेशनों सहित दूरस्थ स्थानों के लिए विद्युत्), और में किया जा सकता है। सैन्य क्षेत्र। एसएफसी एनर्जी विभिन्न प्रकार की पोर्टेबल विद्युत् प्रणालियों के लिए प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल का जर्मन निर्माता है।[173] एनसोल प्रणालीइंक, एसएफसी एनर्जी डीएमएफसी का उपयोग करते हुए पोर्टेबल पावर प्रणाली का इंटीग्रेटर है।[174] इस बाजार में ईंधन सेल का प्रमुख लाभ प्रति भार महान विद्युत् उत्पादन है। जबकि ईंधन सेल महंगे हो सकते हैं, उन दूरदराज के स्थानों के लिए जिन्हें भरोसेमंद ऊर्जा ईंधन सेल की आवश्यकता होती है, वे महान शक्ति रखते हैं। 72-एच भ्रमण के लिए भार में तुलना पर्याप्त है, ईंधन सेल का भार केवल 15 पाउंड होता है, जबकि उसी ऊर्जा के लिए आवश्यक 29 पाउंड बैटरी की तुलना में।[170]


अन्य अनुप्रयोग

  • नींव का अवस्थान या सेल साइट ों के लिए विद्युत् प्रदान करना[175][176]
  • वितरित उत्पादन
  • आपातकालीन विद्युत् प्रणालियाँ प्रकार की ईंधन सेल प्रणाली हैं, जिसमें किसी संकट में या जब नियमित प्रणाली विफल हो जाते हैं, तो बैकअप संसाधन प्रदान करने के लिए प्रकाश व्यवस्था, जनरेटर और अन्य उपकरण सम्मिलित हो सकते हैं। वे आवासीय घरों से लेकर अस्पतालों, वैज्ञानिक प्रयोगशालाओं, डेटा केंद्रों तक विभिन्न प्रकार की सेटिंग्स में उपयोग पाते हैं,[177]
  • दूरसंचार[178] उपकरण और आधुनिक नौसैनिक जहाज।
  • निर्बाध विद्युत् आपूर्ति (यूपीएस) आपातकालीन शक्ति प्रदान करती है और, टोपोलॉजी के आधार पर, उपयोगिता शक्ति उपलब्ध नहीं होने पर भिन्नस्रोत से विद्युत् की आपूर्ति करके लाइन विनियमन के साथ-साथ जुड़े उपकरणों को भी प्रदान करती है। स्टैंडबाय जनरेटर के विपरीत, यह क्षणिक विद्युत् रुकावट से तत्काल सुरक्षा प्रदान कर सकता है।
  • बेस लोड पावर प्लांट
  • हाइब्रिड वाहन , ईंधन सेल को ICE या बैटरी के साथ जोड़ते हैं।
  • उन अनुप्रयोगों के लिए नोटबुक कंप्यूटर जहां वैकल्पिक वर्तमान चार्जिंग सरलतासे उपलब्ध नहीं हो सकती है।
  • छोटे इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए पोर्टेबल चार्जिंग डॉक (उदाहरण के लिए बेल्ट क्लिप जो सेल फोन या व्यक्तिगत डिजिटल सहायक को चार्ज करती है)।
  • स्मार्टफोन्स , लैपटॉप और टैबलेट।
  • छोटे ताप उपकरण[179]
  • खाद्य संरक्षण , ऑक्सीजन को समाप्त करके प्राप्त किया जाता है और स्वचालित रूप से शिपिंग कंटेनर में ऑक्सीजन की थकावट को बनाए रखता है, जिसमें उदाहरण के लिए, ताजी मछली होती है।[180]
  • श्वास , जहां ईंधन सेल द्वारा उत्पन्न वोल्टेज की मात्रा का उपयोग प्रारूप में ईंधन (अल्कोहल) की ाग्रता को निर्धारित करने के लिए किया जाता है।[181]
  • कार्बन मोनोऑक्साइड अनुवेदक , इलेक्ट्रोरासायनिक सेंसर।

ईंधन भरने वाले स्टेशन

Main articles: हाइड्रोजन स्टेशन and हाइड्रोजन हाईवे
हाइड्रोजन स्टेशन ।

उद्योग समूह, फ्यूलसेल्सवर्क्स के अनुसार, 2019 के अंत में, 330 हाइड्रोजन स्टेशन संसार भर में जनता के लिए खुले थे।[182] जून 2020 तक, एशिया में 178 सार्वजनिक रूप से उपलब्ध हाइड्रोजन स्टेशन परिचालन में थे।[183] इनमें से 114 जापान में थे।[183]यूरोप में कम से कम 177 स्टेशन थे और इनमें से लगभग आधे जर्मनी में थे।[184][185] अमेरिका में सार्वजनिक रूप से सुलभ 44 स्टेशन थे, जिनमें से 42 कैलिफोर्निया में स्थित थे।[186]

हाइड्रोजन ईंधन स्टेशन को बनाने में $ 1 मिलियन और $ 4 मिलियन के मध्य व्यय आती है।[187]


बाजार और अर्थशास्त्र

Main articles: हाइड्रोजन अर्थव्यवस्था and मेथनॉल अर्थव्यवस्था

2012 में, ईंधन सेल उद्योग का राजस्व संसार भर में $ 1 बिलियन के बाजार मूल्य से अधिक हो गया, एशियाई प्रशांत देशों ने संसार भर में 3/4 से अधिक ईंधन सेल प्रणाली की शिपिंग की।[188] चूँकि , जनवरी 2014 तक, उद्योग में कोई भी सार्वजनिक कंपनी अभी तक लाभदायक नहीं बन पाई थी।[189] 2010 में वैश्विक स्तर पर 140,000 ईंधन सेल स्टैक भेजे गए, 2007 में 11,000 शिपमेंट से, और 2011 से 2012 तक संसार भर में ईंधन सेल शिपमेंट की वार्षिक वृद्धि दर 85% थी।[190] तनाका किकिंज़ोकू ने 2011 में अपनी विनिर्माण सुविधाओं का विस्तार किया।[191] 2010 में लगभग 50% ईंधन सेल शिपमेंट स्थिर ईंधन सेल थे, जो 2009 में लगभग तिहाई थे, और ईंधन सेल उद्योग में चार प्रमुख उत्पादक संयुक्त राज्य अमेरिका, जर्मनी, जापान और दक्षिण कोरिया थे।[192] ऊर्जा ठोस राज्य ऊर्जा रूपांतरण गठबंधन विभाग ने पाया कि, जनवरी 2011 तक, स्थिर ईंधन सेल ने लगभग $ 724 से $ 775 प्रति किलोवाट स्थापित विद्युत् उत्पन्न की।[193] 2011 में, प्रमुख ईंधन सेल आपूर्तिकर्ता, ब्लूम एनर्जी ने कहा कि इसकी ईंधन सेल ने ईंधन, रखरखाव और हार्डवेयर की कीमत सहित 9-11 सेंट प्रति किलोवाट-घंटे पर विद्युत् उत्पन्न की।[194][195] उद्योग समूहों का अनुमान है कि भविष्य की मांग के लिए पर्याप्त प्लेटिनम संसाधन हैं,[196] और 2007 में, ब्रुकहेवन राष्ट्रीय प्रयोगशाला के शोध ने सुझाव दिया कि प्लैटिनम को सोने-दुर्ग कोटिंग द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है, जो विषाक्तता के लिए कम संवेदनशील हो सकता है और इस प्रकार ईंधन सेल जीवनी काल में सुधार कर सकता है।[197] और विधि प्लैटिनम के अतिरिक्त लोहे और सल्फर का उपयोग करेगा। यह ईंधन सेल की व्यय को कम करेगा (क्योंकि नियमित ईंधन सेल में प्लैटिनम की व्यय लगभग होती है US$1,500, और उतनी ही मात्रा में लोहे की कीमत केवल लगभग US$1.50) इस अवधारणा को जॉन इन्स सेंटर और मिलान-बिकोका विश्वविद्यालय के गठबंधन द्वारा विकसित किया जा रहा था।[198] PEDOT कैथोड मोनोऑक्साइड विषाक्तता के प्रति प्रतिरक्षित हैं।[199] 2016 में, सैमसंग ने ईंधन सेल से संबंधित व्यावसायिक परियोजनाओं को छोड़ने का फैसला किया, क्योंकि बाजार का दृष्टिकोण अच्छा नहीं है।[200]


अनुसंधान और विकास

  • 2005: जॉर्जिया तकनीकी संस्थान के शोधकर्ताओं ने पीईएम ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस से 125 डिग्री सेल्सियस तक बढ़ाने के लिए ट्रायज़ोल का उपयोग किया, यह आशयकरते हुए कि हाइड्रोजन ईंधन के कम कार्बन-मोनोऑक्साइड शुद्धिकरण की आवश्यकता होगी।[201]
  • 2008: मोनाश यूनिवर्सिटी, मेलबर्न ने कैथोड के रूप में पॉली (3,4-एथिलीनडायऑक्सिथियोफीन) का उपयोग किया।[33]* 2009: ओहियो में डेटन विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने दिखाया कि लंबवत रूप से विकसित कार्बन नैनोट्यूब की सरणियों को ईंधन सेल में उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किया जा सकता है।[202] उसी वर्ष, ईंधन सेल के लिए निकल बिस्डिफोस्फीन-आधारित उत्प्रेरक का प्रदर्शन किया गया।[203]
  • 2013: ब्रिटिश फर्म ACAL एनर्जी ने ईंधन सेल विकसित किया, जिसके बारे में उसने कहा कि यह सिम्युलेटेड ड्राइविंग परिस्थितियों में 10,000 घंटे तक चल सकता है।[204] इसने आशयकिया कि ईंधन सेल निर्माण की व्यय को घटाकर $40/kW (300 HP के लिए लगभग $9,000) किया जा सकता है।[205]
  • 2014: इंपीरियल कॉलेज लंदन के शोधकर्ताओं ने हाइड्रोजन सल्फाइड दूषित पीईएफसी के पुनर्जनन के लिए नई विधि विकसित की।[206] उन्होंने हाइड्रोजन सल्फाइड दूषित PEFC के मूल प्रदर्शन का 95-100% प्राप्त किया। वे SO . का कायाकल्प करने में सफल रहे2 दूषित पीईएफसी भी।[207] यह पुनर्जनन विधि ाधिक सेल स्टैक पर प्रारम्भहोती है।[208]


यह भी देखें


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अग्रिम पठन

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  • James Larminie; Andrew Dicks (2003). Fuel Cell Systems Explained (Second ed.). Hoboken: John Wiley and Sons.
  • Subash C. Singhal; Kevin Kendall (2003). High Temperature Solid Oxide Fuel Cells-Fundamentals, Design and Applications. Elsevier Academic Press.
  • Frano Barbir (2005). PEM Fuel Cells-Theory and Practice. Elsevier Academic Press.
  • EG&G Technical Services, Inc. (2004). Fuel Cell Technology-Handbook, 7th Edition. U.S. Department of Energy.
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इस पृष्ठ में अनुपलब्ध आंतरिक कड़ियों की सूची

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  • निर्बाध विद्युत आपूर्ति
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  • मिलान विश्वविद्यालय-बीकोका

बाहरी संबंध

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