थर्मोगैल्वेनिक सेल

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थर्मोथर्मोगैल्वेनिक सेल सेल बनाने वाले तत्वों को प्रदर्शित करता है

इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री में एक विद्युत प्रकार का थर्मोगैल्वेनिक सेल होता है। जिसमें गर्मी सीधे विद्युत शक्ति प्रदान करने के लिए कार्यरत होती है।[1][2] ये सेल विद्युत रासायनिक कोशिकाएं होती हैं। जिनमें दोइलेक्ट्रोड साभिप्राय अलग-अलग तापमान पर रखे जाते हैं। यह तापमान अंतर इलेक्ट्रोड के बीच एक संभावित अंतर उत्पन्न करता है।[3][4] इलेक्ट्रोड समान संरचना और इलेक्ट्रोलाइट समाधान सजातीय हो सकते हैं। इन कोशिकाओं में आमतौर पर ऐसा होता है।[5] यह गैल्वेनिक कोशिकाओं के विपरीत है जिसमें इलेक्ट्रोड और विभिन्न संरचना के समाधान इलेक्ट्रोमोटिव क्षमता प्रदान करते हैं। जब तक विद्युत प्रवाह बीच तापमान में अंतर होता है ,तब तक सर्किट के माध्यम से विद्युत धारा प्रवाहित होगी। एक थर्मोगैल्वेनिक सेल को एक सघनता सेल के अनुरूप देखा जा सकता है, लेकिन अभिकारकों की सांद्रता/दबाव में अंतर पर चलने के बजाय वे तापीय ऊर्जा की सांद्रता में अंतर का उपयोग करते हैं।[6][7][8] थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं का मुख्य प्रयोग निम्न-तापमान स्रोतों (अपशिष्ट ताप और सौर तापीय ऊर्जा ) से बिजली का उत्पादन करते है। गर्मी को बिजली में बदलने के लिए उनकी ऊर्जावान दक्षता 0.1% से 1% की सीमा से कम है।[7]


इतिहास

गैल्वेनिक कोशिकाओं को सशक्त बनाने के लिए गर्मी का उपयोग पहली बार 1880 के आसपास किया गया था।[9] हालाँकि यह 1950 के दशक तक नहीं था। इस क्षेत्र में अधिक गंभीर शोध किया गया था।[3]


कार्य तंत्र

थर्मोथर्मोगैल्वेनिक सेल एक तरह का इंजन गर्म करे। अंतत: उनके पीछे की प्रेरणा शक्ति उच्च तापमान स्रोत से निम्न तापमान सिंक तक एन्ट्रापी का परिवहन है। [10] इसलिए ये कोशिकाएँ कोशिका के विभिन्न भागों के बीच स्थापित एक तापीय प्रवणता के कारण काम करती हैं क्योंकि रासायनिक प्रतिक्रियाओं की दर और एन्थैल्पी सीधे तापमान पर निर्भर करती है ।इलेक्ट्रोड पर अलग-अलग तापमान अलग-अलग रासायनिक संतुलन को प्रभावित करते हैं। यह गर्म पक्ष और ठंडे पक्ष पर असमान रासायनिक संतुलन की स्थिति में अनुवाद करता है। थर्मोसेल एक सजातीय संतुलन तक पहुंचने की कोशिश करता है और ऐसा करने में, रासायनिक प्रजातियों और इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह उत्पन्न करता है। इलेक्ट्रॉन कम से कम प्रतिरोध (बाहरी सर्किट) के रास्ते से प्रवाहित होते हैं जिससे सेल से बिजली निकालना संभव हो जाता है।

।[10]

प्रकार

उनके उपयोग और गुणों को ध्यान में रखते हुए विभिन्न थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं का निर्माण किया गया है। आमतौर पर उन्हें प्रत्येक विशिष्ट प्रकार के सेल में नियोजित इलेक्ट्रोलाइट के अनुसार वर्गीकृत किया जाता⁶ है।

जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स

इन कोशिकाओं में इलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रोलाइट कुछ नमक या हाइड्रोफिलिक यौगिक का पानी का समाधान होता है।[5]इन यौगिकों की एक आवश्यक संपत्ति यह है कि सेल ऑपरेशन के दौरान इलेक्ट्रॉनों को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे में स्थानांतरित करने के लिए उन्हें रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं से गुजरना पड़ता है।

गैर-जलीय इलेक्ट्रोलाइट्स

विद्युत अपघट्य जल से भिन्न किसी अन्य विलायक का विलयन है।[5]मेथनॉल , एसीटोन , डाइमिथाइल सल्फॉक्साइड और डाइमिथाइल फॉर्मामाइड जैसे सॉल्वैंट्स को कॉपर सल्फेट पर चलने वाली थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं में सफलतापूर्वक नियोजित किया जाता है।[11]


पिघला हुआ लवण

इस प्रकार के थर्मोसेल में इलेक्ट्रोलाइट अपेक्षाकृत कम गलनांक वाला एक प्रकार का नमक होता है। इनके प्रयोग से दो समस्याओं का समाधान होता है। एक ओर कोशिका का तापमान परिसर बहुत बड़ा होता है। यह एक फायदा है क्योंकि ये कोशिकाएं गर्म और ठंडे पक्षों के बीच जितना बड़ा अंतर उतना ही अधिक बिजली पैदा करती हैं। दूसरी ओर, तरल नमक सीधे सेल के माध्यम से करंट को बनाए रखने के लिए आवश्यक आयनों और धनायनों को प्रदान करता है। इसलिए, कोई अतिरिक्त धारावाही यौगिक आवश्यक नहीं है क्योंकि पिघला हुआ नमक ही इलेक्ट्रोलाइट है।[12] विशिष्ट गर्म स्रोत का तापमान 600-900 K के बीच होता है, लेकिन यह 1730 K तक उच्च हो सकता है। कोल्ड सिंक तापमान 400-500 K रेंज में होता है।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स

थर्मोसेल जिसमें इलेक्ट्रोड को जोड़ने वाला इलेक्ट्रोलाइट एक आयनिक सामग्री पर भी विचार किया गया है और इसका निर्माण भी किया गया है।[5] तरल इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में तापमान सीमा बढ़ जाती है। अध्ययन प्रणालियां 400-900 K में आती हैं। कुछ ठोस आयनिक पदार्थ जिन्हें थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं के निर्माण के लिए नियोजित किया गया है, वे हैं AgI, Pbcl2|PbCl2 और PbBr2|PbBr2.

उपयोग

थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं के कार्य तंत्र द्वारा प्रदान किए गए लाभों को देखते हुए, उनका मुख्य अनुप्रयोग उन परिस्थितियों में बिजली उत्पादन है जहां गर्मी की अधिकता उपलब्ध है। विशेष रूप से निम्नलिखित क्षेत्रों में बिजली उत्पन्न करने के लिए थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है।

सौर ऊर्जा

इस प्रक्रिया से एकत्रित गर्मी भाप उत्पन्न करती है, जिसका उपयोग पारंपरिक भाप टरबाइन प्रणाली में बिजली बनाने के लिए किया जाता है। घरेलू या व्यावसायिक भवनों में हवा या पानी गर्म करने के लिए उपयोग किए जाने वाले निम्न-तापमान सौर तापीय प्रणालियों के विपरीत, ये सौर तापीय बिजली संयंत्र उच्च तापमान पर काम करते हैं, जिसके लिए केंद्रित धूप और बड़े संग्रह क्षेत्र दोनों की आवश्यकता होती है, जिससे मोरक्कन रेगिस्तान एक आदर्श बन जाता है।

यह सूर्य के प्रकाश से बिजली उत्पादन के लिए अधिक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली "फोटोवोल्टिक" तकनीक का एक वैकल्पिक दृष्टिकोण है। एक फोटोवोल्टिक प्रणाली में, सूर्य के प्रकाश को फोटोवोल्टिक उपकरण (आमतौर पर सौर सेल कहा जाता है) में अवशोषित किया जाता है और सामग्री में इलेक्ट्रॉनों को ऊर्जा दी जाती है, सौर ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित किया जाता है। कभी-कभी, सौर तापीय बिजली और फोटोवोल्टाइक्स को प्रतिस्पर्धी तकनीकों के रूप में चित्रित किया जाता है जबकि यह सच हो सकता है जब किसी विशिष्ट साइट के लिए आगे बढ़ने का निर्णय लिया जाता है, सामान्य तौर पर वे पूरक होते हैं, जहां तक ​​​​संभव हो सौर ऊर्जा का उपयोग करते हैं।

थर्मल जनरेटर

अपशिष्ट ताप स्रोत

थर्मोगैल्वेनिक कोशिकाओं का उपयोग अपशिष्ट ताप स्रोतों से उपयोगी मात्रा में ऊर्जा निकालने के लिए किया जाता है, भले ही तापमान प्रवणता 100C (कभी-कभी केवल कुछ दसियों डिग्री) से कम हो तो कई औद्योगिक क्षेत्रों में अक्सर ऐसा होता है।[13]


यह भी देखें


संदर्भ

  1. ↑ Chum, HL; Osteryoung, RA (1980). “Review of thermally regenerative electrochemical systems. Volume 1: Synopsis and executive summary”. Solar Energy Research Institute pp. 35–40.
  2. ↑ Quickenden, TI; Vernon, CF (1986). “Thermogalvanic conversion of heat to electricity”. Solar Energy 36 (1): 63–72.
  3. ↑ 3.0 3.1 Agar, JN (1963). “Thermogalvanic cells”. Advances in electrochemistry and electrochemical engineering (Ed. Delahay, P, and Tobias, CW) Interscience, New York; vol. 3 pp. 31–121.
  4. ↑ Zito Jr, R (1963). “Thermogalvanic energy conversion”. AIAA J 1 (9): 2133–8.
  5. ↑ 5.0 5.1 5.2 5.3 Chum, HL; Osteryoung, RA (1981). “Review of thermally regenerative electrochemical systems. Volume 2”. Solar Energy Research Institute pp. 115–148.
  6. ↑ Tester, JW (1992). “Evaluation of thermogalvanic cells for the conversion of heat to electricity”. Report to Crucible Ventures. Department of Chemical Engineering and Energy Laboratory, Massachusetts Institute of Technologogy, Cambridge, Massachusetts. MIT-EL 92-007.
  7. ↑ 7.0 7.1 Quickenden, TI; Mua, Y (1995). “A review of power generation in aqueous thermogalvanic cells”. J Electrochem Soc 142 (11): 3985–94.
  8. ↑ Gunawan, A; Lin, CH; Buttry, DA; Mujica, V; Taylor, RA; Prasher, RS; Phelan, PE (2013). “Liquid thermoelectrics: review of recent and limited new data of thermogalvanic cell experiments”. Nanoscale Microscale Thermophys Eng 17: 304–23. doi: 10.1080/15567265.2013.776149
  9. ↑ Bouty, E (1880). “Phénomènes Thermo-électriques et Électro-thermiques au Contact d’un Métal et d’un Liquid [Thermo-electric and electro-thermal phenomena at the contact between a metal and a liquid]. J Phys 9: 229–241.
  10. ↑ deBethune, AJ; Licht, TS; Swendeman, N (1959). “The temperature coefficients of electrode potentials”. J Electrochem Soc 106 (7): 616–25.
  11. ↑ Clampitt et al.,(1966). “Electrochemical cell for conversion of heat energy”. USA patent 3,253,955.
  12. ↑ Kuzminskii, YV; Zasukha, VA; Kuzminskaya, GY (1994). “Thermoelectric effects in electrochemical systems. Nonconventional thermogalvanic cells”. J Power Sources 52: 231–42.
  13. ↑ Dario Borghino. "MIT finds new way to harvest energy from heat".
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