प्रोटोनिक सिरेमिक ईंधन सेल

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ईंधन सेल का संचालन करने वाले प्रोटॉन की योजना

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।[1]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 [2]और कम तापमान विकल्प अनुसंधान का एक सक्रिय क्षेत्र हैं।[3]हाइड्रोजन गैस के अतिरिक्त मध्यवर्ती और उच्च तापमान पर काम करने की क्षमता विभिन्न प्रकार के द्रव हाइड्रोजन वाहक ईंधन के उपयोग को सक्षम बनाती है, जिनमें निम्न सम्मिलित हैं: अमोनिया [4] और मीथेन.[5]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),[1]सीज़ियम डाइहाइड्रोजन फॉस्फेट (CsH2PO4),[6]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।[4]

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।[7] कनाडा के तेल कुओं में PCFC का उपयोग करके दूरस्थ बिजली अनुप्रयोगों का प्रदर्शन किया गया है।[8]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Kreuer, K.d. (2003-08-01). "प्रोटॉन-संवाहक ऑक्साइड". Annual Review of Materials Research. 33 (1): 333–359. Bibcode:2003AnRMS..33..333K. doi:10.1146/annurev.matsci.33.022802.091825. ISSN 1531-7331.
  2. ↑ Haile, Sossina M (2003-03-01). "ईंधन कोशिकाओं के लिए सामग्री". Materials Today (in English). 6 (3): 24–29. doi:10.1016/S1369-7021(03)00331-6. ISSN 1369-7021.
  3. ↑ Meng, Yuqing; Gao, Jun; Zhao, Zeyu; Amoroso, Jake; Tong, Jianhua; Brinkman, Kyle S. (2019-07-01). "Review: recent progress in low-temperature proton-conducting ceramics". Journal of Materials Science (in English). 54 (13): 9291–9312. Bibcode:2019JMatS..54.9291M. doi:10.1007/s10853-019-03559-9. ISSN 1573-4803. S2CID 146646545.
  4. ↑ 4.0 4.1 Lim, Dae-Kwang; Plymill, Austin B.; Paik, Haemin; Qian, Xin; Zecevic, Strahinja; Chisholm, Calum R. I.; Haile, Sossina M. (2020-11-18). "अमोनिया से हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए सॉलिड एसिड इलेक्ट्रोकेमिकल सेल". Joule (in English). 4 (11): 2338–2347. doi:10.1016/j.joule.2020.10.006. ISSN 2542-4785. S2CID 228820554.
  5. ↑ Le, Long Q.; Hernandez, Carolina Herradon; Rodriguez, Marcos Hernandez; Zhu, Liangzhu; Duan, Chuancheng; Ding, Hanping; O'Hayre, Ryan P.; Sullivan, Neal P. (2021-01-15). "Proton-conducting ceramic fuel cells: Scale up and stack integration". Journal of Power Sources (in English). 482: 228868. Bibcode:2021JPS...48228868L. doi:10.1016/j.jpowsour.2020.228868. ISSN 0378-7753. S2CID 224853168.
  6. ↑ Haile, Sossina M.; Boysen, Dane A.; Chisholm, Calum R. I.; Merle, Ryan B. (2001). "ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में ठोस एसिड". Nature (in English). 410 (6831): 910–913. Bibcode:2001Natur.410..910H. doi:10.1038/35073536. ISSN 1476-4687. PMID 11309611. S2CID 4430178.
  7. ↑ Gittleman, Craig S.; Jia, Hongfei; Castro, Emory S. De; Chisholm, Calum R. I.; Kim, Yu Seung (2021-07-21). "हेवी-ड्यूटी वाहन ईंधन कोशिकाओं के लिए प्रोटॉन कंडक्टर". Joule (in English). 5 (7): 1660–1677. doi:10.1016/j.joule.2021.05.016. ISSN 2542-4785. S2CID 236285846.
  8. ↑ FuelCellsWorks. "SAFCell Completes 50 Watt Fuel Cell Field Trial At Shell Canada Well Site - FuelCellsWorks" (in English). Retrieved 2021-11-08.


अग्रिम पठन

  • Service, Robert F. (March 12, 2019). "New fuel cell could help fix the renewable energy storage problem". Science. doi:10.1126/science.aax3098. S2CID 242193448. Retrieved March 14, 2019.
  • 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.
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