पानी से चलने वाली कार जल्द ही हकीकत बन सकती है और कई घरों में हाइड्रोजन फ्यूल सेल लगाए जाएंगे...

हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी नई नहीं है। इसकी शुरुआत 1776 में हुई जब हेनरी कैवेंडिश ने पहली बार तनु अम्लों में धातुओं को घोलते हुए हाइड्रोजन की खोज की। पहली हाइड्रोजन ईंधन सेल का आविष्कार 1839 में विलियम ग्रोव ने किया था। तब से, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं में धीरे-धीरे सुधार हुआ है और अब उन्हें अंतरिक्ष शटल में स्थापित किया गया है, उन्हें ऊर्जा की आपूर्ति और पानी के स्रोत के रूप में सेवा प्रदान की जाती है। आज हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रौद्योगिकी कारों, घरों और पोर्टेबल उपकरणों में बड़े पैमाने पर बाजार तक पहुंचने की कगार पर है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल में, रासायनिक ऊर्जा (हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के रूप में) सीधे (दहन के बिना) विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। ईंधन सेल में एक कैथोड, इलेक्ट्रोड और एक एनोड होता है। हाइड्रोजन को एनोड को खिलाया जाता है, जहां इसे प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित किया जाता है। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के कैथोड के लिए अलग-अलग मार्ग होते हैं। प्रोटॉन इलेक्ट्रोड के माध्यम से कैथोड तक जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन कैथोड तक जाने के लिए ईंधन कोशिकाओं के चारों ओर यात्रा करते हैं। यह आंदोलन बाद में प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा बनाता है। दूसरी ओर, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं।

इलेक्ट्रोलाइज़र पानी से हाइड्रोजन निकालने का एक तरीका है। प्रक्रिया मूल रूप से इसके विपरीत होती है जब हाइड्रोजन ईंधन सेल संचालित होता है। इलेक्ट्रोलाइज़र में एक एनोड, एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल और एक कैथोड होता है। एनोड पर पानी और वोल्टेज लगाया जाता है, जो पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करता है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोकेमिकल सेल से कैथोड तक जाता है और ऑक्सीजन सीधे कैथोड को खिलाया जाता है। वहां से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को निकाला और स्टोर किया जा सकता है। ऐसे समय में जब बिजली का उत्पादन करने की आवश्यकता नहीं होती है, संचित गैस को भंडारण से बाहर निकाला जा सकता है और ईंधन सेल के माध्यम से वापस भेजा जा सकता है।

यह प्रणाली ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करती है, शायद यही वजह है कि इसकी सुरक्षा के बारे में कई मिथक हैं। हिंडनबर्ग के विस्फोट के बाद, विज्ञान से दूर बहुत से लोग और यहां तक ​​कि कुछ वैज्ञानिक भी यह मानने लगे थे कि हाइड्रोजन का उपयोग बहुत खतरनाक है। हालांकि, हाल के शोध से पता चला है कि इस त्रासदी का कारण निर्माण में इस्तेमाल की गई सामग्री के प्रकार के कारण था, न कि हाइड्रोजन के अंदर पंप किया गया था। हाइड्रोजन भंडारण की सुरक्षा का परीक्षण करने के बाद, यह पाया गया कि ईंधन कोशिकाओं में हाइड्रोजन भंडारण सुरक्षित हैकार के फ्यूल टैंक में पेट्रोल रखने की तुलना में।

आधुनिक हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं की लागत कितनी है?? कंपनियां वर्तमान में लगभग 3,000 डॉलर प्रति किलोवाट बिजली उत्पादन के लिए हाइड्रोजन ईंधन प्रणाली की पेशकश कर रही हैं। बाजार अनुसंधान ने स्थापित किया है कि जब लागत 1,500 डॉलर प्रति किलोवाट हो जाती है, तो बड़े पैमाने पर ऊर्जा बाजार में उपभोक्ता इस प्रकार के ईंधन पर स्विच करने के लिए तैयार होंगे।

हाइड्रोजन ईंधन सेल वाहन अभी भी आंतरिक दहन इंजन वाहनों की तुलना में अधिक महंगे हैं, लेकिन निर्माता कीमत को एक तुलनीय स्तर तक लाने के तरीके तलाश रहे हैं। कुछ दूरदराज के क्षेत्रों में जहां बिजली की लाइनें नहीं हैं, घर पर ईंधन या स्वायत्त बिजली की आपूर्ति के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करना अब अधिक किफायती हो सकता है, उदाहरण के लिए, पारंपरिक ऊर्जा वाहक के लिए बुनियादी ढांचे का निर्माण।

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का अभी भी व्यापक रूप से उपयोग क्यों नहीं किया जाता है? फिलहाल, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के वितरण के लिए उनकी उच्च लागत मुख्य समस्या है। हाइड्रोजन ईंधन प्रणालियों की फिलहाल बड़े पैमाने पर मांग नहीं है। हालांकि, विज्ञान अभी भी खड़ा नहीं है और निकट भविष्य में पानी पर चलने वाली कार एक वास्तविक वास्तविकता बन सकती है।

ईंधन (हाइड्रोजन) कोशिकाओं/कोशिकाओं का निर्माण, संयोजन, परीक्षण और परीक्षण
अमेरिका और कनाडा में कारखानों में निर्मित

ईंधन (हाइड्रोजन) कोशिकाएं/कोशिकाएं

कंपनी Intech GmbH / LLC Intech GmbH 1997 से इंजीनियरिंग सेवाओं के बाजार में है, विभिन्न औद्योगिक उपकरणों के कई वर्षों के लिए अधिकारी, आपके ध्यान में विभिन्न ईंधन (हाइड्रोजन) कोशिकाओं / कोशिकाओं को लाता है।

एक ईंधन सेल/सेल है

ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं के लाभ

एक ईंधन सेल / सेल एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन युक्त ईंधन से कुशलतापूर्वक प्रत्यक्ष वर्तमान और गर्मी उत्पन्न करता है।

एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है जिसमें यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट शामिल हैं। हालांकि, बैटरी के विपरीत, ईंधन सेल/सेल विद्युत ऊर्जा को स्टोर नहीं कर सकते हैं, डिस्चार्ज नहीं करते हैं, और उन्हें रिचार्ज करने के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं होती है। ईंधन सेल/सेल लगातार बिजली पैदा कर सकते हैं जब तक उनके पास ईंधन और हवा की आपूर्ति है।

अन्य बिजली जनरेटर जैसे कि आंतरिक दहन इंजन या गैस, कोयला, तेल, आदि द्वारा संचालित टर्बाइन के विपरीत, ईंधन सेल / सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। इसका मतलब है कोई शोर उच्च दबाव रोटर्स, कोई जोरदार निकास शोर नहीं, कोई कंपन नहीं। ईंधन सेल/सेल एक मूक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करते हैं। ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं की एक अन्य विशेषता यह है कि वे ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली, गर्मी और पानी में परिवर्तित करते हैं।

ईंधन सेल अत्यधिक कुशल होते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और नाइट्रस ऑक्साइड जैसी बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। ऑपरेशन के दौरान उत्सर्जित एकमात्र उत्पाद भाप के रूप में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की एक छोटी मात्रा है, जो शुद्ध हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने पर बिल्कुल भी उत्सर्जित नहीं होता है। ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं को असेंबलियों में और फिर व्यक्तिगत कार्यात्मक मॉड्यूल में इकट्ठा किया जाता है।

ईंधन सेल/सेल विकास का इतिहास

1950 और 1960 के दशक में, ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक का जन्म नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) की लंबी अवधि के अंतरिक्ष मिशनों के लिए ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता से हुआ था। नासा का अल्कलाइन फ्यूल सेल/सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को ईंधन के रूप में उपयोग करता है, दोनों को एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में मिलाता है। उत्पादन अंतरिक्ष यान में उपयोगी तीन प्रतिक्रिया उप-उत्पाद हैं - अंतरिक्ष यान को बिजली देने के लिए बिजली, पीने और शीतलन प्रणाली के लिए पानी, और अंतरिक्ष यात्रियों को गर्म रखने के लिए गर्मी।

ईंधन कोशिकाओं की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में हुई थी। ईंधन कोशिकाओं के प्रभाव का पहला प्रमाण 1838 में प्राप्त हुआ था।

1930 के दशक के अंत में, क्षारीय ईंधन कोशिकाओं पर काम शुरू हुआ, और 1939 तक उच्च दबाव निकल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक सेल का निर्माण किया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, ब्रिटिश नौसेना की पनडुब्बियों के लिए ईंधन कोशिकाओं / कोशिकाओं को विकसित किया गया था और 1958 में एक ईंधन संयोजन जिसमें क्षारीय ईंधन कोशिकाओं / कोशिकाओं का व्यास 25 सेमी से अधिक था, को पेश किया गया था।

1950 और 1960 के दशक में और 1980 के दशक में भी जब औद्योगिक जगत ने ईंधन तेल की कमी का अनुभव किया, तब ब्याज में वृद्धि हुई। इसी अवधि में विश्व के देश भी वायु प्रदूषण की समस्या से चिंतित हो गए और पर्यावरण के अनुकूल बिजली पैदा करने के तरीकों पर विचार किया। वर्तमान में, ईंधन सेल/सेल प्रौद्योगिकी तेजी से विकास के दौर से गुजर रही है।

फ्यूल सेल/सेल कैसे काम करते हैं

ईंधन सेल/सेल इलेक्ट्रोलाइट, कैथोड और एनोड का उपयोग करके चल रही विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली और गर्मी उत्पन्न करते हैं।

एनोड और कैथोड को एक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किया जाता है जो प्रोटॉन का संचालन करता है। हाइड्रोजन के एनोड में प्रवेश करने के बाद और ऑक्सीजन कैथोड में प्रवेश करने के बाद, एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह, गर्मी और पानी उत्पन्न होता है।

एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड तक ले जाया जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से और एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से पारित किया जाता है, जिससे एक प्रत्यक्ष करंट बनता है जिसका उपयोग बिजली उपकरणों के लिए किया जा सकता है। कैथोड उत्प्रेरक पर, एक ऑक्सीजन अणु एक इलेक्ट्रॉन (जो बाहरी संचार से आपूर्ति की जाती है) और एक आने वाले प्रोटॉन के साथ जुड़ता है, और पानी बनाता है, जो एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पाद है (वाष्प और / या तरल के रूप में)।

नीचे इसी प्रतिक्रिया है:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H+ + 4e -
कैथोड पर अभिक्रिया: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं के प्रकार और विविधता

विभिन्न प्रकार के आंतरिक दहन इंजनों के अस्तित्व के समान, विभिन्न प्रकार के ईंधन सेल होते हैं - उपयुक्त प्रकार के ईंधन सेल का चुनाव इसके अनुप्रयोग पर निर्भर करता है।

ईंधन कोशिकाओं को उच्च तापमान और निम्न तापमान में विभाजित किया जाता है। कम तापमान वाली ईंधन कोशिकाओं को ईंधन के रूप में अपेक्षाकृत शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। इसका अक्सर मतलब है कि प्राथमिक ईंधन (जैसे प्राकृतिक गैस) को शुद्ध हाइड्रोजन में बदलने के लिए ईंधन प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में अतिरिक्त ऊर्जा की खपत होती है और इसके लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है। उच्च तापमान ईंधन कोशिकाओं को इस अतिरिक्त प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे ऊंचे तापमान पर ईंधन को "आंतरिक रूप से परिवर्तित" कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे में निवेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पिघला हुआ कार्बोनेट (एमसीएफसी) पर ईंधन सेल/सेल

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल उच्च तापमान ईंधन सेल हैं। उच्च परिचालन तापमान ईंधन प्रोसेसर के बिना प्राकृतिक गैस के प्रत्यक्ष उपयोग और प्रक्रिया ईंधन और अन्य स्रोतों से कम कैलोरी मान ईंधन गैस की अनुमति देता है।

आरसीएफसी का संचालन अन्य ईंधन कोशिकाओं से अलग है। ये कोशिकाएं पिघले हुए कार्बोनेट लवण के मिश्रण से इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं। वर्तमान में, दो प्रकार के मिश्रण का उपयोग किया जाता है: लिथियम कार्बोनेट और पोटेशियम कार्बोनेट या लिथियम कार्बोनेट और सोडियम कार्बोनेट। कार्बोनेट लवण को पिघलाने और इलेक्ट्रोलाइट में आयनों की उच्च स्तर की गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन सेल उच्च तापमान (650 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। दक्षता 60-80% के बीच भिन्न होती है।

जब 650 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो लवण कार्बोनेट आयनों (सीओ 3 2-) के लिए एक कंडक्टर बन जाते हैं। ये आयन कैथोड से एनोड में जाते हैं जहां वे हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से कैथोड में वापस भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: सीओ 3 2- + एच 2 => एच 2 ओ + सीओ 2 + 2e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) + सीओ 2 (कैथोड) => एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (एनोड)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के उच्च परिचालन तापमान के कुछ फायदे हैं। उच्च तापमान पर, प्राकृतिक गैस में आंतरिक रूप से सुधार किया जाता है, जिससे ईंधन प्रोसेसर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसके अलावा, फायदे में इलेक्ट्रोड पर स्टेनलेस स्टील शीट और निकल उत्प्रेरक जैसे निर्माण की मानक सामग्री का उपयोग करने की क्षमता शामिल है। अपशिष्ट गर्मी का उपयोग विभिन्न औद्योगिक और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च दबाव वाली भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइट में उच्च प्रतिक्रिया तापमान के भी अपने फायदे हैं। उच्च तापमान के अनुप्रयोग को इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में काफी समय लगता है, और सिस्टम ऊर्जा की खपत में बदलाव के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएं निरंतर बिजली की स्थिति में पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल सिस्टम के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा ईंधन सेल को नुकसान से बचाता है।

पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। 3.0 मेगावाट की उत्पादन विद्युत शक्ति वाले ताप विद्युत संयंत्रों का औद्योगिक रूप से उत्पादन किया जाता है। 110 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

फॉस्फोरिक एसिड (पीएफसी) पर आधारित ईंधन सेल/सेल

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल व्यावसायिक उपयोग के लिए पहली ईंधन सेल थे।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल 100% तक की एकाग्रता के साथ ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (एच 3 पीओ 4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, इस कारण इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग 150-220 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर किया जाता है।

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक हाइड्रोजन (H+, प्रोटॉन) होता है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल्स में भी इसी तरह की प्रक्रिया होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के साथ निर्देशित किया जाता है, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। बिजली और गर्मी उत्पन्न करने वाली प्रतिक्रियाएं नीचे दी गई हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते समय फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 40% से अधिक होती है। गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में, कुल दक्षता लगभग 85% है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान को देखते हुए, अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने और वायुमंडलीय दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं पर थर्मल पावर प्लांट का उच्च प्रदर्शन इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के फायदों में से एक है। पौधे लगभग 1.5% की सांद्रता में कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो ईंधन की पसंद का बहुत विस्तार करता है। इसके अलावा, सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है, इस प्रकार की सेल सुधारित प्राकृतिक ईंधन के साथ काम करती है। सरल निर्माण, कम इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता और बढ़ी हुई स्थिरता भी इस प्रकार के ईंधन सेल के फायदे हैं।

500 kW तक की आउटपुट इलेक्ट्रिक पावर वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 11 मेगावाट के प्रतिष्ठानों ने प्रासंगिक परीक्षण पास कर लिए हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल्स/सेल्स (SOFC)

सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल उच्चतम ऑपरेटिंग तापमान वाले ईंधन सेल हैं। ऑपरेटिंग तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से 1000 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है, जो विशेष पूर्व-उपचार के बिना विभिन्न प्रकार के ईंधन के उपयोग की अनुमति देता है। इन उच्च तापमानों को संभालने के लिए, इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग एक पतली सिरेमिक-आधारित ठोस धातु ऑक्साइड होता है, जो अक्सर येट्रियम और ज़िरकोनियम का मिश्र धातु होता है, जो ऑक्सीजन (ओ 2-) आयनों का संवाहक होता है।

एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में एक हेमेटिक गैस संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट्स एक छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक ऑक्सीजन आयन (O 2-) होता है। कैथोड पर, ऑक्सीजन के अणु हवा से एक ऑक्सीजन आयन और चार इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। ऑक्सीजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और हाइड्रोजन के साथ मिलकर चार मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट ऊष्मा उत्पन्न होती है।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

उत्पन्न विद्युत ऊर्जा की दक्षता सभी ईंधन कोशिकाओं में सबसे अधिक है - लगभग 60-70%। उच्च परिचालन तापमान संयुक्त गर्मी और बिजली उत्पादन को उच्च दबाव भाप उत्पन्न करने की अनुमति देता है। टरबाइन के साथ उच्च तापमान वाले ईंधन सेल को मिलाकर एक हाइब्रिड ईंधन सेल बनाया जाता है जिससे बिजली उत्पादन की दक्षता 75% तक बढ़ जाती है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस - 1000 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में लंबा समय लगता है, और बिजली की खपत में बदलाव का जवाब देने के लिए सिस्टम धीमा है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे थर्मल पावर प्लांट को कोयला गैसीकरण या अपशिष्ट गैसों, और इसी तरह से अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ संचालित करने की अनुमति मिलती है। इसके अलावा, यह ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट है। 100 kW की आउटपुट विद्युत शक्ति के साथ औद्योगिक रूप से उत्पादित मॉड्यूल।

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण (DOMTE) के साथ ईंधन सेल / सेल

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने की तकनीक सक्रिय विकास के दौर से गुजर रही है। इसने मोबाइल फोन, लैपटॉप के साथ-साथ पोर्टेबल बिजली स्रोत बनाने के क्षेत्र में खुद को सफलतापूर्वक स्थापित किया है। इन तत्वों के भविष्य के अनुप्रयोग का उद्देश्य क्या है।

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं की संरचना एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओएफईसी) के साथ ईंधन कोशिकाओं के समान होती है, अर्थात। एक बहुलक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, और एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) का उपयोग चार्ज वाहक के रूप में किया जाता है। हालांकि, तरल मेथनॉल (सीएच 3 ओएच) एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकरण किया जाता है, सीओ 2, हाइड्रोजन आयनों और इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है, जो बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से निर्देशित होते हैं, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरते हैं और हवा से ऑक्सीजन और बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके एनोड पर पानी बनाते हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + एच 2 ओ => सीओ 2 + 6 एच + + 6e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + 3/2 ओ 2 => सीओ 2 + 2 एच 2 ओ

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं का लाभ तरल ईंधन के उपयोग और कनवर्टर का उपयोग करने की आवश्यकता के अभाव के कारण उनके छोटे आयाम हैं।

क्षारीय ईंधन सेल/सेल (एएफसी)

क्षारीय ईंधन सेल बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे कुशल कोशिकाओं में से हैं, जिसमें बिजली उत्पादन क्षमता 70% तक पहुंच जाती है।

क्षारीय ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, यानी पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक जलीय घोल, जो एक झरझरा, स्थिर मैट्रिक्स में निहित होता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है, जो 65°C से 220°C तक होती है। एक SFC में आवेश वाहक एक हाइड्रॉक्साइड आयन (OH-) होता है जो कैथोड से एनोड की ओर बढ़ता है जहाँ यह हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है। एनोड पर उत्पन्न पानी कैथोड में वापस चला जाता है, फिर से वहां हाइड्रॉक्साइड आयन उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में होने वाली प्रतिक्रियाओं की इस श्रृंखला के परिणामस्वरूप, बिजली का उत्पादन होता है और, उप-उत्पाद के रूप में, गर्मी:

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
सिस्टम की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

एसएफसी का लाभ यह है कि ये ईंधन सेल निर्माण के लिए सबसे सस्ते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पर आवश्यक उत्प्रेरक कोई भी पदार्थ हो सकता है जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पदार्थों की तुलना में सस्ता होता है। एससीएफसी अपेक्षाकृत कम तापमान पर काम करते हैं और सबसे कुशल ईंधन कोशिकाओं में से हैं - ऐसी विशेषताएं क्रमशः तेज बिजली उत्पादन और उच्च ईंधन दक्षता में योगदान कर सकती हैं।

SHTE की विशिष्ट विशेषताओं में से एक CO 2 के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता है, जिसे ईंधन या वायु में समाहित किया जा सकता है। सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे जल्दी से जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को बहुत कम कर देता है। इसलिए, एसएफसी का उपयोग अंतरिक्ष और पानी के नीचे के वाहनों जैसे बंद स्थानों तक सीमित है, उन्हें शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर काम करना चाहिए। इसके अलावा, सीओ, एच 2 ओ और सीएच 4 जैसे अणु, जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए सुरक्षित हैं और उनमें से कुछ के लिए ईंधन भी एसएफसी के लिए हानिकारक हैं।

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल / सेल (पीईटीई)

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के मामले में, बहुलक झिल्ली में जल क्षेत्रों के साथ बहुलक फाइबर होते हैं जिसमें पानी के आयनों (एच 2 ओ + (प्रोटॉन, लाल) पानी के अणु से जुड़ा होता है) का संचालन होता है। धीमी आयन विनिमय के कारण पानी के अणु एक समस्या पेश करते हैं। इसलिए, ईंधन और निकास इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की एक उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस तक सीमित कर देता है।

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स/सेल्स (SCFC)

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स में इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO 4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस है। SO 4 2- ऑक्सी आयनों का घूर्णन प्रोटॉन (लाल) को चित्र में दिखाए अनुसार स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। आमतौर पर, एक ठोस एसिड ईंधन सेल एक सैंडविच होता है जिसमें अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए दो कसकर संपीड़ित इलेक्ट्रोड के बीच ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत सैंडविच होती है। गर्म होने पर, कार्बनिक घटक वाष्पित हो जाता है, इलेक्ट्रोड में छिद्रों से निकल जाता है, ईंधन (या सेल के दूसरे छोर पर ऑक्सीजन), इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच कई संपर्कों की क्षमता को बनाए रखता है।

नवीन ऊर्जा-बचत नगरपालिका ताप और बिजली संयंत्र आमतौर पर ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं (एसओएफसी), बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं (पीईएफसी), फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं (पीसीएफसी), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (एमपीएफसी) और क्षारीय ईंधन कोशिकाओं पर बनाए जाते हैं। एपीएफसी)। उनके पास आमतौर पर निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) को सबसे उपयुक्त माना जाना चाहिए, जो:

• उच्च तापमान पर काम करते हैं, जिससे महंगी कीमती धातुओं (जैसे प्लेटिनम) की आवश्यकता कम हो जाती है।
• मुख्य रूप से प्राकृतिक गैस पर विभिन्न प्रकार के हाइड्रोकार्बन ईंधन पर काम कर सकते हैं
• एक लंबा स्टार्ट-अप समय है और इसलिए लंबी अवधि के संचालन के लिए बेहतर अनुकूल हैं
• बिजली उत्पादन की उच्च दक्षता प्रदर्शित करें (70% तक)
• उच्च परिचालन तापमान के कारण, इकाइयों को गर्मी वसूली प्रणालियों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे समग्र प्रणाली दक्षता 85% तक पहुंच जाती है।
• मौजूदा बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों की तुलना में लगभग शून्य उत्सर्जन है, चुपचाप संचालित होता है और कम परिचालन आवश्यकताएं होती हैं

ईंधन सेल प्रकार	वर्किंग टेम्परेचर	बिजली उत्पादन क्षमता	ईंधन प्रकार	आवेदन क्षेत्र
आरकेटीई	550-700 डिग्री सेल्सियस	50-70%		मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
एफकेटीई	100-220 डिग्री सेल्सियस	35-40%	शुद्ध हाइड्रोजन	बड़े प्रतिष्ठान
मोप्टे	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान
SOFC	450-1000 डिग्री सेल्सियस	45-70%	अधिकांश हाइड्रोकार्बन ईंधन	छोटे, मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
Ponte	20-90 डिग्री सेल्सियस	20-30%	मेथनॉल	पोर्टेबल
एसएचटीई	50-200 डिग्री सेल्सियस	40-70%	शुद्ध हाइड्रोजन	अंतरिक्ष अनुसंधान
पीट	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान

चूंकि छोटे ताप विद्युत संयंत्रों को एक पारंपरिक गैस आपूर्ति नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है, इसलिए ईंधन कोशिकाओं को एक अलग हाइड्रोजन आपूर्ति प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं पर आधारित छोटे थर्मल पावर प्लांट का उपयोग करते समय, उत्पन्न गर्मी को पानी और वेंटिलेशन हवा को गर्म करने के लिए हीट एक्सचेंजर्स में एकीकृत किया जा सकता है, जिससे सिस्टम की समग्र दक्षता बढ़ जाती है। महंगे बुनियादी ढांचे और जटिल उपकरण एकीकरण की आवश्यकता के बिना कुशल बिजली उत्पादन के लिए यह नवीन तकनीक सबसे उपयुक्त है।

ईंधन सेल / सेल अनुप्रयोग

दूरसंचार प्रणालियों में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

दुनिया भर में वायरलेस संचार प्रणालियों के तेजी से प्रसार और मोबाइल फोन प्रौद्योगिकी के बढ़ते सामाजिक और आर्थिक लाभों के साथ, विश्वसनीय और लागत प्रभावी बैकअप पावर की आवश्यकता महत्वपूर्ण हो गई है। खराब मौसम, प्राकृतिक आपदाओं या सीमित ग्रिड क्षमता के कारण पूरे वर्ष ग्रिड का नुकसान ग्रिड ऑपरेटरों के लिए एक निरंतर चुनौती है।

पारंपरिक दूरसंचार पावर बैकअप समाधानों में शॉर्ट-टर्म बैकअप पावर के लिए बैटरी (वाल्व-विनियमित लीड-एसिड बैटरी सेल) और लंबी बैकअप पावर के लिए डीजल और प्रोपेन जेनरेटर शामिल हैं। बैटरी 1 से 2 घंटे के लिए बैकअप पावर का अपेक्षाकृत सस्ता स्रोत हैं। हालांकि, बैटरी लंबे समय तक बैकअप अवधि के लिए उपयुक्त नहीं हैं क्योंकि वे बनाए रखने के लिए महंगे हैं, लंबे समय तक उपयोग के बाद अविश्वसनीय हो जाते हैं, तापमान के प्रति संवेदनशील होते हैं, और निपटान के बाद पर्यावरण के लिए खतरनाक होते हैं। डीजल और प्रोपेन जनरेटर निरंतर बैकअप पावर प्रदान कर सकते हैं। हालांकि, जनरेटर अविश्वसनीय हो सकते हैं, व्यापक रखरखाव की आवश्यकता होती है, और वातावरण में उच्च स्तर के प्रदूषकों और ग्रीनहाउस गैसों को छोड़ते हैं।

पारंपरिक बैकअप पावर समाधानों की सीमाओं को समाप्त करने के लिए, एक नवीन हरित ईंधन सेल प्रौद्योगिकी विकसित की गई है। ईंधन सेल विश्वसनीय, शांत, जनरेटर की तुलना में कम चलने वाले हिस्से होते हैं, बैटरी की तुलना में -40 डिग्री सेल्सियस से + 50 डिग्री सेल्सियस तक व्यापक ऑपरेटिंग तापमान सीमा होती है और परिणामस्वरूप, ऊर्जा बचत के अत्यधिक उच्च स्तर प्रदान करती है। इसके अलावा, ऐसे संयंत्र की आजीवन लागत एक जनरेटर की तुलना में कम है। प्रति ईंधन सेल की कम लागत प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव यात्रा और उच्च संयंत्र उत्पादकता का परिणाम है। आखिरकार, ईंधन सेल न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकी समाधान है।

ईंधन सेल इकाइयाँ दूरसंचार प्रणाली में वायरलेस, स्थायी और ब्रॉडबैंड संचार के लिए महत्वपूर्ण संचार नेटवर्क अवसंरचना के लिए बैकअप शक्ति प्रदान करती हैं, 250W से 15kW तक, वे कई बेजोड़ नवीन सुविधाएँ प्रदान करती हैं:

• विश्वसनीयता- कुछ चलने वाले हिस्से और कोई स्टैंडबाय डिस्चार्ज नहीं
• ऊर्जा की बचत
• शांति- कम शोर स्तर
• स्थिरता- ऑपरेटिंग रेंज -40°C से +50°C . तक
• अनुकूलनशीलता- आउटडोर और इनडोर इंस्टॉलेशन (कंटेनर / सुरक्षात्मक कंटेनर)
• उच्च शक्ति- 15 किलोवाट तक
• कम रखरखाव की आवश्यकता- न्यूनतम वार्षिक रखरखाव
• अर्थव्यवस्था- स्वामित्व की आकर्षक कुल लागत
• स्वच्छ ताक़त- न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ कम उत्सर्जन

सिस्टम हर समय डीसी बस वोल्टेज को महसूस करता है और डीसी बस वोल्टेज उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित सेटपॉइंट से नीचे गिरने पर महत्वपूर्ण भार को आसानी से स्वीकार करता है। सिस्टम हाइड्रोजन पर चलता है, जो दो तरीकों में से एक में ईंधन सेल स्टैक में प्रवेश करता है - या तो हाइड्रोजन के वाणिज्यिक स्रोत से, या मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन से, ऑन-बोर्ड सुधारक प्रणाली का उपयोग करके।

फ्यूल सेल स्टैक द्वारा डायरेक्ट करंट के रूप में बिजली का उत्पादन किया जाता है। डीसी पावर एक कनवर्टर को भेजी जाती है जो ईंधन सेल स्टैक से अनियंत्रित डीसी पावर को आवश्यक भार के लिए उच्च गुणवत्ता, विनियमित डीसी पावर में परिवर्तित करती है। एक ईंधन सेल स्थापना कई दिनों तक बैकअप शक्ति प्रदान कर सकती है, क्योंकि अवधि केवल स्टॉक में उपलब्ध हाइड्रोजन या मेथनॉल/जल ईंधन की मात्रा से सीमित होती है।

ईंधन सेल उद्योग मानक वाल्व विनियमित लीड एसिड बैटरी पैक की तुलना में बेहतर ऊर्जा दक्षता, बढ़ी हुई सिस्टम विश्वसनीयता, जलवायु की एक विस्तृत श्रृंखला में अधिक अनुमानित प्रदर्शन और विश्वसनीय सेवा जीवन प्रदान करते हैं। काफी कम रखरखाव और प्रतिस्थापन आवश्यकताओं के कारण जीवनचक्र की लागत भी कम है। ईंधन सेल अंतिम उपयोगकर्ता पर्यावरणीय लाभ प्रदान करते हैं क्योंकि निपटान लागत और लीड एसिड कोशिकाओं से जुड़े देयता जोखिम एक बढ़ती हुई चिंता है।

चार्ज स्तर, तापमान, चक्र, जीवन और अन्य चर जैसे कारकों की एक विस्तृत श्रृंखला से इलेक्ट्रिक बैटरी का प्रदर्शन प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकता है। प्रदान की गई ऊर्जा इन कारकों के आधार पर अलग-अलग होगी और भविष्यवाणी करना आसान नहीं है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) का प्रदर्शन इन कारकों से अपेक्षाकृत अप्रभावित रहता है और जब तक ईंधन उपलब्ध है तब तक महत्वपूर्ण शक्ति प्रदान कर सकता है। मिशन-महत्वपूर्ण बैकअप पावर अनुप्रयोगों के लिए ईंधन कोशिकाओं में जाने पर बढ़ी हुई भविष्यवाणी एक महत्वपूर्ण लाभ है।

ईंधन सेल केवल तभी ऊर्जा उत्पन्न करते हैं जब ईंधन की आपूर्ति की जाती है, जैसे गैस टरबाइन जनरेटर, लेकिन पीढ़ी क्षेत्र में चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं। इसलिए, एक जनरेटर के विपरीत, वे तेजी से पहनने के अधीन नहीं हैं और उन्हें निरंतर रखरखाव और स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है।

एक्सटेंडेड ड्यूरेशन फ्यूल कन्वर्टर को चलाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला ईंधन मेथनॉल और पानी का मिश्रण है। मेथनॉल एक व्यापक रूप से उपलब्ध, वाणिज्यिक ईंधन है जिसका वर्तमान में कई उपयोग हैं, जिसमें विंडशील्ड वॉशर, प्लास्टिक की बोतलें, इंजन एडिटिव्स और इमल्शन पेंट शामिल हैं। मेथनॉल परिवहन के लिए आसान है, पानी के साथ गलत है, इसमें अच्छी जैवअवक्रमण क्षमता है और यह सल्फर मुक्त है। इसका हिमांक कम (-71°C) होता है और लंबे भंडारण के दौरान यह विघटित नहीं होता है।

संचार नेटवर्क में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

सुरक्षा नेटवर्क को विश्वसनीय बैकअप पावर सॉल्यूशंस की आवश्यकता होती है जो पावर ग्रिड के अनुपलब्ध होने पर आपात स्थिति में घंटों या दिनों तक चल सकता है।

कुछ चलती भागों और कोई स्टैंडबाय बिजली कटौती के साथ, अभिनव ईंधन सेल प्रौद्योगिकी वर्तमान में उपलब्ध बैकअप पावर सिस्टम की तुलना में एक आकर्षक समाधान प्रदान करती है।

संचार नेटवर्क में ईंधन सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग करने का सबसे सम्मोहक कारण समग्र विश्वसनीयता और सुरक्षा में वृद्धि है। पावर आउटेज, भूकंप, तूफान और तूफान जैसी घटनाओं के दौरान, यह महत्वपूर्ण है कि सिस्टम काम करना जारी रखें और बैकअप पावर सिस्टम के तापमान या उम्र की परवाह किए बिना, विस्तारित अवधि के लिए एक विश्वसनीय बैकअप बिजली की आपूर्ति हो।

ईंधन सेल बिजली आपूर्ति की सीमा सुरक्षित संचार नेटवर्क का समर्थन करने के लिए आदर्श है। उनके ऊर्जा-बचत डिजाइन सिद्धांतों के लिए धन्यवाद, वे 250 डब्ल्यू से 15 किलोवाट तक बिजली की सीमा में उपयोग के लिए विस्तारित अवधि (कई दिनों तक) के साथ पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय बैकअप पावर प्रदान करते हैं।

डेटा नेटवर्क में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

हाई-स्पीड डेटा नेटवर्क और फाइबर ऑप्टिक बैकबोन जैसे डेटा नेटवर्क के लिए विश्वसनीय बिजली आपूर्ति दुनिया भर में महत्वपूर्ण है। ऐसे नेटवर्क पर प्रेषित सूचना में बैंकों, एयरलाइनों या चिकित्सा केंद्रों जैसे संस्थानों के लिए महत्वपूर्ण डेटा होता है। ऐसे नेटवर्क में बिजली की कमी न केवल प्रेषित जानकारी के लिए खतरा पैदा करती है, बल्कि, एक नियम के रूप में, महत्वपूर्ण वित्तीय नुकसान की ओर ले जाती है। विश्वसनीय, अभिनव ईंधन सेल इंस्टॉलेशन जो स्टैंडबाय पावर प्रदान करते हैं, आपको निर्बाध बिजली सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक विश्वसनीयता प्रदान करते हैं।

मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन मिश्रण पर काम करने वाली ईंधन सेल इकाइयां कई दिनों तक विस्तारित अवधि के साथ एक विश्वसनीय बैकअप बिजली आपूर्ति प्रदान करती हैं। इसके अलावा, इन इकाइयों में जनरेटर और बैटरी की तुलना में काफी कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, जिसके लिए प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव यात्रा की आवश्यकता होती है।

डेटा नेटवर्क में ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के उपयोग के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग विशेषताएं:

• 100 W से 15 kW तक बिजली इनपुट वाले अनुप्रयोग
• बैटरी लाइफ़ आवश्यकताओं वाले ऐप्लिकेशन > 4 घंटे
• फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में रिपीटर्स (सिंक्रोनस डिजिटल सिस्टम का पदानुक्रम, हाई स्पीड इंटरनेट, वॉयस ओवर आईपी…)
• हाई-स्पीड डेटा ट्रांसमिशन के नेटवर्क नोड्स
• वाईमैक्स ट्रांसमिशन नोड्स

ईंधन सेल स्टैंडबाय इंस्टॉलेशन पारंपरिक बैटरी या डीजल जनरेटर पर महत्वपूर्ण डेटा नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर के लिए कई फायदे प्रदान करते हैं, जिससे साइट पर उपयोग में वृद्धि होती है:

1. तरल ईंधन प्रौद्योगिकी हाइड्रोजन भंडारण की समस्या को हल करती है और वस्तुतः असीमित बैकअप शक्ति प्रदान करती है।
2. उनके शांत संचालन, कम वजन, तापमान परिवर्तन के प्रतिरोध और वस्तुतः कंपन-मुक्त संचालन के लिए धन्यवाद, ईंधन कोशिकाओं को बाहर, औद्योगिक परिसरों / कंटेनरों में या छतों पर स्थापित किया जा सकता है।
3. सिस्टम का उपयोग करने के लिए साइट पर तैयारी त्वरित और किफायती है, और संचालन की लागत कम है।
4. ईंधन बायोडिग्रेडेबल है और शहरी पर्यावरण के लिए पर्यावरण के अनुकूल समाधान का प्रतिनिधित्व करता है।

सुरक्षा प्रणालियों में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

सबसे सावधानी से डिजाइन की गई इमारत सुरक्षा और संचार प्रणालियां उतनी ही विश्वसनीय हैं जितनी कि उन्हें शक्ति प्रदान करने वाली शक्ति। जबकि अधिकांश प्रणालियों में अल्पकालिक बिजली के नुकसान के लिए कुछ प्रकार के बैक-अप अनइंटरप्टिबल पावर सिस्टम शामिल हैं, वे प्राकृतिक आपदाओं या आतंकवादी हमलों के बाद होने वाली लंबी बिजली कटौती के लिए प्रदान नहीं करते हैं। यह कई कॉर्पोरेट और सरकारी एजेंसियों के लिए एक महत्वपूर्ण मुद्दा हो सकता है।

सीसीटीवी मॉनिटरिंग और एक्सेस कंट्रोल सिस्टम (आईडी कार्ड रीडर, डोर क्लोजिंग डिवाइस, बायोमेट्रिक आइडेंटिफिकेशन टेक्नोलॉजी, आदि), ऑटोमैटिक फायर अलार्म और फायर एक्सटिंग्विशिंग सिस्टम, एलेवेटर कंट्रोल सिस्टम और टेलीकम्युनिकेशन नेटवर्क जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियां खतरे में हैं। निरंतर बिजली आपूर्ति का विश्वसनीय वैकल्पिक स्रोत।

डीजल जनरेटर शोरगुल वाले होते हैं, उनका पता लगाना मुश्किल होता है, और वे अपनी विश्वसनीयता और रखरखाव के मुद्दों से अच्छी तरह वाकिफ होते हैं। इसके विपरीत, एक ईंधन सेल बैक-अप इंस्टॉलेशन शांत, विश्वसनीय है, इसमें शून्य या बहुत कम उत्सर्जन होता है, और इसे छत पर या किसी इमारत के बाहर स्थापित करना आसान होता है। यह स्टैंडबाय मोड में बिजली का निर्वहन या हानि नहीं करता है। यह महत्वपूर्ण प्रणालियों के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करता है, तब भी जब संस्था का संचालन बंद हो जाता है और इमारत को लोगों द्वारा छोड़ दिया जाता है।

अभिनव ईंधन सेल प्रतिष्ठान महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में महंगे निवेश की रक्षा करते हैं। वे 250 W से 15 kW तक की पावर रेंज में उपयोग के लिए पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय, लंबे समय तक चलने वाली बैकअप पावर (कई दिनों तक) प्रदान करते हैं, जो कई नायाब विशेषताओं और विशेष रूप से, उच्च स्तर की ऊर्जा बचत के साथ संयुक्त है।

ईंधन सेल पावर बैकअप इकाइयाँ पारंपरिक बैटरी या डीजल जनरेटर पर सुरक्षा और भवन प्रबंधन प्रणाली जैसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए कई लाभ प्रदान करती हैं। तरल ईंधन प्रौद्योगिकी हाइड्रोजन भंडारण की समस्या को हल करती है और वस्तुतः असीमित बैकअप शक्ति प्रदान करती है।

घरेलू तापन और विद्युत उत्पादन में ईंधन कोशिकाओं/सेलों का अनुप्रयोग

व्यापक रूप से उपलब्ध प्राकृतिक गैस और नवीकरणीय ईंधन से बिजली और गर्मी उत्पन्न करने के लिए विश्वसनीय, ऊर्जा-कुशल और उत्सर्जन-मुक्त थर्मल पावर प्लांट बनाने के लिए सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) का उपयोग किया जाता है। इन नवीन इकाइयों का उपयोग घरेलू बिजली उत्पादन से लेकर दूरदराज के क्षेत्रों में बिजली की आपूर्ति के साथ-साथ सहायक बिजली स्रोतों में विभिन्न प्रकार के बाजारों में किया जाता है।

ये ऊर्जा-बचत इकाइयाँ अंतरिक्ष और पानी को गर्म करने के साथ-साथ बिजली का उत्पादन करती हैं जिसका उपयोग घर में किया जा सकता है और बिजली ग्रिड में वापस खिलाया जा सकता है। वितरित बिजली उत्पादन स्रोतों में फोटोवोल्टिक (सौर) सेल और माइक्रो विंड टर्बाइन शामिल हो सकते हैं। ये प्रौद्योगिकियां दृश्यमान और व्यापक रूप से ज्ञात हैं, लेकिन उनका संचालन मौसम की स्थिति पर निर्भर है और वे पूरे वर्ष लगातार बिजली पैदा नहीं कर सकते हैं। बिजली के मामले में, थर्मल पावर प्लांट 1 kW से कम से 6 MW और अधिक तक भिन्न हो सकते हैं।

वितरण नेटवर्क में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

छोटे ताप विद्युत संयंत्रों को एक वितरित बिजली उत्पादन नेटवर्क में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसमें एक केंद्रीकृत बिजली संयंत्र के बजाय बड़ी संख्या में छोटे जनरेटर सेट शामिल हैं।

नीचे दिया गया आंकड़ा बिजली उत्पादन की दक्षता में नुकसान को दर्शाता है जब यह सीएचपी द्वारा उत्पन्न होता है और वर्तमान में उपयोग में आने वाले पारंपरिक ट्रांसमिशन नेटवर्क के माध्यम से घरों में प्रेषित होता है। जिला उत्पादन में दक्षता हानियों में विद्युत संयंत्र से हानि, कम और उच्च वोल्टेज संचरण, और वितरण हानियां शामिल हैं।

यह आंकड़ा छोटे ताप विद्युत संयंत्रों के एकीकरण के परिणाम दिखाता है: बिजली का उत्पादन उपयोग के बिंदु पर 60% तक की उत्पादन क्षमता के साथ होता है। इसके अलावा, घर पानी और अंतरिक्ष हीटिंग के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग कर सकते हैं, जिससे ईंधन ऊर्जा प्रसंस्करण की समग्र दक्षता बढ़ जाती है और ऊर्जा बचत में सुधार होता है।

पर्यावरण की रक्षा के लिए ईंधन सेल का उपयोग - एसोसिएटेड पेट्रोलियम गैस का उपयोग

तेल उद्योग में सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक संबद्ध पेट्रोलियम गैस का उपयोग है। संबद्ध पेट्रोलियम गैस के उपयोग के मौजूदा तरीकों के बहुत सारे नुकसान हैं, जिनमें से एक यह है कि वे आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं। एसोसिएटेड पेट्रोलियम गैस भड़कती है, जिससे पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य को बहुत नुकसान होता है।

ईंधन के रूप में संबद्ध पेट्रोलियम गैस का उपयोग करने वाले अभिनव ईंधन सेल ताप और बिजली संयंत्र संबंधित पेट्रोलियम गैस उपयोग की समस्याओं के एक कट्टरपंथी और लागत प्रभावी समाधान का रास्ता खोलते हैं।

1. ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के मुख्य लाभों में से एक यह है कि वे परिवर्तनीय संरचना से जुड़े पेट्रोलियम गैस पर भरोसेमंद और स्थायी रूप से काम कर सकते हैं। ईंधन सेल के संचालन में अंतर्निहित ज्वलनशील रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण, प्रतिशत में कमी, उदाहरण के लिए, मीथेन केवल बिजली उत्पादन में इसी कमी का कारण बनता है।
2. उपभोक्ताओं के विद्युत भार, अंतर, भार वृद्धि के संबंध में लचीलापन।
3. ईंधन सेल पर ताप विद्युत संयंत्रों की स्थापना और कनेक्शन के लिए, उनके कार्यान्वयन के लिए पूंजीगत व्यय की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इकाइयाँ आसानी से खेतों के पास बिना तैयारी के साइटों पर लगाई जाती हैं, संचालित करने में आसान, विश्वसनीय और कुशल होती हैं।
4. उच्च स्वचालन और आधुनिक रिमोट कंट्रोल के लिए संयंत्र में कर्मियों की निरंतर उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है।
5. डिजाइन की सादगी और तकनीकी पूर्णता: चलती भागों, घर्षण, स्नेहन प्रणालियों की अनुपस्थिति ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के संचालन से महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ प्रदान करती है।
6. पानी की खपत: परिवेश के तापमान पर +30 डिग्री सेल्सियस तक कोई नहीं और उच्च तापमान पर नगण्य।
7. पानी का आउटलेट: कोई नहीं।
8. इसके अलावा, ईंधन सेल थर्मल पावर प्लांट शोर नहीं करते हैं, कंपन नहीं करते हैं,

ईंधन सेल हाइड्रोजन ईंधन की ऊर्जा को विद्युत रूप से विद्युत में परिवर्तित करने का एक तरीका है, और इस प्रक्रिया का एकमात्र उपोत्पाद पानी है।

वर्तमान में ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किया जाने वाला हाइड्रोजन ईंधन आमतौर पर मीथेन के भाप सुधार से प्राप्त होता है (यानी, हाइड्रोकार्बन को भाप और गर्मी से मीथेन में परिवर्तित करना), हालांकि एक हरियाली दृष्टिकोण हो सकता है, जैसे सौर ऊर्जा का उपयोग करके पानी का इलेक्ट्रोलिसिस।

ईंधन सेल के मुख्य घटक हैं:

• एक एनोड जिसमें हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होता है;
• कैथोड, जहां ऑक्सीजन कम हो जाती है;
• एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली जिसके माध्यम से प्रोटॉन या हाइड्रॉक्साइड आयनों को ले जाया जाता है (माध्यम के आधार पर) - यह हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को गुजरने की अनुमति नहीं देता है;
• ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के प्रवाह क्षेत्र, जो इन गैसों को इलेक्ट्रोड तक पहुंचाने के लिए जिम्मेदार हैं।

बिजली के लिए, उदाहरण के लिए, एक कार, कई ईंधन कोशिकाओं को एक बैटरी में इकट्ठा किया जाता है, और इस बैटरी द्वारा आपूर्ति की जाने वाली ऊर्जा की मात्रा इलेक्ट्रोड के कुल क्षेत्रफल और उसमें कोशिकाओं की संख्या पर निर्भर करती है। ईंधन सेल में ऊर्जा इस प्रकार उत्पन्न होती है: एनोड पर हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होता है, और इससे इलेक्ट्रॉनों को कैथोड में भेजा जाता है, जहां ऑक्सीजन कम हो जाती है। एनोड पर हाइड्रोजन के ऑक्सीकरण से प्राप्त इलेक्ट्रॉनों में कैथोड पर ऑक्सीजन को कम करने वाले इलेक्ट्रॉनों की तुलना में अधिक रासायनिक क्षमता होती है। इलेक्ट्रॉनों की रासायनिक क्षमता के बीच यह अंतर ईंधन कोशिकाओं से ऊर्जा निकालना संभव बनाता है।

निर्माण का इतिहास

ईंधन कोशिकाओं का इतिहास 1930 के दशक का है, जब पहली हाइड्रोजन ईंधन सेल को विलियम आर. ग्रोव द्वारा डिजाइन किया गया था। इस सेल ने इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड का इस्तेमाल किया। ग्रोव ने कॉपर सल्फेट के जलीय घोल से कॉपर को लोहे की सतह पर जमा करने की कोशिश की। उन्होंने देखा कि एक इलेक्ट्रॉन करंट की क्रिया के तहत पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित हो जाता है। इस खोज के बाद, ग्रोव और क्रिस्चियन शोएनबीन, बासेल विश्वविद्यालय (स्विट्जरलैंड) के एक रसायनज्ञ, जिन्होंने उनके साथ समानांतर में काम किया, ने एक साथ 1839 में एक अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल में ऊर्जा पैदा करने की संभावना का प्रदर्शन किया। इन शुरुआती प्रयासों ने, हालांकि प्रकृति में काफी आदिम, माइकल फैराडे सहित उनके कई समकालीनों का ध्यान आकर्षित किया।

ईंधन कोशिकाओं में अनुसंधान जारी रहा, और 1930 के दशक में एफ.टी. बेकन ने एक क्षारीय ईंधन सेल (ईंधन कोशिकाओं के प्रकारों में से एक) के लिए एक नया घटक पेश किया - हाइड्रॉक्साइड आयनों के परिवहन की सुविधा के लिए एक आयन-विनिमय झिल्ली।

क्षारीय ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के सबसे प्रसिद्ध ऐतिहासिक उदाहरणों में से एक अपोलो कार्यक्रम में अंतरिक्ष उड़ानों के दौरान ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में उनका उपयोग है।

उन्हें नासा द्वारा उनके स्थायित्व और तकनीकी स्थिरता के लिए चुना गया था। उन्होंने एक हाइड्रॉक्साइड-संचालन झिल्ली का उपयोग किया जो कि इसकी प्रोटॉन-एक्सचेंज बहन की दक्षता में बेहतर थी।

ईंधन सेल के पहले प्रोटोटाइप के निर्माण के बाद से लगभग दो शताब्दियों के लिए, उन्हें बेहतर बनाने के लिए बहुत काम किया गया है। सामान्य तौर पर, ईंधन सेल से प्राप्त अंतिम ऊर्जा रेडॉक्स प्रतिक्रिया के कैनेटीक्स, सेल के आंतरिक प्रतिरोध और प्रतिक्रियाशील गैसों और आयनों के उत्प्रेरक रूप से सक्रिय घटकों के बड़े पैमाने पर स्थानांतरण पर निर्भर करती है। इन वर्षों में, मूल विचार में कई सुधार किए गए हैं, जैसे:

1) प्लैटिनम नैनोकणों के साथ कार्बन पर आधारित इलेक्ट्रोड के साथ प्लैटिनम तारों का प्रतिस्थापन; 2) आयन परिवहन को सुविधाजनक बनाने के लिए उच्च चालकता और चयनात्मकता की झिल्लियों का आविष्कार, जैसे कि Nafion; 3) एक उत्प्रेरक परत का संयोजन, उदाहरण के लिए, आयन-विनिमय झिल्ली के साथ कार्बन बेस पर वितरित प्लैटिनम नैनोकणों, जिसके परिणामस्वरूप न्यूनतम आंतरिक प्रतिरोध के साथ झिल्ली-इलेक्ट्रोड इकाई होती है; 4) उत्प्रेरक सतह पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पहुंचाने के लिए प्रवाह क्षेत्रों का उपयोग और अनुकूलन, उन्हें सीधे समाधान में पतला करने के बजाय।

इन और अन्य सुधारों के परिणामस्वरूप अंततः एक ऐसी तकनीक बन गई जो टोयोटा मिराई जैसे वाहनों में उपयोग करने के लिए पर्याप्त कुशल थी।

हाइड्रॉक्साइड विनिमय झिल्ली के साथ ईंधन सेल

डेलावेयर विश्वविद्यालय हाइड्रॉक्साइड एक्सचेंज मेम्ब्रेन - एचईएमएफसी (हाइड्रॉक्साइड एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल) के साथ ईंधन कोशिकाओं के विकास पर शोध कर रहा है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन के बजाय हाइड्रॉक्साइड एक्सचेंज मेम्ब्रेन वाले ईंधन सेल - PEMFCs (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल) - PEMFC की बड़ी समस्याओं में से कम एक का सामना करते हैं - उत्प्रेरक स्थिरता की समस्या, क्योंकि कई बेस मेटल उत्प्रेरक एक क्षारीय वातावरण में स्थिर होते हैं। एक अम्लीय में। क्षारीय विलयनों में उत्प्रेरकों की स्थिरता इस तथ्य के कारण अधिक होती है कि धातुओं के विघटन से उच्च pH की तुलना में कम pH पर अधिक ऊर्जा निकलती है। इस प्रयोगशाला में अधिकांश कार्य हाइड्रोजन ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रियाओं के लिए नए एनोडिक और कैथोडिक उत्प्रेरक के विकास के लिए भी समर्पित है ताकि उन्हें और भी अधिक कुशलता से तेज किया जा सके। इसके अलावा, प्रयोगशाला नए हाइड्रॉक्साइड-एक्सचेंज झिल्ली विकसित कर रही है, क्योंकि प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए ऐसी झिल्लियों की चालकता और स्थायित्व में सुधार किया जाना बाकी है।

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ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रिया में ओवरवॉल्टेज नुकसान का कारण इस प्रतिक्रिया के मध्यवर्ती उत्पादों के बीच रैखिक पैमाने के संबंधों द्वारा समझाया गया है। इस प्रतिक्रिया के पारंपरिक चार-इलेक्ट्रॉन तंत्र में, ऑक्सीजन को क्रमिक रूप से कम किया जाता है, जिससे मध्यवर्ती उत्पाद - OOH*, O* और OH* बनते हैं, जो अंततः उत्प्रेरक सतह पर पानी (H2O) बनाते हैं। चूंकि एक व्यक्तिगत उत्प्रेरक पर मध्यवर्ती उत्पादों की सोखना ऊर्जा एक दूसरे के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध होती है, इसलिए अभी तक कोई उत्प्रेरक नहीं पाया गया है, कम से कम सिद्धांत में, ओवरवॉल्टेज नुकसान नहीं होगा। हालांकि इस प्रतिक्रिया की दर कम है, एक अम्लीय माध्यम से एक क्षारीय माध्यम में बदलना, जैसे कि एचईएमएफसी में, इसे ज्यादा प्रभावित नहीं करता है। हालांकि, हाइड्रोजन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की दर लगभग आधी है, और यह तथ्य इस कमी के कारण और नए उत्प्रेरक की खोज के उद्देश्य से अनुसंधान को प्रेरित करता है।

ईंधन कोशिकाओं के लाभ

हाइड्रोकार्बन ईंधन के विपरीत, ईंधन सेल अधिक हैं, यदि पूरी तरह से पर्यावरण के अनुकूल नहीं हैं और उनकी गतिविधियों के परिणामस्वरूप ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। इसके अलावा, उनका ईंधन (हाइड्रोजन) सिद्धांत रूप में नवीकरणीय है, क्योंकि इसे पानी के हाइड्रोलिसिस द्वारा प्राप्त किया जा सकता है। इस प्रकार, भविष्य में हाइड्रोजन ईंधन सेल ऊर्जा उत्पादन प्रक्रिया का एक पूर्ण हिस्सा बनने का वादा करते हैं, जिसमें सौर और पवन ऊर्जा का उपयोग हाइड्रोजन ईंधन का उत्पादन करने के लिए किया जाता है, जिसे बाद में ईंधन सेल में पानी का उत्पादन करने के लिए उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, चक्र बंद है और कोई कार्बन पदचिह्न नहीं बचा है।

रिचार्जेबल बैटरियों के विपरीत, ईंधन कोशिकाओं का यह लाभ होता है कि उन्हें रिचार्ज करने की आवश्यकता नहीं होती है - वे जरूरत पड़ने पर तुरंत ऊर्जा की आपूर्ति शुरू कर सकते हैं। यानी, अगर उन्हें लागू किया जाता है, उदाहरण के लिए, वाहनों के क्षेत्र में, तो उपभोक्ता की ओर से लगभग कोई बदलाव नहीं होगा। सौर ऊर्जा और पवन ऊर्जा के विपरीत, ईंधन सेल लगातार ऊर्जा का उत्पादन कर सकते हैं और बाहरी परिस्थितियों पर बहुत कम निर्भर होते हैं। बदले में, भूतापीय ऊर्जा केवल कुछ भौगोलिक क्षेत्रों में उपलब्ध है, जबकि ईंधन कोशिकाओं में फिर से यह समस्या नहीं होती है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल अपनी सुवाह्यता और पैमाने के मामले में लचीलेपन के कारण सबसे आशाजनक ऊर्जा स्रोतों में से एक हैं।

हाइड्रोजन भंडारण की जटिलता

वर्तमान झिल्ली और उत्प्रेरक की कमियों के साथ समस्याओं के अलावा, ईंधन कोशिकाओं के लिए अन्य तकनीकी कठिनाइयाँ हाइड्रोजन ईंधन के भंडारण और परिवहन से जुड़ी हैं। हाइड्रोजन में प्रति इकाई आयतन बहुत कम विशिष्ट ऊर्जा होती है (किसी दिए गए तापमान और दबाव पर प्रति इकाई मात्रा में ऊर्जा की मात्रा) और इसलिए वाहनों में उपयोग किए जाने के लिए इसे बहुत अधिक दबाव में संग्रहित किया जाना चाहिए। अन्यथा, आवश्यक मात्रा में ईंधन के भंडारण के लिए कंटेनर का आकार असंभव रूप से बड़ा होगा। इन हाइड्रोजन भंडारण सीमाओं के कारण, धातु हाइड्राइड ईंधन कोशिकाओं जैसे गैसीय रूप के अलावा किसी अन्य चीज़ से हाइड्रोजन का उत्पादन करने के तरीके खोजने का प्रयास किया गया है। हालांकि, टोयोटा मिराई जैसे वर्तमान उपभोक्ता ईंधन सेल अनुप्रयोग, सुपरक्रिटिकल हाइड्रोजन (हाइड्रोजन जो 33 K से ऊपर के तापमान पर है और 13.3 वायुमंडल से ऊपर का दबाव है, जो कि महत्वपूर्ण मूल्यों से ऊपर है) का उपयोग करते हैं, और यह अब सबसे सुविधाजनक विकल्प है।

क्षेत्र के दृष्टिकोण

मौजूदा तकनीकी कठिनाइयों और सौर ऊर्जा का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन प्राप्त करने की समस्याओं के कारण, निकट भविष्य में अनुसंधान मुख्य रूप से हाइड्रोजन के वैकल्पिक स्रोतों को खोजने पर ध्यान केंद्रित करने की संभावना है। एक लोकप्रिय विचार हाइड्रोजन के बजाय सीधे ईंधन सेल में अमोनिया (हाइड्रोजन नाइट्राइड) का उपयोग करना है, या अमोनिया से हाइड्रोजन बनाना है। इसका कारण यह है कि दबाव के मामले में अमोनिया की मांग कम होती है, जिससे इसे स्टोर करना और स्थानांतरित करना अधिक सुविधाजनक हो जाता है। इसके अलावा, अमोनिया हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में आकर्षक है क्योंकि इसमें कार्बन नहीं होता है। यह मीथेन से उत्पन्न हाइड्रोजन में कुछ सीओ के कारण उत्प्रेरक विषाक्तता की समस्या को हल करता है।

भविष्य में, ईंधन कोशिकाओं को वाहन प्रौद्योगिकी और वितरित ऊर्जा उत्पादन, जैसे आवासीय क्षेत्रों में व्यापक अनुप्रयोग मिल सकते हैं। इस तथ्य के बावजूद कि इस समय ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए बहुत अधिक धन की आवश्यकता होती है, यदि सस्ते और अधिक कुशल उत्प्रेरक, उच्च चालकता वाले स्थिर झिल्ली और हाइड्रोजन के वैकल्पिक स्रोत पाए जाते हैं, तो हाइड्रोजन ईंधन सेल अत्यधिक बन सकते हैं आर्थिक रूप से आकर्षक।

एक ईंधन सेल एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है जो एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिजली में परिवर्तित करता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी बनता है और बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है। एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है जिसे चार्ज किया जा सकता है और फिर विद्युत ऊर्जा को स्टोर करने के लिए उपयोग किया जाता है।
ईंधन सेल के आविष्कारक विलियम आर। ग्रोव हैं, जिन्होंने इसका आविष्कार 1839 में किया था। इस ईंधन सेल में, सल्फ्यूरिक एसिड के घोल को इलेक्ट्रोलाइट के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया गया था, जो एक ऑक्सीडाइज़र माध्यम में ऑक्सीजन के साथ मिलाता था। . यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि, हाल ही में, ईंधन कोशिकाओं का उपयोग केवल प्रयोगशालाओं और अंतरिक्ष यान में किया जाता था।
भविष्य में, ईंधन सेल कई अन्य ऊर्जा रूपांतरण प्रणालियों (बिजली संयंत्रों में गैस टर्बाइन सहित), कारों में आंतरिक दहन इंजन और पोर्टेबल उपकरणों में इलेक्ट्रिक बैटरी के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम होंगे। आंतरिक दहन इंजन ईंधन जलाते हैं और यांत्रिक कार्य करने के लिए दहन गैसों के विस्तार द्वारा बनाए गए दबाव का उपयोग करते हैं। बैटरियां विद्युत ऊर्जा को संग्रहित करती हैं और फिर इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं, जिसे जरूरत पड़ने पर वापस विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। संभावित रूप से, ईंधन सेल बहुत कुशल हैं। 1824 में वापस, फ्रांसीसी वैज्ञानिक कार्नोट ने साबित कर दिया कि आंतरिक दहन इंजन के संपीड़न-विस्तार चक्र तापीय ऊर्जा (जो जलने वाले ईंधन की रासायनिक ऊर्जा है) को 50% से ऊपर यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करने की दक्षता सुनिश्चित नहीं कर सकते हैं। एक ईंधन सेल में कोई गतिमान भाग नहीं होता है (कम से कम स्वयं सेल के अंदर नहीं), और इसलिए वे कार्नो के नियम का पालन नहीं करते हैं। स्वाभाविक रूप से, उनके पास 50% से अधिक दक्षता होगी और कम भार पर विशेष रूप से प्रभावी होंगे। इस प्रकार, ईंधन सेल वाहन वास्तविक ड्राइविंग परिस्थितियों में पारंपरिक वाहनों की तुलना में अधिक ईंधन कुशल (और पहले से ही साबित हो चुके हैं) होने की ओर अग्रसर हैं।
ईंधन सेल डीसी विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है जिसका उपयोग किसी वाहन में विद्युत मोटर, प्रकाश जुड़नार और अन्य विद्युत प्रणालियों को चलाने के लिए किया जा सकता है। कई प्रकार के ईंधन सेल होते हैं, जो इस्तेमाल की जाने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में भिन्न होते हैं। ईंधन कोशिकाओं को आमतौर पर उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार द्वारा वर्गीकृत किया जाता है। कुछ प्रकार के ईंधन सेल बिजली संयंत्र अनुप्रयोगों के लिए आशाजनक हैं, जबकि अन्य छोटे पोर्टेबल उपकरणों या कार चलाने के लिए उपयोगी हो सकते हैं।
क्षारीय ईंधन सेल सबसे पहले विकसित तत्वों में से एक है। 1960 के दशक से अमेरिकी अंतरिक्ष कार्यक्रम द्वारा इनका उपयोग किया जाता रहा है। ऐसे ईंधन सेल संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं और इसलिए उन्हें बहुत शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। इसके अलावा, वे बहुत महंगे हैं, और इसलिए इस प्रकार के ईंधन सेल को कारों में व्यापक आवेदन मिलने की संभावना नहीं है।
फॉस्फोरिक एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं का उपयोग कम शक्ति के स्थिर प्रतिष्ठानों में किया जा सकता है। वे काफी उच्च तापमान पर काम करते हैं और इसलिए गर्म होने में लंबा समय लेते हैं, जो उन्हें ऑटोमोबाइल में उपयोग के लिए अक्षम भी बनाता है।
ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बड़े स्थिर बिजली जनरेटर के लिए बेहतर अनुकूल हैं जो कारखानों या समुदायों को बिजली प्रदान कर सकते हैं। इस प्रकार का ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस) पर संचालित होता है। उच्च परिचालन तापमान कुछ समस्याएं पैदा करता है, लेकिन दूसरी ओर, एक फायदा है - ईंधन सेल द्वारा उत्पादित भाप को अधिक बिजली उत्पन्न करने के लिए टर्बाइनों में भेजा जा सकता है। कुल मिलाकर, यह प्रणाली की समग्र दक्षता में सुधार करता है।
सबसे आशाजनक प्रणालियों में से एक प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल - POMFC (PEMFC - प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल) है। फिलहाल, इस प्रकार का ईंधन सेल सबसे आशाजनक है क्योंकि यह कारों, बसों और अन्य वाहनों को आगे बढ़ा सकता है।

ईंधन सेल में रासायनिक प्रक्रियाएं

ईंधन कोशिकाएं हवा से ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन को संयोजित करने के लिए एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करती हैं। बैटरी की तरह, ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट (एक विद्युत प्रवाहकीय माध्यम) में इलेक्ट्रोड (ठोस विद्युत कंडक्टर) का उपयोग करते हैं। जब हाइड्रोजन अणु नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के संपर्क में आते हैं, तो बाद वाले प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। प्रोटॉन बिजली पैदा करने वाले ईंधन सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) में प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीओएम) से गुजरते हैं। इस प्रतिक्रिया के उप-उत्पाद के रूप में पानी के निर्माण के साथ हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अणुओं का एक रासायनिक संयोजन होता है। ईंधन सेल से एकमात्र प्रकार का उत्सर्जन जल वाष्प है।
वाहन को आगे बढ़ाने के लिए यांत्रिक ऊर्जा प्रदान करने के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित बिजली का उपयोग वाहन के विद्युत पावरट्रेन (एक विद्युत शक्ति कनवर्टर और एक एसी प्रेरण मोटर से मिलकर) में किया जा सकता है। पावर कन्वर्टर का काम ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा में बदलना है, जिसका उपयोग वाहन के कर्षण मोटर द्वारा किया जाता है।

एक प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली के साथ एक ईंधन सेल का योजनाबद्ध आरेख:
1 - एनोड;
2 - प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली (आरईएम);
3 - उत्प्रेरक (लाल);
4 - कैथोड

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) किसी भी ईंधन सेल की सबसे सरल प्रतिक्रियाओं में से एक का उपयोग करता है।

अलग ईंधन सेल

विचार करें कि ईंधन सेल कैसे काम करता है। एनोड, ईंधन सेल का नकारात्मक ध्रुव, इलेक्ट्रॉनों का संचालन करता है, जो हाइड्रोजन अणुओं से मुक्त होते हैं ताकि उनका उपयोग बाहरी विद्युत सर्किट (सर्किट) में किया जा सके। ऐसा करने के लिए, इसमें चैनलों को उकेरा जाता है, जो उत्प्रेरक की पूरी सतह पर समान रूप से हाइड्रोजन वितरित करता है। कैथोड (ईंधन सेल का धनात्मक ध्रुव) में उत्कीर्ण चैनल हैं जो उत्प्रेरक की सतह पर ऑक्सीजन वितरित करते हैं। यह बाहरी सर्किट (सर्किट) से वापस उत्प्रेरक तक इलेक्ट्रॉनों का संचालन भी करता है, जहां वे पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन आयनों और ऑक्सीजन के साथ संयोजन कर सकते हैं। इलेक्ट्रोलाइट एक प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली है। यह सामान्य प्लास्टिक के समान एक विशेष सामग्री है, लेकिन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों को पारित करने और इलेक्ट्रॉनों के मार्ग को अवरुद्ध करने की क्षमता के साथ।
उत्प्रेरक एक विशेष सामग्री है जो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के बीच प्रतिक्रिया की सुविधा प्रदान करती है। उत्प्रेरक आमतौर पर कार्बन पेपर या कपड़े पर बहुत पतली परत में जमा प्लैटिनम पाउडर से बनाया जाता है। उत्प्रेरक खुरदुरा और झरझरा होना चाहिए ताकि इसकी सतह यथासंभव हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के संपर्क में आ सके। उत्प्रेरक का प्लेटिनम लेपित भाग प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (POM) के सामने होता है।
एनोड की ओर से दबाव में ईंधन सेल को हाइड्रोजन गैस (H 2) की आपूर्ति की जाती है। जब H2 अणु उत्प्रेरक पर प्लैटिनम के संपर्क में आता है, तो यह दो भागों, दो आयनों (H+) और दो इलेक्ट्रॉनों (e–) में विभाजित हो जाता है। इलेक्ट्रॉनों को एनोड के माध्यम से संचालित किया जाता है जहां वे एक बाहरी सर्किट (सर्किट) से गुजरते हैं जो उपयोगी कार्य करते हैं (जैसे इलेक्ट्रिक मोटर चलाना) और ईंधन सेल के कैथोड पक्ष से लौटते हैं।
इस बीच, ईंधन सेल के कैथोड पक्ष से, ऑक्सीजन गैस (ओ 2) उत्प्रेरक के माध्यम से मजबूर होती है जहां यह दो ऑक्सीजन परमाणु बनाती है। इन परमाणुओं में से प्रत्येक में एक मजबूत नकारात्मक चार्ज होता है जो झिल्ली में दो एच + आयनों को आकर्षित करता है, जहां वे एक ऑक्सीजन परमाणु और बाहरी लूप (श्रृंखला) से दो इलेक्ट्रॉनों के साथ मिलकर पानी का अणु (एच 2 ओ) बनाते हैं।
एकल ईंधन सेल में यह प्रतिक्रिया लगभग 0.7 वाट की शक्ति पैदा करती है। शक्ति को आवश्यक स्तर तक बढ़ाने के लिए, ईंधन सेल स्टैक बनाने के लिए कई व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं को संयोजित करना आवश्यक है।
पीओएम ईंधन सेल अपेक्षाकृत कम तापमान (लगभग 80 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें ऑपरेटिंग तापमान पर जल्दी से गर्म किया जा सकता है और महंगी शीतलन प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। इन कोशिकाओं में प्रयुक्त प्रौद्योगिकी और सामग्रियों में निरंतर सुधार ने उनकी शक्ति को उस स्तर के करीब ला दिया है जहां ऐसी ईंधन कोशिकाओं की बैटरी, कार के ट्रंक के एक छोटे से हिस्से पर कब्जा कर लेती है, कार चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान कर सकती है।
पिछले वर्षों में, दुनिया के अधिकांश प्रमुख कार निर्माताओं ने ईंधन सेल का उपयोग करके कार डिजाइन के विकास में भारी निवेश किया है। कई पहले से ही संतोषजनक शक्ति और गतिशीलता के साथ ईंधन सेल वाहनों का प्रदर्शन कर चुके हैं, हालांकि वे काफी महंगे थे।
ऐसी कारों के डिजाइन में सुधार करना बहुत गहन है।

ईंधन सेल वाहन, वाहन के तल के नीचे स्थित एक बिजली संयंत्र का उपयोग करता है

एनईसीएआर वी वाहन मर्सिडीज-बेंज ए-क्लास वाहन पर आधारित है, पूरे बिजली संयंत्र के साथ, वाहन के तल के नीचे स्थित ईंधन कोशिकाओं के साथ। ऐसा रचनात्मक समाधान कार में चार यात्रियों और सामान को समायोजित करना संभव बनाता है। यहां हाइड्रोजन नहीं, बल्कि मेथनॉल का इस्तेमाल कार के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। एक सुधारक (एक उपकरण जो मेथनॉल को हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है) की मदद से मेथनॉल को हाइड्रोजन में परिवर्तित किया जाता है, जो ईंधन सेल को शक्ति प्रदान करने के लिए आवश्यक है। एक कार में एक सुधारक का उपयोग ईंधन के रूप में लगभग किसी भी हाइड्रोकार्बन का उपयोग करना संभव बनाता है, जिससे मौजूदा फिलिंग स्टेशन नेटवर्क का उपयोग करके ईंधन सेल कार को फिर से भरना संभव हो जाता है। सैद्धांतिक रूप से, ईंधन सेल बिजली और पानी के अलावा कुछ नहीं पैदा करते हैं। ईंधन (गैसोलीन या मेथनॉल) को ईंधन सेल के लिए आवश्यक हाइड्रोजन में परिवर्तित करने से ऐसे वाहन की पर्यावरणीय अपील कुछ हद तक कम हो जाती है।
होंडा, जो 1989 से ईंधन सेल व्यवसाय में है, ने 2003 में बैलार्ड के प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली-प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के साथ होंडा FCX-V4 वाहनों के एक छोटे बैच का उत्पादन किया। ये ईंधन सेल 78 kW की विद्युत शक्ति उत्पन्न करते हैं, और 60 kW की शक्ति और 272 N m के टॉर्क के साथ ट्रैक्शन मोटर्स का उपयोग ड्राइव पहियों को चलाने के लिए किया जाता है। इसमें उत्कृष्ट गतिशीलता है, और संपीड़ित हाइड्रोजन की आपूर्ति इसे चलाना संभव बनाती है। 355 किमी तक।

Honda FCX खुद को आगे बढ़ाने के लिए फ्यूल सेल पावर का इस्तेमाल करती है।
होंडा एफसीएक्स संयुक्त राज्य अमेरिका में सरकारी प्रमाणन प्राप्त करने वाला दुनिया का पहला ईंधन सेल वाहन है। कार ZEV प्रमाणित है - शून्य उत्सर्जन वाहन (शून्य प्रदूषण वाहन)। होंडा अभी इन कारों की बिक्री नहीं करने जा रही है, लेकिन प्रति यूनिट करीब 30 कारों को लीज पर लेती है। कैलिफोर्निया और टोक्यो, जहां हाइड्रोजन ईंधन का बुनियादी ढांचा पहले से मौजूद है।

जनरल मोटर्स की हाई वायर कॉन्सेप्ट कार में फ्यूल सेल पावर प्लांट है

जनरल मोटर्स द्वारा ईंधन सेल वाहनों के विकास और निर्माण पर बड़े शोध किए जा रहे हैं।

हाई वायर वाहन चेसिस

जीएम हाई वायर कॉन्सेप्ट कार को 26 पेटेंट मिले हैं। कार का आधार 150 मिमी की मोटाई वाला एक कार्यात्मक मंच है। प्लेटफ़ॉर्म के अंदर नवीनतम इलेक्ट्रॉनिक कंट्रोल-बाय-वायर तकनीक का उपयोग करते हुए हाइड्रोजन सिलेंडर, एक ईंधन सेल पावर प्लांट और वाहन नियंत्रण प्रणाली हैं। हाई वायर कार का चेसिस एक पतला प्लेटफॉर्म है जिसमें कार के सभी मुख्य संरचनात्मक तत्व होते हैं: हाइड्रोजन सिलेंडर, ईंधन सेल, बैटरी, इलेक्ट्रिक मोटर और नियंत्रण प्रणाली। डिजाइन के लिए यह दृष्टिकोण ऑपरेशन के दौरान कार निकायों को बदलना संभव बनाता है। कंपनी प्रयोगात्मक ओपल ईंधन सेल वाहनों का भी परीक्षण करती है और एक ईंधन सेल उत्पादन संयंत्र डिजाइन करती है।

तरलीकृत हाइड्रोजन के लिए "सुरक्षित" ईंधन टैंक का डिज़ाइन:
1 - भरने वाला उपकरण;
2 - बाहरी टैंक;
3 - समर्थन करता है;
4 - स्तर सेंसर;
5 - आंतरिक टैंक;
6 - भरने की रेखा;
7 - इन्सुलेशन और वैक्यूम;
8 - हीटर;
9 - बढ़ते बॉक्स

कारों के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने की समस्या पर बीएमडब्ल्यू द्वारा अधिक ध्यान दिया जाता है। अंतरिक्ष अनुसंधान में तरलीकृत हाइड्रोजन के उपयोग पर अपने काम के लिए प्रसिद्ध मैग्ना स्टेयर के साथ, बीएमडब्ल्यू ने एक तरलीकृत हाइड्रोजन ईंधन टैंक विकसित किया है जिसका उपयोग कारों में किया जा सकता है।

परीक्षणों ने तरल हाइड्रोजन के साथ ईंधन टैंक के उपयोग की सुरक्षा की पुष्टि की है

कंपनी ने मानक तरीकों के अनुसार संरचना की सुरक्षा पर परीक्षणों की एक श्रृंखला आयोजित की और इसकी विश्वसनीयता की पुष्टि की।
2002 में, फ्रैंकफर्ट मोटर शो (जर्मनी) में, मिनी कूपर हाइड्रोजन दिखाया गया था, जो ईंधन के रूप में तरलीकृत हाइड्रोजन का उपयोग करता है। इस कार का फ्यूल टैंक पारंपरिक गैस टैंक की तरह ही जगह लेता है। इस कार में हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं के लिए नहीं, बल्कि आंतरिक दहन इंजन के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

बैटरी के बजाय ईंधन सेल वाली दुनिया की पहली बड़े पैमाने पर उत्पादित कार

2003 में, बीएमडब्ल्यू ने पहले बड़े पैमाने पर उत्पादित ईंधन सेल वाहन, बीएमडब्ल्यू 750 एचएल के शुभारंभ की घोषणा की। पारंपरिक बैटरी के बजाय ईंधन सेल बैटरी का उपयोग किया जाता है। इस कार में हाइड्रोजन पर चलने वाला 12-सिलेंडर आंतरिक दहन इंजन है, और ईंधन सेल एक पारंपरिक बैटरी के विकल्प के रूप में कार्य करता है, जिससे एयर कंडीशनर और अन्य उपभोक्ताओं को काम करने की अनुमति मिलती है, जब कार लंबे समय तक इंजन के साथ खड़ी रहती है।

हाइड्रोजन ईंधन भरने का कार्य रोबोट द्वारा किया जाता है, चालक इस प्रक्रिया में शामिल नहीं होता है

इसी कंपनी बीएमडब्ल्यू ने रोबोटिक ईंधन डिस्पेंसर भी विकसित किए हैं जो तरलीकृत हाइड्रोजन के साथ कारों की तेज और सुरक्षित ईंधन भरने की सुविधा प्रदान करते हैं।
वैकल्पिक ईंधन और वैकल्पिक बिजली संयंत्रों का उपयोग करके वाहन बनाने के उद्देश्य से हाल के वर्षों में बड़ी संख्या में विकास यह दर्शाता है कि आंतरिक दहन इंजन, जो पिछली शताब्दी के लिए कारों पर हावी थे, अंततः क्लीनर, अधिक कुशल और मूक डिजाइन का रास्ता देंगे। उनका व्यापक उपयोग वर्तमान में तकनीकी नहीं, बल्कि आर्थिक और सामाजिक समस्याओं के कारण किया जा रहा है। उनके व्यापक उपयोग के लिए, वैकल्पिक ईंधन के उत्पादन के विकास, नए गैस स्टेशनों के निर्माण और वितरण और कई मनोवैज्ञानिक बाधाओं को दूर करने के लिए एक निश्चित बुनियादी ढाँचा बनाना आवश्यक है। वाहन ईंधन के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग के लिए गंभीर सुरक्षा उपायों के साथ भंडारण, वितरण और वितरण के मुद्दों को संबोधित करने की आवश्यकता होगी।
सैद्धांतिक रूप से, हाइड्रोजन असीमित मात्रा में उपलब्ध है, लेकिन इसका उत्पादन बहुत ऊर्जा गहन है। इसके अलावा, कारों को हाइड्रोजन ईंधन पर काम करने के लिए परिवर्तित करने के लिए, बिजली व्यवस्था में दो बड़े बदलाव किए जाने चाहिए: पहला, इसके संचालन को गैसोलीन से मेथनॉल में स्थानांतरित करना, और फिर, कुछ समय के लिए, हाइड्रोजन में। इस मुद्दे को हल होने में कुछ समय लगेगा।

विवरण:

यह लेख उनकी संरचना, वर्गीकरण, फायदे और नुकसान, कार्यक्षेत्र, दक्षता, निर्माण का इतिहास और उपयोग के लिए आधुनिक संभावनाओं पर अधिक विस्तार से चर्चा करता है।

इमारतों को बिजली देने के लिए ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करना

भाग 1

यह लेख ईंधन कोशिकाओं के संचालन के सिद्धांत, उनके डिजाइन, वर्गीकरण, फायदे और नुकसान, गुंजाइश, दक्षता, निर्माण का इतिहास और उपयोग के लिए आधुनिक संभावनाओं पर अधिक विस्तार से चर्चा करता है। लेख के दूसरे भाग में, जो एबीओके पत्रिका के अगले अंक में प्रकाशित होगा, उन सुविधाओं के उदाहरण प्रदान करता है जहां विभिन्न प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का उपयोग गर्मी और बिजली (या केवल बिजली) के स्रोतों के रूप में किया जाता था।

परिचय

ईंधन सेल ऊर्जा उत्पन्न करने का एक बहुत ही कुशल, विश्वसनीय, टिकाऊ और पर्यावरण के अनुकूल तरीका है।

प्रारंभ में केवल अंतरिक्ष उद्योग में उपयोग किया जाता था, ईंधन सेल अब तेजी से विभिन्न क्षेत्रों में उपयोग किए जा रहे हैं - जैसे कि स्थिर बिजली संयंत्र, इमारतों की गर्मी और बिजली की आपूर्ति, वाहन के इंजन, लैपटॉप और मोबाइल फोन के लिए बिजली की आपूर्ति। इनमें से कुछ उपकरण प्रयोगशाला प्रोटोटाइप हैं, कुछ पूर्व-श्रृंखला परीक्षण से गुजर रहे हैं या प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए उपयोग किए जाते हैं, लेकिन कई मॉडल बड़े पैमाने पर उत्पादित होते हैं और वाणिज्यिक परियोजनाओं में उपयोग किए जाते हैं।

एक ईंधन सेल (इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर) एक ऐसा उपकरण है जो ठोस, तरल और गैसीय ईंधन के दहन का उपयोग करने वाली पारंपरिक तकनीकों के विपरीत, सीधे विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान ईंधन (हाइड्रोजन) की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। पर्यावरण के दृष्टिकोण से ईंधन का प्रत्यक्ष विद्युत रासायनिक रूपांतरण बहुत ही कुशल और आकर्षक है, क्योंकि संचालन के दौरान प्रदूषकों की न्यूनतम मात्रा निकलती है, और कोई मजबूत शोर और कंपन नहीं होता है।

व्यावहारिक दृष्टिकोण से, एक ईंधन सेल एक पारंपरिक गैल्वेनिक बैटरी जैसा दिखता है। अंतर इस तथ्य में निहित है कि शुरू में बैटरी को चार्ज किया जाता है, अर्थात। "ईंधन" से भरा। ऑपरेशन के दौरान, "ईंधन" की खपत होती है और बैटरी को छुट्टी दे दी जाती है। बैटरी के विपरीत, एक ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए बाहरी स्रोत से आपूर्ति किए गए ईंधन का उपयोग करता है (चित्र 1)।

विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए, न केवल शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग किया जा सकता है, बल्कि अन्य हाइड्रोजन युक्त कच्चे माल, जैसे प्राकृतिक गैस, अमोनिया, मेथनॉल या गैसोलीन का भी उपयोग किया जा सकता है। साधारण वायु का उपयोग ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में किया जाता है, जो प्रतिक्रिया के लिए भी आवश्यक है।

जब शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, तो प्रतिक्रिया उत्पाद, विद्युत ऊर्जा के अलावा, गर्मी और पानी (या जल वाष्प) होते हैं, अर्थात वातावरण में कोई गैस उत्सर्जित नहीं होती है जो वायु प्रदूषण का कारण बनती है या ग्रीनहाउस प्रभाव का कारण बनती है। यदि एक हाइड्रोजन युक्त फीडस्टॉक, जैसे कि प्राकृतिक गैस, का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, तो अन्य गैसें, जैसे कार्बन और नाइट्रोजन के ऑक्साइड, प्रतिक्रिया का उप-उत्पाद होंगे, लेकिन इसकी मात्रा उसी को जलाने की तुलना में बहुत कम है। प्राकृतिक गैस की मात्रा।

हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए ईंधन के रासायनिक रूपांतरण की प्रक्रिया को सुधार कहा जाता है, और संबंधित उपकरण को सुधारक कहा जाता है।

ईंधन कोशिकाओं के फायदे और नुकसान

आंतरिक दहन इंजनों की तुलना में ईंधन सेल अधिक ऊर्जा कुशल होते हैं क्योंकि ईंधन कोशिकाओं के लिए ऊर्जा दक्षता पर कोई थर्मोडायनामिक सीमा नहीं होती है। ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 50% है, जबकि आंतरिक दहन इंजन की दक्षता 12-15% है, और भाप टरबाइन बिजली संयंत्रों की दक्षता 40% से अधिक नहीं है। गर्मी और पानी के उपयोग से ईंधन सेल की दक्षता और भी बढ़ जाती है।

इसके विपरीत, उदाहरण के लिए, आंतरिक दहन इंजन, ईंधन कोशिकाओं की दक्षता तब भी बहुत अधिक रहती है, जब वे पूरी शक्ति से काम नहीं कर रहे होते हैं। इसके अलावा, ईंधन कोशिकाओं की शक्ति को केवल अलग-अलग ब्लॉक जोड़कर बढ़ाया जा सकता है, जबकि दक्षता में बदलाव नहीं होता है, यानी बड़े इंस्टॉलेशन छोटे लोगों की तरह ही कुशल होते हैं। ये परिस्थितियाँ ग्राहक की इच्छा के अनुसार उपकरणों की संरचना के बहुत लचीले चयन की अनुमति देती हैं और अंततः उपकरण की लागत में कमी लाती हैं।

ईंधन कोशिकाओं का एक महत्वपूर्ण लाभ उनकी पर्यावरण मित्रता है। ईंधन कोशिकाओं से वायु उत्सर्जन इतना कम है कि संयुक्त राज्य के कुछ क्षेत्रों में उन्हें सरकारी वायु गुणवत्ता एजेंसियों से विशेष परमिट की आवश्यकता नहीं होती है।

ईंधन कोशिकाओं को सीधे इमारत में रखा जा सकता है, इस प्रकार ऊर्जा के परिवहन के दौरान होने वाले नुकसान को कम किया जा सकता है, और प्रतिक्रिया से उत्पन्न गर्मी का उपयोग इमारत को गर्मी या गर्म पानी की आपूर्ति के लिए किया जा सकता है। गर्मी और बिजली की आपूर्ति के स्वायत्त स्रोत दूरदराज के क्षेत्रों और उन क्षेत्रों में बहुत फायदेमंद हो सकते हैं जहां बिजली की कमी और इसकी उच्च लागत होती है, लेकिन साथ ही हाइड्रोजन युक्त कच्चे माल (तेल, प्राकृतिक गैस) के भंडार होते हैं। .

ईंधन कोशिकाओं के लाभ भी ईंधन की उपलब्धता, विश्वसनीयता (ईंधन सेल में कोई गतिमान भाग नहीं हैं), स्थायित्व और संचालन में आसानी हैं।

आज ईंधन कोशिकाओं की मुख्य कमियों में से एक उनकी अपेक्षाकृत उच्च लागत है, लेकिन इस कमी को जल्द ही दूर किया जा सकता है - अधिक से अधिक कंपनियां ईंधन कोशिकाओं के वाणिज्यिक नमूनों का उत्पादन करती हैं, उनमें लगातार सुधार हो रहा है, और उनकी लागत कम हो रही है।

ईंधन के रूप में शुद्ध हाइड्रोजन का सबसे कुशल उपयोग, हालांकि, इसके उत्पादन और परिवहन के लिए एक विशेष बुनियादी ढांचे के निर्माण की आवश्यकता होगी। वर्तमान में, सभी वाणिज्यिक डिजाइन प्राकृतिक गैस और इसी तरह के ईंधन का उपयोग करते हैं। मोटर वाहन साधारण गैसोलीन का उपयोग कर सकते हैं, जो गैस स्टेशनों के मौजूदा विकसित नेटवर्क को बनाए रखने की अनुमति देगा। हालांकि, इस तरह के ईंधन के उपयोग से वातावरण में हानिकारक उत्सर्जन होता है (यद्यपि बहुत कम) और ईंधन सेल को जटिल बनाता है (और इसलिए इसकी लागत बढ़ जाती है)। भविष्य में, पर्यावरण के अनुकूल अक्षय ऊर्जा स्रोतों (उदाहरण के लिए, सौर ऊर्जा या पवन ऊर्जा) का उपयोग करने की संभावना को इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी को विघटित करने और फिर परिणामी ईंधन को ईंधन सेल में परिवर्तित करने पर विचार किया जा रहा है। एक बंद चक्र में काम करने वाले ऐसे संयुक्त संयंत्र पूरी तरह से पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय, टिकाऊ और ऊर्जा के कुशल स्रोत हो सकते हैं।

ईंधन कोशिकाओं की एक अन्य विशेषता यह है कि वे एक ही समय में विद्युत और तापीय ऊर्जा दोनों का उपयोग करते समय सबसे अधिक कुशल होते हैं। हालांकि, हर सुविधा पर तापीय ऊर्जा के उपयोग की संभावना उपलब्ध नहीं है। केवल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने के मामले में, उनकी दक्षता कम हो जाती है, हालांकि यह "पारंपरिक" प्रतिष्ठानों की दक्षता से अधिक है।

ईंधन कोशिकाओं का इतिहास और आधुनिक उपयोग

1839 में ईंधन कोशिकाओं के संचालन के सिद्धांत की खोज की गई थी। अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम रॉबर्ट ग्रोव (1811-1896) ने पाया कि इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया - विद्युत प्रवाह के माध्यम से पानी का हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अपघटन - प्रतिवर्ती है, अर्थात हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिना जलाए पानी के अणुओं में जोड़ा जा सकता है, लेकिन गर्मी और विद्युत प्रवाह की रिहाई के साथ। ग्रोव ने उस उपकरण को बुलाया जिसमें इस तरह की प्रतिक्रिया को "गैस बैटरी" किया गया था, जो कि पहला ईंधन सेल था।

ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों का सक्रिय विकास द्वितीय विश्व युद्ध के बाद शुरू हुआ, और यह एयरोस्पेस उद्योग से जुड़ा हुआ है। उस समय, एक कुशल और विश्वसनीय, लेकिन साथ ही ऊर्जा के काफी कॉम्पैक्ट स्रोत के लिए खोज की गई थी। 1960 के दशक में, नासा के विशेषज्ञों (नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन, नासा) ने अपोलो (चंद्रमा के लिए मानवयुक्त उड़ानें), अपोलो-सोयुज, जेमिनी और स्काईलैब कार्यक्रमों के अंतरिक्ष यान के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में ईंधन कोशिकाओं को चुना। । अपोलो ने बिजली, गर्मी और पानी का उत्पादन करने के लिए क्रायोजेनिक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करते हुए तीन 1.5 किलोवाट यूनिट (2.2 किलोवाट पीक पावर) का इस्तेमाल किया। प्रत्येक स्थापना का द्रव्यमान 113 किग्रा था। ये तीनों कोशिकाएं समानांतर में काम करती थीं, लेकिन एक इकाई से उत्पन्न ऊर्जा सुरक्षित वापसी के लिए पर्याप्त थी। 18 उड़ानों के दौरान, ईंधन कोशिकाओं ने बिना किसी विफलता के कुल 10,000 घंटे जमा किए हैं। वर्तमान में, अंतरिक्ष यान "स्पेस शटल" में ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है, जो 12 W की शक्ति के साथ तीन इकाइयों का उपयोग करता है, जो अंतरिक्ष यान पर सभी विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करता है (चित्र 2)। विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त पानी का उपयोग पीने के पानी के साथ-साथ शीतलन उपकरण के रूप में भी किया जाता है।

हमारे देश में एस्ट्रोनॉटिक्स में इस्तेमाल के लिए फ्यूल सेल बनाने पर भी काम चल रहा था। उदाहरण के लिए, सोवियत बुरान अंतरिक्ष यान को शक्ति प्रदान करने के लिए ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया गया था।

1960 के दशक के मध्य में ईंधन कोशिकाओं के व्यावसायिक उपयोग के तरीकों का विकास शुरू हुआ। इन विकासों को आंशिक रूप से सरकारी संगठनों द्वारा वित्त पोषित किया गया था।

वर्तमान में, ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए प्रौद्योगिकियों का विकास कई दिशाओं में होता है। यह ईंधन कोशिकाओं (केंद्रीकृत और विकेन्द्रीकृत ऊर्जा आपूर्ति दोनों के लिए) पर स्थिर बिजली संयंत्रों का निर्माण है, वाहनों के बिजली संयंत्र (ईंधन कोशिकाओं पर कारों और बसों के नमूने हमारे देश में बनाए गए हैं) (चित्र 3), और विभिन्न मोबाइल उपकरणों (लैपटॉप, मोबाइल फोन, आदि) के लिए बिजली की आपूर्ति भी (चित्र 4)।

विभिन्न क्षेत्रों में ईंधन सेल के उपयोग के उदाहरण तालिका में दिए गए हैं। एक।

स्वायत्त गर्मी और इमारतों की बिजली आपूर्ति के लिए डिजाइन किए गए ईंधन कोशिकाओं के पहले वाणिज्यिक मॉडल में से एक पीसी 25 मॉडल ए था जिसे ओएनएसआई कॉर्पोरेशन (अब यूनाइटेड टेक्नोलॉजीज, इंक।) द्वारा निर्मित किया गया था। 200 kW की नाममात्र शक्ति वाला यह ईंधन सेल फॉस्फोरिक एसिड (फॉस्फोरिक एसिड फ्यूल सेल, PAFC) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वाली कोशिकाओं के प्रकार से संबंधित है। मॉडल के नाम पर "25" नंबर का मतलब है डिजाइन का सीरियल नंबर। पिछले अधिकांश मॉडल प्रयोगात्मक या परीक्षण के टुकड़े थे, जैसे कि 12.5 kW "PC11" मॉडल जो 1970 के दशक में सामने आया था। नए मॉडलों ने एकल ईंधन सेल से ली गई शक्ति में वृद्धि की, और उत्पादित ऊर्जा की प्रति किलोवाट लागत को भी कम किया। वर्तमान में, सबसे कुशल वाणिज्यिक मॉडलों में से एक PC25 मॉडल C ईंधन सेल है। मॉडल "ए" की तरह, यह एक पूरी तरह से स्वचालित 200 kW PAFC प्रकार का ईंधन सेल है जिसे सीधे सेवित वस्तु पर गर्मी और बिजली के एक स्वतंत्र स्रोत के रूप में स्थापना के लिए डिज़ाइन किया गया है। इस तरह के ईंधन सेल को भवन के बाहर स्थापित किया जा सकता है। बाह्य रूप से, यह 5.5 मीटर लंबा, 3 मीटर चौड़ा और 3 मीटर ऊंचा एक समानांतर चतुर्भुज है, जिसका वजन 18,140 किलोग्राम है। पिछले मॉडलों से अंतर एक बेहतर सुधारक और एक उच्च वर्तमान घनत्व है।

तालिका नंबर एक ईंधन कोशिकाओं का दायरा

क्षेत्र अनुप्रयोग रेटेड शक्ति उपयोग करने के उदाहरण अचल अधिष्ठापन 5-250 किलोवाट और उच्चतर आवासीय, सार्वजनिक और औद्योगिक भवनों, निर्बाध बिजली आपूर्ति, बैकअप और आपातकालीन बिजली आपूर्ति के लिए गर्मी और बिजली की आपूर्ति के स्वायत्त स्रोत पोर्टेबल अधिष्ठापन 1-50 किलोवाट सड़क के संकेत, प्रशीतित ट्रक और रेलमार्ग, व्हीलचेयर, गोल्फ कार्ट, अंतरिक्ष यान और उपग्रह मोबाइल अधिष्ठापन 25-150 किलोवाट कारें (उदाहरण के लिए, डेमलर क्रिसलर, एफआईएटी, फोर्ड, जनरल मोटर्स, होंडा, हुंडई, निसान, टोयोटा, वोक्सवैगन, वीएजेड), बसों (जैसे मैन, नियोप्लान, रेनॉल्ट) और अन्य वाहनों, युद्धपोतों और पनडुब्बियों द्वारा प्रोटोटाइप बनाए गए थे। सूक्ष्म उपकरण 1-500W मोबाइल फोन, लैपटॉप, पीडीए, विभिन्न उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरण, आधुनिक सैन्य उपकरण

कुछ प्रकार के ईंधन कोशिकाओं में, रासायनिक प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है: इलेक्ट्रोड में संभावित अंतर को लागू करके, पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित किया जा सकता है, जो झरझरा इलेक्ट्रोड पर एकत्र किए जाते हैं। जब एक लोड जुड़ा होता है, तो ऐसा पुनर्योजी ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करना शुरू कर देगा।

ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए एक आशाजनक दिशा अक्षय ऊर्जा स्रोतों, जैसे फोटोवोल्टिक पैनल या पवन टरबाइन के संयोजन के साथ उनका उपयोग है। यह तकनीक आपको वायु प्रदूषण से पूरी तरह बचने की अनुमति देती है। एक समान प्रणाली बनाने की योजना है, उदाहरण के लिए, ओबेरलिन में एडम जोसेफ लुईस प्रशिक्षण केंद्र में (देखें एबीओके, 2002, नंबर 5, पृष्ठ 10)। वर्तमान में, इस भवन में सौर पैनलों का उपयोग ऊर्जा स्रोतों में से एक के रूप में किया जाता है। नासा के विशेषज्ञों के साथ मिलकर, इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा पानी से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उत्पादन करने के लिए फोटोवोल्टिक पैनलों का उपयोग करने के लिए एक परियोजना विकसित की गई थी। हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में विद्युत ऊर्जा और गर्म पानी उत्पन्न करने के लिए किया जाता है। यह इमारत को बादल के दिनों और रात में सभी प्रणालियों के प्रदर्शन को बनाए रखने की अनुमति देगा।

ईंधन कोशिकाओं के संचालन का सिद्धांत

आइए एक उदाहरण के रूप में प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन, पीईएम) के साथ सबसे सरल तत्व का उपयोग करके ईंधन सेल के संचालन के सिद्धांत पर विचार करें। इस तरह के तत्व में एनोड और कैथोड उत्प्रेरक के साथ एनोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) और कैथोड (नेगेटिव इलेक्ट्रोड) के बीच रखा गया एक पॉलीमर मेम्ब्रेन होता है। एक बहुलक झिल्ली का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। पीईएम तत्व का आरेख अंजीर में दिखाया गया है। 5.

एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) एक पतली (सादे कागज की लगभग 2-7 शीट मोटी) ठोस कार्बनिक यौगिक है। यह झिल्ली इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करती है: यह पानी की उपस्थिति में पदार्थ को सकारात्मक और नकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों में अलग करती है।

एनोड पर एक ऑक्सीडेटिव प्रक्रिया होती है, और कैथोड पर एक कमी प्रक्रिया होती है। पीईएम सेल में एनोड और कैथोड एक झरझरा पदार्थ से बने होते हैं, जो कार्बन और प्लैटिनम के कणों का मिश्रण होता है। प्लेटिनम एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है जो पृथक्करण प्रतिक्रिया को बढ़ावा देता है। एनोड और कैथोड को उनके माध्यम से क्रमशः हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मुक्त मार्ग के लिए झरझरा बनाया जाता है।

एनोड और कैथोड दो धातु प्लेटों के बीच रखे जाते हैं, जो एनोड और कैथोड को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आपूर्ति करते हैं, और गर्मी और पानी, साथ ही विद्युत ऊर्जा को हटाते हैं।

हाइड्रोजन अणु प्लेट में चैनलों के माध्यम से एनोड तक जाते हैं, जहां अणु अलग-अलग परमाणुओं में विघटित होते हैं (चित्र 6)।

	चित्र 5 () प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEM) फ्यूल सेल का योजनाबद्ध आरेख
	चित्र 6 () प्लेट में चैनलों के माध्यम से हाइड्रोजन अणु एनोड में प्रवेश करते हैं, जहां अणु अलग-अलग परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं
	चित्र 7 () उत्प्रेरक की उपस्थिति में रासायनिक अधिशोषण के परिणामस्वरूप हाइड्रोजन परमाणु प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाते हैं
	आंकड़ा 8 () सकारात्मक रूप से आवेशित हाइड्रोजन आयन झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक फैलते हैं, और इलेक्ट्रॉन प्रवाह कैथोड को एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से निर्देशित किया जाता है जिससे लोड जुड़ा होता है।
	चित्र 9 () कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन, उत्प्रेरक की उपस्थिति में, प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली से हाइड्रोजन आयनों और बाहरी विद्युत सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है। पानी एक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनता है

फिर, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में रासायनिक अधिशोषण के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन परमाणु, प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन e - दान करते हैं, धनावेशित हाइड्रोजन आयन H +, यानी प्रोटॉन (चित्र 7) में बदल जाते हैं।

सकारात्मक रूप से आवेशित हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक फैलते हैं, और इलेक्ट्रॉन प्रवाह एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से कैथोड को निर्देशित किया जाता है जिससे लोड (विद्युत ऊर्जा का उपभोक्ता) जुड़ा होता है (चित्र 8)।

कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन, उत्प्रेरक की उपस्थिति में, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली से हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) और बाहरी विद्युत सर्किट (चित्र 9) से इलेक्ट्रॉनों के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है। रासायनिक अभिक्रिया के फलस्वरूप जल का निर्माण होता है।

अन्य प्रकार के ईंधन सेल में रासायनिक प्रतिक्रिया (उदाहरण के लिए, एक अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट के साथ, जो फॉस्फोरिक एसिड एच 3 पीओ 4 का एक समाधान है) एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन सेल में रासायनिक प्रतिक्रिया के समान है।

किसी भी ईंधन सेल में, रासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा का हिस्सा गर्मी के रूप में जारी किया जाता है।

बाह्य परिपथ में इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह एक प्रत्यक्ष धारा है जिसका उपयोग कार्य करने के लिए किया जाता है। बाहरी सर्किट को खोलने या हाइड्रोजन आयनों की गति को रोकने से रासायनिक प्रतिक्रिया रुक जाती है।

ईंधन सेल द्वारा उत्पादित विद्युत ऊर्जा की मात्रा ईंधन सेल के प्रकार, ज्यामितीय आयाम, तापमान, गैस के दबाव पर निर्भर करती है। एक एकल ईंधन सेल 1.16 V से कम का EMF प्रदान करता है। ईंधन कोशिकाओं के आकार को बढ़ाना संभव है, लेकिन व्यवहार में कई कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है, जो बैटरी में जुड़े होते हैं (चित्र 10)।

ईंधन सेल डिवाइस

आइए PC25 मॉडल C मॉडल के उदाहरण पर फ्यूल सेल डिवाइस पर विचार करें। ईंधन सेल की योजना को अंजीर में दिखाया गया है। ग्यारह।

ईंधन सेल "पीसी25 मॉडल सी" में तीन मुख्य भाग होते हैं: ईंधन प्रोसेसर, वास्तविक बिजली उत्पादन अनुभाग और वोल्टेज कनवर्टर।

ईंधन सेल का मुख्य भाग - बिजली उत्पादन खंड - 256 व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं से बना एक ढेर है। ईंधन सेल इलेक्ट्रोड की संरचना में प्लैटिनम उत्प्रेरक शामिल है। इन कोशिकाओं के माध्यम से 155 वोल्ट के वोल्टेज पर 1,400 एम्पीयर का प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। बैटरी के आयाम लगभग 2.9 मीटर लंबाई और 0.9 मीटर चौड़ाई और ऊंचाई में हैं।

चूंकि विद्युत रासायनिक प्रक्रिया 177 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर होती है, इसलिए स्टार्ट-अप के समय बैटरी को गर्म करना और ऑपरेशन के दौरान उसमें से गर्मी निकालना आवश्यक है। ऐसा करने के लिए, ईंधन सेल में एक अलग जल सर्किट शामिल है, और बैटरी विशेष शीतलन प्लेटों से सुसज्जित है।

ईंधन प्रोसेसर आपको प्राकृतिक गैस को हाइड्रोजन में बदलने की अनुमति देता है, जो एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक है। इस प्रक्रिया को सुधार कहा जाता है। ईंधन प्रोसेसर का मुख्य तत्व सुधारक है। सुधारक में, प्राकृतिक गैस (या अन्य हाइड्रोजन युक्त ईंधन) उच्च तापमान (900 डिग्री सेल्सियस) पर भाप के साथ प्रतिक्रिया करता है और निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में उच्च दबाव होता है। निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं:

सीएच 4 (मीथेन) + एच 2 ओ 3 एच 2 + सीओ

(गर्मी अवशोषण के साथ एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया);

सीओ + एच 2 ओ एच 2 + सीओ 2

(प्रतिक्रिया ऊष्मा के निकलने के साथ ऊष्माक्षेपी होती है)।

समग्र प्रतिक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

सीएच 4 (मीथेन) + 2 एच 2 ओ 4 एच 2 + सीओ 2

(गर्मी अवशोषण के साथ एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया)।

प्राकृतिक गैस रूपांतरण के लिए आवश्यक उच्च तापमान प्रदान करने के लिए, ईंधन सेल स्टैक से खर्च किए गए ईंधन का एक हिस्सा बर्नर को भेजा जाता है जो वांछित तापमान पर सुधारक को बनाए रखता है।

सुधार के लिए आवश्यक भाप ईंधन सेल के संचालन के दौरान गठित घनीभूत से उत्पन्न होती है। इस मामले में, ईंधन सेल स्टैक से निकाली गई गर्मी का उपयोग किया जाता है (चित्र 12)।

ईंधन सेल स्टैक एक आंतरायिक प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करता है, जो कम वोल्टेज और उच्च धारा की विशेषता है। इसे औद्योगिक मानक एसी में बदलने के लिए एक वोल्टेज कनवर्टर का उपयोग किया जाता है। इसके अलावा, वोल्टेज कनवर्टर इकाई में विभिन्न नियंत्रण उपकरण और सुरक्षा इंटरलॉक सर्किट शामिल हैं जो विभिन्न विफलताओं की स्थिति में ईंधन सेल को बंद करने की अनुमति देते हैं।

ऐसे ईंधन सेल में, ईंधन में लगभग 40% ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। लगभग उतनी ही मात्रा, ईंधन ऊर्जा का लगभग 40%, में परिवर्तित किया जा सकता है, जिसे बाद में हीटिंग, गर्म पानी की आपूर्ति और इसी तरह के उद्देश्यों के लिए गर्मी स्रोत के रूप में उपयोग किया जाता है। इस प्रकार, ऐसे संयंत्र की कुल दक्षता 80% तक पहुंच सकती है।

गर्मी और बिजली के ऐसे स्रोत का एक महत्वपूर्ण लाभ इसके स्वचालित संचालन की संभावना है। रखरखाव के लिए, जिस सुविधा पर ईंधन सेल स्थापित है, उसके मालिकों को विशेष रूप से प्रशिक्षित कर्मियों को बनाए रखने की आवश्यकता नहीं है - ऑपरेटिंग संगठन के कर्मचारियों द्वारा आवधिक रखरखाव किया जा सकता है।

ईंधन सेल प्रकार

वर्तमान में, कई प्रकार के ईंधन सेल ज्ञात हैं, जो उपयोग किए गए इलेक्ट्रोलाइट की संरचना में भिन्न होते हैं। निम्नलिखित चार प्रकार सबसे व्यापक हैं (तालिका 2):

1. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन के साथ फ्यूल सेल (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल, PEMFC)।

2. ऑर्थोफोस्फोरिक (फॉस्फोरिक) एसिड (फॉस्फोरिक एसिड फ्यूल सेल, पीएएफसी) पर आधारित ईंधन सेल।

3. पिघले हुए कार्बोनेट (पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल, एमसीएफसी) पर आधारित ईंधन सेल।

4. सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल, SOFC)। वर्तमान में, ईंधन कोशिकाओं का सबसे बड़ा बेड़ा PAFC तकनीक के आधार पर बनाया गया है।

विभिन्न प्रकार के ईंधन कोशिकाओं की प्रमुख विशेषताओं में से एक ऑपरेटिंग तापमान है। कई मायनों में, यह तापमान है जो ईंधन कोशिकाओं के दायरे को निर्धारित करता है। उदाहरण के लिए, लैपटॉप के लिए उच्च तापमान महत्वपूर्ण हैं, इसलिए इस बाजार खंड के लिए कम ऑपरेटिंग तापमान वाले प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल विकसित किए जा रहे हैं।

इमारतों की स्वायत्त बिजली आपूर्ति के लिए, उच्च स्थापित क्षमता के ईंधन कोशिकाओं की आवश्यकता होती है, और साथ ही, थर्मल ऊर्जा का उपयोग करना संभव होता है, इसलिए इन उद्देश्यों के लिए अन्य प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का भी उपयोग किया जा सकता है।

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC)

ये ईंधन सेल अपेक्षाकृत कम ऑपरेटिंग तापमान (60-160 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। वे उच्च शक्ति घनत्व की विशेषता रखते हैं, आपको आउटपुट पावर को जल्दी से समायोजित करने की अनुमति देते हैं, और जल्दी से चालू किया जा सकता है। इस प्रकार के तत्वों का नुकसान ईंधन की गुणवत्ता के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं, क्योंकि दूषित ईंधन झिल्ली को नुकसान पहुंचा सकता है। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं की नाममात्र शक्ति 1-100 kW है।

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल मूल रूप से नासा के लिए 1960 के दशक में जनरल इलेक्ट्रिक कॉर्पोरेशन द्वारा विकसित किए गए थे। इस प्रकार का ईंधन सेल एक ठोस अवस्था पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है जिसे प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEM) कहा जाता है। प्रोटॉन प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के माध्यम से आगे बढ़ सकते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से नहीं गुजर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कैथोड और एनोड के बीच संभावित अंतर होता है। उनकी सादगी और विश्वसनीयता के कारण, ऐसे ईंधन कोशिकाओं का उपयोग जेमिनी मानवयुक्त अंतरिक्ष यान पर एक शक्ति स्रोत के रूप में किया गया था।

इस प्रकार के ईंधन सेल का उपयोग विभिन्न प्रकार के उपकरणों के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में किया जाता है, जिसमें प्रोटोटाइप और प्रोटोटाइप शामिल हैं, मोबाइल फोन से लेकर बसों और स्थिर बिजली प्रणालियों तक। कम ऑपरेटिंग तापमान ऐसी कोशिकाओं को विभिन्न प्रकार के जटिल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों को बिजली देने के लिए उपयोग करने की अनुमति देता है। सार्वजनिक और औद्योगिक भवनों के लिए गर्मी और बिजली आपूर्ति के स्रोत के रूप में उनका उपयोग कम कुशल है, जहां बड़ी मात्रा में तापीय ऊर्जा की आवश्यकता होती है। साथ ही, ऐसे तत्व छोटे आवासीय भवनों जैसे गर्म जलवायु वाले क्षेत्रों में बने कॉटेज के लिए बिजली आपूर्ति के स्वायत्त स्रोत के रूप में वादा कर रहे हैं।

तालिका 2 ईंधन सेल प्रकार

वस्तु परक कर्मी तापमान, डिग्री सेल्सियस दक्षता उत्पादन विद्युतीय ऊर्जा), % कुल क्षमता, % ईंधन कोशिकाओं के साथ प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएमएफसी) 60–160 30–35 50–70 ईंधन कोष ऑर्थोफॉस्फोरिक पर आधारित (फॉस्फोरिक) अम्ल (PAFC) 150–200 35 70–80 ईंधन सेल आधारित पिघला हुआ कार्बोनेट (एमसीएफसी) 600–700 45–50 70–80 ठोस अवस्था ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFC) 700–1 000 50–60 70–80

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (पीएएफसी)

इस प्रकार के ईंधन सेल का परीक्षण 1970 के दशक की शुरुआत में ही किया जा चुका था। ऑपरेटिंग तापमान रेंज - 150-200 डिग्री सेल्सियस। आवेदन का मुख्य क्षेत्र मध्यम शक्ति (लगभग 200 किलोवाट) की गर्मी और बिजली की आपूर्ति के स्वायत्त स्रोत हैं।

इन ईंधन कोशिकाओं में प्रयुक्त इलेक्ट्रोलाइट फॉस्फोरिक एसिड का एक समाधान है। इलेक्ट्रोड कार्बन के साथ लेपित कागज से बने होते हैं, जिसमें एक प्लैटिनम उत्प्रेरक फैलाया जाता है।

पीएएफसी ईंधन कोशिकाओं की विद्युत दक्षता 37-42% है। हालांकि, चूंकि ये ईंधन सेल पर्याप्त रूप से उच्च तापमान पर काम करते हैं, इसलिए ऑपरेशन के परिणामस्वरूप उत्पन्न भाप का उपयोग करना संभव है। इस मामले में, समग्र दक्षता 80% तक पहुंच सकती है।

ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए, हाइड्रोजन युक्त फीडस्टॉक को सुधार प्रक्रिया के माध्यम से शुद्ध हाइड्रोजन में परिवर्तित किया जाना चाहिए। उदाहरण के लिए, यदि गैसोलीन का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, तो सल्फर यौगिकों को हटा दिया जाना चाहिए, क्योंकि सल्फर प्लैटिनम उत्प्रेरक को नुकसान पहुंचा सकता है।

पीएएफसी ईंधन सेल आर्थिक रूप से उचित होने वाले पहले वाणिज्यिक ईंधन सेल थे। सबसे आम मॉडल ONSI Corporation (अब यूनाइटेड टेक्नोलॉजीज, इंक.) (चित्र 13) द्वारा निर्मित 200 kW PC25 ईंधन सेल था। उदाहरण के लिए, इन तत्वों का उपयोग न्यूयॉर्क के सेंट्रल पार्क में एक पुलिस स्टेशन में गर्मी और बिजली के स्रोत के रूप में या कोंडे नास्ट बिल्डिंग और फोर टाइम्स स्क्वायर के लिए ऊर्जा के अतिरिक्त स्रोत के रूप में किया जाता है। इस प्रकार के सबसे बड़े संयंत्र का जापान में स्थित 11 मेगावाट बिजली संयंत्र के रूप में परीक्षण किया जा रहा है।

फॉस्फोरिक एसिड पर आधारित ईंधन सेल का उपयोग वाहनों में ऊर्जा स्रोत के रूप में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, 1994 में, H-Power Corp., जॉर्ज टाउन विश्वविद्यालय और अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने 50 kW बिजली संयंत्र के साथ एक बस को सुसज्जित किया।

पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल (एमसीएफसी)

इस प्रकार के ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान - 600-700 डिग्री सेल्सियस पर काम करते हैं। ये ऑपरेटिंग तापमान एक अलग सुधारक की आवश्यकता के बिना, ईंधन को सीधे सेल में ही इस्तेमाल करने की अनुमति देते हैं। इस प्रक्रिया को "आंतरिक सुधार" कहा जाता है। यह ईंधन सेल के डिजाइन को काफी सरल बनाने की अनुमति देता है।

पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित ईंधन कोशिकाओं को एक महत्वपूर्ण स्टार्ट-अप समय की आवश्यकता होती है और उत्पादन शक्ति को जल्दी से समायोजित करने की अनुमति नहीं देते हैं, इसलिए उनके आवेदन का मुख्य क्षेत्र गर्मी और बिजली के बड़े स्थिर स्रोत हैं। हालांकि, वे उच्च ईंधन रूपांतरण दक्षता की विशेषता रखते हैं - 60% विद्युत दक्षता और समग्र दक्षता 85% तक।

इस प्रकार के ईंधन सेल में, इलेक्ट्रोलाइट में पोटेशियम कार्बोनेट और लिथियम कार्बोनेट लवण होते हैं जिन्हें लगभग 650 ° C तक गर्म किया जाता है। इन परिस्थितियों में, लवण एक गलित अवस्था में होते हैं, जिससे एक इलेक्ट्रोलाइट बनता है। एनोड पर, हाइड्रोजन सीओ 3 आयनों के साथ संपर्क करता है, पानी, कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है और बाहरी सर्किट में भेजे गए इलेक्ट्रॉनों को छोड़ता है, और कैथोड पर, ऑक्सीजन बाहरी सर्किट से कार्बन डाइऑक्साइड और इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करता है, फिर से सीओ 3 आयन बनाता है।

इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के प्रयोगशाला नमूने 1950 के दशक के अंत में डच वैज्ञानिकों जी. 1960 के दशक में, 17वीं शताब्दी के एक प्रसिद्ध अंग्रेजी लेखक और वैज्ञानिक के वंशज, इंजीनियर फ्रांसिस टी. बेकन ने इन तत्वों के साथ काम किया, यही वजह है कि एमसीएफसी ईंधन कोशिकाओं को कभी-कभी बेकन तत्वों के रूप में जाना जाता है। नासा के अपोलो, अपोलो-सोयुज और साइलैब कार्यक्रमों ने ऐसे ईंधन कोशिकाओं का उपयोग एक शक्ति स्रोत के रूप में किया (चित्र 14)। उसी वर्षों में, अमेरिकी सैन्य विभाग ने टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा निर्मित एमसीएफसी ईंधन कोशिकाओं के कई नमूनों का परीक्षण किया, जिसमें सेना के ग्रेड गैसोलीन को ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया गया था। 1970 के दशक के मध्य में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त एक स्थिर पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल विकसित करने के लिए अनुसंधान शुरू किया। 1990 के दशक में, 250 kW तक की रेटिंग वाले कई व्यावसायिक प्रतिष्ठानों को परिचालन में लाया गया, जैसे कि कैलिफ़ोर्निया में यूएस नेवल एयर स्टेशन मिरामार। 1996 में, फ्यूलसेल एनर्जी, इंक। सांता क्लारा, कैलिफ़ोर्निया में 2 मेगावाट का प्री-सीरीज़ प्लांट चालू किया गया।

सॉलिड स्टेट ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC)

सॉलिड-स्टेट ऑक्साइड ईंधन सेल डिजाइन में सरल हैं और बहुत उच्च तापमान - 700-1000 डिग्री सेल्सियस पर काम करते हैं। इस तरह के उच्च तापमान अपेक्षाकृत "गंदे", अपरिष्कृत ईंधन के उपयोग की अनुमति देते हैं। पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित ईंधन कोशिकाओं में समान विशेषताएं आवेदन के समान क्षेत्र को निर्धारित करती हैं - गर्मी और बिजली के बड़े स्थिर स्रोत।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल संरचनात्मक रूप से PAFC और MCFC प्रौद्योगिकियों पर आधारित ईंधन कोशिकाओं से भिन्न होते हैं। एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट विशेष ग्रेड के सिरेमिक से बने होते हैं। अक्सर, ज़िरकोनियम ऑक्साइड और कैल्शियम ऑक्साइड का मिश्रण इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग किया जाता है, लेकिन अन्य ऑक्साइड का उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइट एक झरझरा इलेक्ट्रोड सामग्री के साथ दोनों तरफ लेपित क्रिस्टल जाली बनाता है। संरचनात्मक रूप से, ऐसे तत्व ट्यूब या फ्लैट बोर्ड के रूप में बनाए जाते हैं, जिससे उनके निर्माण में इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली तकनीकों का उपयोग करना संभव हो जाता है। नतीजतन, सॉलिड-स्टेट ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत अधिक तापमान पर काम कर सकते हैं, जिससे वे विद्युत और तापीय बिजली उत्पादन दोनों के लिए फायदेमंद हो सकते हैं।

उच्च परिचालन तापमान पर, कैथोड पर ऑक्सीजन आयन बनते हैं, जो क्रिस्टल जाली के माध्यम से एनोड में चले जाते हैं, जहां वे हाइड्रोजन आयनों के साथ बातचीत करते हैं, पानी बनाते हैं और मुक्त इलेक्ट्रॉनों को छोड़ते हैं। ऐसे में प्राकृतिक गैस से हाइड्रोजन सीधे सेल में रिलीज होती है, यानी अलग से रिफॉर्मर की जरूरत नहीं है।

सॉलिड-स्टेट ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के निर्माण के लिए सैद्धांतिक नींव 1930 के दशक के अंत में रखी गई थी, जब स्विस वैज्ञानिकों बाउर (एमिल बाउर) और प्रीस (एच। प्रीस) ने ज़िरकोनियम, येट्रियम, सेरियम, लैंथेनम और टंगस्टन के साथ प्रयोग किया था। इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में।

इस तरह के ईंधन कोशिकाओं के पहले प्रोटोटाइप 1950 के दशक के अंत में कई अमेरिकी और डच कंपनियों द्वारा बनाए गए थे। इनमें से अधिकांश कंपनियों ने जल्द ही तकनीकी कठिनाइयों के कारण आगे के शोध को छोड़ दिया, लेकिन उनमें से एक, वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कार्पोरेशन। (अब "सीमेंस वेस्टिंगहाउस पावर कॉर्पोरेशन"), काम जारी रखा। कंपनी वर्तमान में इस वर्ष अपेक्षित ट्यूबलर टोपोलॉजी सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल के एक वाणिज्यिक मॉडल के लिए प्री-ऑर्डर स्वीकार कर रही है (चित्र 15)। ऐसे तत्वों का बाजार खंड 250 किलोवाट से 5 मेगावाट की क्षमता वाली गर्मी और विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए स्थिर प्रतिष्ठान है।

SOFC प्रकार के ईंधन कोशिकाओं ने बहुत उच्च विश्वसनीयता दिखाई है। उदाहरण के लिए, सीमेंस वेस्टिंगहाउस प्रोटोटाइप ईंधन सेल ने 16,600 घंटे लॉग इन किया है और यह काम करना जारी रखता है, जिससे यह दुनिया में सबसे लंबे समय तक निरंतर ईंधन सेल जीवन बना रहा है।

SOFC ईंधन कोशिकाओं का उच्च तापमान, उच्च दबाव संचालन मोड हाइब्रिड संयंत्रों के निर्माण की अनुमति देता है, जिसमें ईंधन सेल उत्सर्जन बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले गैस टर्बाइनों को चलाता है। इस तरह का पहला हाइब्रिड प्लांट इरविन, कैलिफोर्निया में चल रहा है। इस संयंत्र की रेटेड शक्ति 220 kW है, जिसमें से 200 kW ईंधन सेल से और 20 kW माइक्रोटर्बाइन जनरेटर से है।

दुनिया के सभी क्षेत्रों में बिजली उत्पन्न करने वाले सौर पैनल या पवन चक्कियों से किसी को आश्चर्य नहीं होगा। लेकिन इन उपकरणों से उत्पादन स्थिर नहीं होता है और उस अवधि के दौरान बिजली प्राप्त करने के लिए बैकअप पावर स्रोत स्थापित करना या ग्रिड से कनेक्ट करना आवश्यक है जब अक्षय ऊर्जा सुविधाएं बिजली उत्पन्न नहीं करती हैं। हालांकि, 19वीं शताब्दी में विकसित ऐसे संयंत्र हैं जो बिजली पैदा करने के लिए "वैकल्पिक" ईंधन का उपयोग करते हैं, यानी गैस या तेल उत्पादों को नहीं जलाते हैं। ऐसे इंस्टॉलेशन ईंधन सेल हैं।

निर्माण का इतिहास

फ्यूल सेल (FC) या फ्यूल सेल की खोज 1838-1839 में विलियम ग्रोव (ग्रोव, ग्रोव) द्वारा की गई थी, जब वे पानी के इलेक्ट्रोलिसिस का अध्ययन कर रहे थे।

संदर्भ: पानी का इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अणुओं में विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत पानी के अपघटन की प्रक्रिया है।

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल से बैटरी को डिस्कनेक्ट करने पर, वह यह जानकर हैरान रह गया कि इलेक्ट्रोड ने जारी गैस को अवशोषित करना और करंट उत्पन्न करना शुरू कर दिया। हाइड्रोजन के विद्युत रासायनिक "ठंडे" दहन की प्रक्रिया की खोज ऊर्जा उद्योग में एक महत्वपूर्ण घटना बन गई है। बाद में उन्होंने ग्रोव संचायक बनाया। इस उपकरण में नाइट्रिक एसिड में डूबा हुआ प्लैटिनम इलेक्ट्रोड और जिंक सल्फेट में जिंक इलेक्ट्रोड था। इसने 12 एम्पीयर का करंट और 8 वोल्ट का वोल्टेज उत्पन्न किया। खुद बढ़ो इस निर्माण कहा जाता है "गीली बैटरी". फिर उन्होंने दो प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक बैटरी बनाई। प्रत्येक इलेक्ट्रोड का एक सिरा सल्फ्यूरिक एसिड में था, जबकि दूसरा सिरा हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के कंटेनरों में बंद था। इलेक्ट्रोड के बीच एक स्थिर धारा थी, और कंटेनरों के अंदर पानी की मात्रा बढ़ गई। ग्रो इस उपकरण में पानी को विघटित और सुधारने में सक्षम था।

"बढ़ती बैटरी"

(स्रोत: रॉयल सोसाइटी ऑफ द नेशनल म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री)

शब्द "ईंधन सेल" (अंग्रेजी "ईंधन सेल") केवल 1889 में एल मोंड द्वारा प्रकट हुआ था और
चौधरी लैंगर, जिन्होंने हवा और कोयला गैस से बिजली पैदा करने के लिए एक उपकरण बनाने की कोशिश की।

यह काम किस प्रकार करता है?

ईंधन सेल एक अपेक्षाकृत सरल उपकरण है. इसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं: एक एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) और एक कैथोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड)। इलेक्ट्रोड पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। इसे तेज करने के लिए, इलेक्ट्रोड की सतह को उत्प्रेरक के साथ लेपित किया जाता है। ईंधन सेल एक और तत्व से लैस हैं - एक झिल्ली।ईंधन की रासायनिक ऊर्जा का सीधे विद्युत में रूपांतरण झिल्ली के कार्य के कारण होता है। यह तत्व के दो कक्षों को अलग करता है जिसमें ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति की जाती है। झिल्ली केवल प्रोटॉन की अनुमति देता है, जो ईंधन विभाजन के परिणामस्वरूप प्राप्त होते हैं, एक उत्प्रेरक के साथ लेपित इलेक्ट्रोड पर एक कक्ष से दूसरे कक्ष में जाने के लिए (इलेक्ट्रॉन तब बाहरी सर्किट के माध्यम से चलते हैं)। दूसरे कक्ष में, प्रोटॉन पानी बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों (और ऑक्सीजन परमाणुओं) के साथ पुनर्संयोजन करते हैं।

हाइड्रोजन ईंधन सेल का कार्य सिद्धांत

रासायनिक स्तर पर, ईंधन ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया सामान्य दहन (ऑक्सीकरण) प्रक्रिया के समान होती है।

ऑक्सीजन में सामान्य दहन के दौरान, कार्बनिक ईंधन का ऑक्सीकरण होता है, और ईंधन की रासायनिक ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। आइए देखें कि इलेक्ट्रोलाइट माध्यम में और इलेक्ट्रोड की उपस्थिति में ऑक्सीजन द्वारा हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होने पर क्या होता है।

एक क्षारीय वातावरण में स्थित इलेक्ट्रोड को हाइड्रोजन की आपूर्ति करके, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

जैसा कि आप देख सकते हैं, हमें इलेक्ट्रॉन मिलते हैं, जो बाहरी सर्किट से गुजरते हुए, विपरीत इलेक्ट्रोड में प्रवेश करते हैं, जिसमें ऑक्सीजन प्रवेश करती है और जहां प्रतिक्रिया होती है:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

यह देखा जा सकता है कि परिणामी प्रतिक्रिया 2H 2 + O 2 → H 2 O पारंपरिक दहन के समान है, लेकिन ईंधन सेल बिजली और कुछ गर्मी उत्पन्न करता है.

ईंधन सेल के प्रकार

FC को अभिक्रिया के लिए प्रयुक्त इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कोयला, कार्बन मोनोऑक्साइड, अल्कोहल, हाइड्राज़िन और अन्य कार्बनिक पदार्थों का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में ईंधन के रूप में भी किया जा सकता है, और हवा, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, क्लोरीन, ब्रोमीन, नाइट्रिक एसिड, आदि का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंटों के रूप में किया जा सकता है।

ईंधन सेल दक्षता

ईंधन सेल की एक विशेषता है दक्षता पर कोई कठोर सीमा नहींएक ताप इंजन की तरह।

मदद: दक्षताकार्नोट चक्र समान न्यूनतम और अधिकतम तापमान वाले सभी ताप इंजनों में अधिकतम संभव दक्षता है।

इसलिए, सिद्धांत रूप में ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 100% से अधिक हो सकती है। कई लोग मुस्कुराए और सोचा, "सतत गति मशीन का आविष्कार किया गया है।" नहीं, यह स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में वापस जाने लायक है। ईंधन सेल रासायनिक ऊर्जा के विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण पर आधारित है। यहीं चमत्कार होते हैं। प्रक्रिया में कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएं पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित कर सकती हैं।

संदर्भ: ऊष्माशोषी अभिक्रियाएँ ऊष्मा के अवशोषण के साथ होने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ हैं। एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए, थैलेपी और आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन के सकारात्मक मूल्य होते हैं (Δएच >0, Δ यू > 0), इस प्रकार, प्रतिक्रिया उत्पादों में मूल घटकों की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है।

ऐसी प्रतिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण है, जिसका उपयोग अधिकांश ईंधन कोशिकाओं में किया जाता है। इसलिए, सैद्धांतिक रूप से, दक्षता 100% से अधिक हो सकती है। लेकिन आज, ईंधन सेल ऑपरेशन के दौरान गर्म हो जाते हैं और पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित नहीं कर पाते हैं।

संदर्भ: यह सीमा ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम द्वारा लगाई गई है। गर्मी को "ठंडे" शरीर से "गर्म" शरीर में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया संभव नहीं है।

साथ ही, गैर-संतुलन प्रक्रियाओं से जुड़े नुकसान भी हैं। जैसे: इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड की विशिष्ट चालकता के कारण ओमिक नुकसान, सक्रियण और एकाग्रता ध्रुवीकरण, प्रसार नुकसान। नतीजतन, ईंधन कोशिकाओं में उत्पन्न ऊर्जा का हिस्सा गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। इसलिए, ईंधन सेल स्थायी गति मशीन नहीं हैं और उनकी दक्षता 100% से कम है। लेकिन इनकी दक्षता अन्य मशीनों की तुलना में अधिक होती है। आज ईंधन सेल दक्षता 80% तक पहुंच जाती है.

संदर्भ:चालीस के दशक में, अंग्रेजी इंजीनियर टी। बेकन ने 6 kW की कुल शक्ति और 80% की दक्षता के साथ एक ईंधन सेल बैटरी का डिजाइन और निर्माण किया, जो शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर चल रही थी, लेकिन बैटरी का पावर-टू-वेट अनुपात बदल गया बहुत छोटा होना - ऐसे सेल व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त और बहुत महंगे थे (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/)।

ईंधन सेल मुद्दे

लगभग सभी ईंधन सेल हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं, इसलिए तार्किक प्रश्न यह है: "मैं इसे कहाँ से प्राप्त कर सकता हूँ?"

ऐसा लगता है कि इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप एक ईंधन सेल की खोज की गई थी, इसलिए आप इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप जारी हाइड्रोजन का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन आइए इस प्रक्रिया पर करीब से नज़र डालें।

फैराडे के नियम के अनुसार: किसी पदार्थ की मात्रा जो एनोड पर ऑक्सीकृत होती है या कैथोड पर कम हो जाती है, इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के समानुपाती होती है। इसका मतलब है कि अधिक हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए, आपको अधिक बिजली खर्च करने की आवश्यकता है। जल इलेक्ट्रोलिसिस के मौजूदा तरीके एकता से कम दक्षता के साथ चलते हैं। फिर हम परिणामी हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में करते हैं, जहां दक्षता भी एकता से कम होती है। इसलिए, हम जितना उत्पन्न कर सकते हैं उससे अधिक ऊर्जा खर्च करेंगे।

बेशक, प्राकृतिक गैस से प्राप्त हाइड्रोजन का भी उपयोग किया जा सकता है। हाइड्रोजन उत्पादन की यह विधि सबसे सस्ती और सबसे लोकप्रिय बनी हुई है। वर्तमान में, दुनिया भर में उत्पादित हाइड्रोजन का लगभग 50% प्राकृतिक गैस से प्राप्त होता है। लेकिन हाइड्रोजन के भंडारण और परिवहन में समस्या है। हाइड्रोजन का घनत्व कम होता है ( एक लीटर हाइड्रोजन का वजन 0.0846 ग्राम होता है), इसलिए, इसे लंबी दूरी तक ले जाने के लिए, इसे संपीड़ित किया जाना चाहिए। और यह अतिरिक्त ऊर्जा और नकद लागत है। इसके अलावा, सुरक्षा के बारे में मत भूलना।

हालाँकि, यहाँ एक समाधान भी है - तरल हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एथिल या मिथाइल अल्कोहल। सच है, यहां पहले से ही एक विशेष अतिरिक्त उपकरण की आवश्यकता है - एक उच्च तापमान पर एक ईंधन कनवर्टर (मेथनॉल के लिए यह लगभग 240 डिग्री सेल्सियस होगा) अल्कोहल को गैसीय एच 2 और सीओ 2 के मिश्रण में परिवर्तित करना। लेकिन इस मामले में पोर्टेबिलिटी के बारे में सोचना पहले से ही अधिक कठिन है - ऐसे उपकरण स्थिर या कार जनरेटर के रूप में उपयोग करने के लिए अच्छे हैं, लेकिन कॉम्पैक्ट मोबाइल उपकरणों के लिए आपको कुछ कम भारी चाहिए।

उत्प्रेरक

ईंधन सेल में प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए, एनोड सतह आमतौर पर उत्प्रेरक होती है। कुछ समय पहले तक, प्लैटिनम का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता था। इसलिए, ईंधन सेल की लागत अधिक थी। दूसरे, प्लैटिनम अपेक्षाकृत दुर्लभ धातु है। विशेषज्ञों के अनुसार, ईंधन कोशिकाओं के औद्योगिक उत्पादन में, प्लैटिनम के खोजे गए भंडार 15-20 वर्षों में समाप्त हो जाएंगे। लेकिन दुनिया भर के वैज्ञानिक प्लैटिनम को अन्य सामग्रियों से बदलने की कोशिश कर रहे हैं। वैसे, उनमें से कुछ ने अच्छे परिणाम प्राप्त किए। इसलिए चीनी वैज्ञानिकों ने प्लैटिनम को कैल्शियम ऑक्साइड से बदल दिया (स्रोत: www.cheburek.net)।

ईंधन सेल का उपयोग करना

1959 में पहली बार ऑटोमोटिव तकनीक में एक ईंधन सेल का परीक्षण किया गया था। एलिस-चेम्बर्स ट्रैक्टर ने संचालित करने के लिए 1008 बैटरी का उपयोग किया था। ईंधन गैसों का मिश्रण था, मुख्यतः प्रोपेन और ऑक्सीजन।

स्रोत: http://www.planetseed.com/

60 के दशक के मध्य से, "अंतरिक्ष दौड़" की ऊंचाई पर, अंतरिक्ष यान के निर्माता ईंधन कोशिकाओं में रुचि रखने लगे। हजारों वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के काम ने एक नए स्तर तक पहुंचना संभव बना दिया, और 1965 में। ईंधन कोशिकाओं का परीक्षण संयुक्त राज्य अमेरिका में जेमिनी 5 अंतरिक्ष यान पर और बाद में अपोलो अंतरिक्ष यान पर चंद्रमा की उड़ानों के लिए और शटल कार्यक्रम के तहत किया गया था। यूएसएसआर में, एनपीओ क्वांट में ईंधन सेल विकसित किए गए थे, अंतरिक्ष में उपयोग के लिए भी (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/)।

चूंकि ईंधन सेल में हाइड्रोजन दहन का अंतिम उत्पाद पानी है, इसलिए उन्हें पर्यावरणीय प्रभाव के मामले में सबसे स्वच्छ माना जाता है। इसलिए, पारिस्थितिकी में सामान्य रुचि की पृष्ठभूमि के खिलाफ ईंधन कोशिकाओं ने अपनी लोकप्रियता हासिल करना शुरू कर दिया।

पहले से ही होंडा, फोर्ड, निसान और मर्सिडीज-बेंज जैसे कार निर्माताओं ने हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं द्वारा संचालित वाहन बनाए हैं।

मर्सिडीज-बेंज - हाइड्रोजन द्वारा संचालित एनर-जी-फोर्स

हाइड्रोजन पर कारों का उपयोग करते समय, हाइड्रोजन भंडारण की समस्या हल हो जाती है। हाइड्रोजन फिलिंग स्टेशनों के निर्माण से कहीं भी ईंधन भरना संभव हो जाएगा। इसके अलावा, गैस स्टेशन पर इलेक्ट्रिक कार को चार्ज करने की तुलना में हाइड्रोजन से कार भरना तेज है। लेकिन ऐसी परियोजनाओं को लागू करते समय उन्हें इलेक्ट्रिक वाहनों जैसी समस्या का सामना करना पड़ा। लोग हाइड्रोजन कार में "स्थानांतरित" करने के लिए तैयार हैं यदि उनके लिए एक बुनियादी ढांचा है। और पर्याप्त संख्या में उपभोक्ता होने पर गैस स्टेशनों का निर्माण शुरू हो जाएगा। इसलिए, हम फिर से अंडे और चिकन की दुविधा में आ गए।

मोबाइल फोन और लैपटॉप में फ्यूल सेल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वे दिन गए जब सप्ताह में एक बार फोन चार्ज किया जाता था। अब फोन लगभग हर दिन चार्ज हो रहा है, और लैपटॉप बिना नेटवर्क के 3-4 घंटे तक काम करता है। इसलिए, मोबाइल प्रौद्योगिकी निर्माताओं ने चार्जिंग और काम करने के लिए फोन और लैपटॉप के साथ एक ईंधन सेल को संश्लेषित करने का फैसला किया। उदाहरण के लिए, 2003 में तोशिबा मेथनॉल ईंधन सेल के तैयार प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया। यह लगभग 100mW की शक्ति देता है। मेथनॉल के 2 क्यूब्स (99.5%) का एक रिफिल एमपी3 प्लेयर के 20 घंटे के संचालन के लिए पर्याप्त है। फिर से, उसी "तोशिबा" ने 275x75x40 मिमी लैपटॉप बिजली आपूर्ति तत्व का प्रदर्शन किया, जो कंप्यूटर को एक बार चार्ज करने पर 5 घंटे तक काम करने की अनुमति देता है।

लेकिन कुछ निर्माता आगे बढ़ गए हैं। PowerTrekk ने इसी नाम का एक चार्जर जारी किया है। पॉवरट्रैक दुनिया का पहला वाटर चार्जर है। इसे इस्तेमाल करना बहुत ही आसान है। USB केबल के माध्यम से तत्काल बिजली प्रदान करने के लिए PowerTrekk को पानी जोड़ने की आवश्यकता है। इस ईंधन सेल में सिलिकॉन पाउडर और सोडियम सिलिकाइड (NaSi) होता है, जब पानी में मिलाया जाता है, तो यह संयोजन हाइड्रोजन उत्पन्न करता है। हाइड्रोजन ईंधन सेल में ही हवा के साथ मिश्रित होता है, और यह हाइड्रोजन को अपने झिल्ली प्रोटॉन एक्सचेंज के माध्यम से बिना पंखे या पंप के बिजली में परिवर्तित करता है। आप ऐसा पोर्टेबल चार्जर 149 € में खरीद सकते हैं (

ईंधन सेल (इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर) ऊर्जा पैदा करने का एक बहुत ही कुशल, टिकाऊ, विश्वसनीय और पर्यावरण के अनुकूल तरीका है। प्रारंभ में, उनका उपयोग केवल अंतरिक्ष उद्योग में किया जाता था, लेकिन आज विभिन्न क्षेत्रों में विद्युत रासायनिक जनरेटर का तेजी से उपयोग किया जाता है: ये मोबाइल फोन और लैपटॉप, वाहन इंजन, इमारतों के लिए स्वायत्त बिजली की आपूर्ति और स्थिर बिजली संयंत्रों के लिए बिजली की आपूर्ति हैं। इनमें से कुछ उपकरण प्रयोगशाला प्रोटोटाइप के रूप में काम करते हैं, कुछ का उपयोग प्रदर्शन उद्देश्यों के लिए किया जाता है या पूर्व-श्रृंखला परीक्षण से गुजर रहा है। हालांकि, कई मॉडल पहले से ही वाणिज्यिक परियोजनाओं में उपयोग किए जाते हैं और बड़े पैमाने पर उत्पादित होते हैं।

उपकरण

ईंधन सेल विद्युत रासायनिक उपकरण हैं जो मौजूदा रासायनिक ऊर्जा की विद्युत ऊर्जा में उच्च रूपांतरण दर प्रदान करने में सक्षम हैं।

ईंधन सेल डिवाइस में तीन मुख्य भाग शामिल हैं:

1. विद्युत उत्पादन अनुभाग;
2. CPU;
3. वोल्टेज ट्रांसफॉर्मर।

ईंधन सेल का मुख्य भाग बिजली उत्पादन खंड है, जो व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं से बनी बैटरी है। ईंधन सेल इलेक्ट्रोड की संरचना में एक प्लैटिनम उत्प्रेरक शामिल है। इन सेल्स की मदद से डायरेक्ट इलेक्ट्रिक करंट पैदा होता है।

इन उपकरणों में से एक में निम्नलिखित विशेषताएं हैं: 155 वोल्ट के वोल्टेज पर, 1400 एम्पीयर जारी किए जाते हैं। बैटरी के आयाम 0.9 मीटर चौड़ाई और ऊंचाई के साथ-साथ 2.9 मीटर लंबाई में हैं। इसमें विद्युत रासायनिक प्रक्रिया 177 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर की जाती है, जिसके लिए स्टार्ट-अप के समय बैटरी को गर्म करने की आवश्यकता होती है, साथ ही इसके संचालन के दौरान गर्मी हटाने की भी आवश्यकता होती है। इस प्रयोजन के लिए, ईंधन सेल की संरचना में एक अलग जल सर्किट शामिल है, जिसमें बैटरी भी शामिल है जो विशेष शीतलन प्लेटों से सुसज्जित है।

ईंधन प्रक्रिया प्राकृतिक गैस को हाइड्रोजन में परिवर्तित करती है, जो एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक है। ईंधन प्रोसेसर का मुख्य तत्व सुधारक है। इसमें, प्राकृतिक गैस (या अन्य हाइड्रोजन युक्त ईंधन) निकल उत्प्रेरक की क्रिया के तहत जल वाष्प के साथ उच्च दबाव और उच्च तापमान (लगभग 900 डिग्री सेल्सियस) पर बातचीत करती है।

सुधारक के आवश्यक तापमान को बनाए रखने के लिए एक बर्नर है। सुधार के लिए आवश्यक भाप घनीभूत से उत्पन्न होती है। ईंधन सेल स्टैक में एक अस्थिर प्रत्यक्ष धारा बनाई जाती है, और इसे परिवर्तित करने के लिए एक वोल्टेज कनवर्टर का उपयोग किया जाता है।

वोल्टेज कनवर्टर इकाई में भी हैं:

• डिवाइसेज को कंट्रोल करें।
• सुरक्षा इंटरलॉक सर्किट जो विभिन्न दोषों पर ईंधन सेल को बंद कर देते हैं।

परिचालन सिद्धांत

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ सबसे सरल तत्व में एक बहुलक झिल्ली होती है जो एनोड और कैथोड के साथ-साथ कैथोड और एनोड उत्प्रेरक के बीच स्थित होती है। बहुलक झिल्ली का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है।

• प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली छोटी मोटाई के पतले ठोस कार्बनिक यौगिक की तरह दिखती है। यह झिल्ली इलेक्ट्रोलाइट के रूप में काम करती है, पानी की उपस्थिति में यह पदार्थ को नकारात्मक और साथ ही सकारात्मक चार्ज आयनों में अलग करती है।
• ऑक्सीकरण एनोड पर शुरू होता है, और कैथोड में कमी होती है। पीईएम सेल में कैथोड और एनोड एक झरझरा पदार्थ से बने होते हैं, यह प्लैटिनम और कार्बन कणों का मिश्रण होता है। प्लेटिनम एक उत्प्रेरक के रूप में कार्य करता है, जो पृथक्करण प्रतिक्रिया को बढ़ावा देता है। कैथोड और एनोड को झरझरा बनाया जाता है ताकि ऑक्सीजन और हाइड्रोजन स्वतंत्र रूप से उनमें से गुजर सकें।
• एनोड और कैथोड दो धातु प्लेटों के बीच स्थित होते हैं, वे कैथोड और एनोड को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन की आपूर्ति करते हैं, और विद्युत ऊर्जा, गर्मी और पानी को हटाते हैं।
• प्लेट में चैनलों के माध्यम से, हाइड्रोजन अणु एनोड में प्रवेश करते हैं, जहां अणु परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं।
• रासायनिक अधिशोषण के परिणामस्वरूप, उत्प्रेरक के संपर्क में आने पर, हाइड्रोजन परमाणु धनावेशित हाइड्रोजन आयनों H+, यानी प्रोटॉन में परिवर्तित हो जाते हैं।
• प्रोटॉन झिल्ली के माध्यम से कैथोड में फैलते हैं, और इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह एक विशेष बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से कैथोड में जाता है। इससे एक भार जुड़ा होता है, अर्थात विद्युत ऊर्जा का उपभोक्ता।
• कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन, जब उजागर होती है, बाहरी विद्युत सर्किट से इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली से हाइड्रोजन आयनों के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है। इस रासायनिक प्रतिक्रिया का परिणाम पानी है।

अन्य प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में होने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया (उदाहरण के लिए, ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड H3PO4 के रूप में एक अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट के साथ) एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ एक उपकरण की प्रतिक्रिया के समान है।

प्रकार

फिलहाल, कई प्रकार की ईंधन कोशिकाओं को जाना जाता है, जो इस्तेमाल किए गए इलेक्ट्रोलाइट की संरचना में भिन्न होती हैं:

• ऑर्थोफोस्फोरिक या फॉस्फोरिक एसिड (पीएएफसी, फॉस्फोरिक एसिड फ्यूल सेल) पर आधारित ईंधन सेल।
• प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEMFC, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल) वाले उपकरण।
• सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC, सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल)।
• पिघला हुआ कार्बोनेट (एमसीएफसी, पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल) पर आधारित विद्युत रासायनिक जनरेटर।

फिलहाल, PAFC तकनीक का उपयोग करने वाले विद्युत रासायनिक जनरेटर अधिक व्यापक हो गए हैं।

आवेदन पत्र

आज, स्पेस शटल, पुन: प्रयोज्य अंतरिक्ष वाहनों में ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है। वे 12W इकाइयों का उपयोग करते हैं। वे अंतरिक्ष यान में सभी बिजली उत्पन्न करते हैं। पानी, जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान बनता है, का उपयोग पीने के लिए किया जाता है, जिसमें शीतलन उपकरण भी शामिल है।

सोवियत बुरान, एक पुन: प्रयोज्य जहाज को बिजली देने के लिए विद्युत रासायनिक जनरेटर का भी उपयोग किया गया था।

नागरिक क्षेत्र में ईंधन कोशिकाओं का भी उपयोग किया जाता है।

• 5-250 किलोवाट और उससे अधिक की क्षमता वाले स्थिर प्रतिष्ठान। उनका उपयोग औद्योगिक, सार्वजनिक और आवासीय भवनों की गर्मी और बिजली आपूर्ति, आपातकालीन और बैकअप बिजली आपूर्ति, निर्बाध बिजली आपूर्ति के लिए स्वायत्त स्रोतों के रूप में किया जाता है।
• 1-50 kW की शक्ति वाली पोर्टेबल इकाइयाँ। इनका उपयोग अंतरिक्ष उपग्रहों और जहाजों के लिए किया जाता है। गोल्फ कार्ट, व्हीलचेयर, रेलवे और फ्रेट रेफ्रिजरेटर, सड़क संकेत के लिए उदाहरण बनाए गए हैं।
• 25-150 kW की क्षमता वाली मोबाइल इकाइयाँ। इनका इस्तेमाल कारों और अन्य वाहनों सहित युद्धपोतों और पनडुब्बियों में किया जाने लगा है। रेनॉल्ट, नियोप्लान, टोयोटा, वोक्सवैगन, हुंडई, निसान, वीएजेड, जनरल मोटर्स, होंडा, फोर्ड और अन्य जैसे ऑटोमोटिव दिग्गजों द्वारा प्रोटोटाइप पहले ही बनाए जा चुके हैं।
• 1-500 W की शक्ति वाले सूक्ष्म उपकरण। वे उन्नत हैंडहेल्ड कंप्यूटर, लैपटॉप, उपभोक्ता इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों, मोबाइल फोन, आधुनिक सैन्य उपकरणों में आवेदन पाते हैं।

peculiarities

• प्रत्येक ईंधन सेल में रासायनिक प्रतिक्रिया की कुछ ऊर्जा ऊष्मा के रूप में निकलती है। शीतलन की आवश्यकता है। बाहरी सर्किट में, इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह कार्य करने के लिए उपयोग की जाने वाली प्रत्यक्ष धारा बनाता है। हाइड्रोजन आयनों की गति की समाप्ति या बाहरी सर्किट के खुलने से रासायनिक प्रतिक्रिया समाप्त हो जाती है।
• ईंधन सेल बनाने वाली बिजली की मात्रा गैस के दबाव, तापमान, ज्यामितीय आयामों और ईंधन सेल के प्रकार से निर्धारित होती है। प्रतिक्रिया से उत्पन्न बिजली की मात्रा बढ़ाने के लिए, ईंधन कोशिकाओं के आकार को बड़ा करना संभव है, लेकिन व्यवहार में, कई तत्वों का उपयोग किया जाता है, जो बैटरी में संयुक्त होते हैं।
• कुछ प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में रासायनिक प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है। यही है, जब इलेक्ट्रोड पर एक संभावित अंतर लागू किया जाता है, तो पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विघटित किया जा सकता है, जिसे झरझरा इलेक्ट्रोड पर एकत्र किया जाएगा। लोड को शामिल करने के साथ, ऐसा ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करेगा।

संभावनाओं

वर्तमान में, ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में उपयोग के लिए विद्युत रासायनिक जनरेटर को बड़ी प्रारंभिक लागत की आवश्यकता होती है। उच्च चालकता, कुशल और सस्ते उत्प्रेरक के साथ अधिक स्थिर झिल्ली की शुरूआत के साथ, हाइड्रोजन के वैकल्पिक स्रोत, ईंधन सेल अत्यधिक आर्थिक रूप से आकर्षक हो जाएंगे और हर जगह पेश किए जाएंगे।

• कारें फ्यूल सेल से चलेंगी, इनमें इंटरनल कम्बशन इंजन बिल्कुल नहीं होंगे। पानी या ठोस अवस्था हाइड्रोजन का उपयोग ऊर्जा स्रोत के रूप में किया जाएगा। ईंधन भरना आसान और सुरक्षित होगा, और ड्राइविंग पर्यावरण के अनुकूल होगी - केवल जल वाष्प उत्पन्न होगी।
• सभी भवनों के अपने पोर्टेबल ईंधन सेल बिजली जनरेटर होंगे।
• इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर सभी बैटरियों को बदल देंगे और किसी भी इलेक्ट्रॉनिक्स और घरेलू उपकरणों में होंगे।

फायदे और नुकसान

प्रत्येक प्रकार के ईंधन सेल के अपने फायदे और नुकसान होते हैं। कुछ को उच्च गुणवत्ता वाले ईंधन की आवश्यकता होती है, अन्य के पास एक जटिल डिजाइन होता है और उच्च परिचालन तापमान की आवश्यकता होती है।

सामान्य तौर पर, ईंधन कोशिकाओं के निम्नलिखित लाभों का संकेत दिया जा सकता है:

• पर्यावरण के लिए सुरक्षा;
• विद्युत रासायनिक जनरेटर को रिचार्ज करने की आवश्यकता नहीं है;
• विद्युत रासायनिक जनरेटर लगातार ऊर्जा पैदा कर सकते हैं, वे बाहरी परिस्थितियों की परवाह नहीं करते हैं;
• स्केल और पोर्टेबिलिटी के मामले में लचीलापन।

नुकसान में से हैं:

• ईंधन भंडारण और परिवहन के साथ तकनीकी कठिनाइयाँ;
• डिवाइस के अपूर्ण तत्व: उत्प्रेरक, झिल्ली, और इसी तरह।

ईंधन सेल ( ईंधन सेल) एक उपकरण है जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। यह एक पारंपरिक बैटरी के सिद्धांत के समान है, लेकिन इसमें अंतर है कि इसके संचालन के लिए विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया होने के लिए बाहर से पदार्थों की निरंतर आपूर्ति की आवश्यकता होती है। ईंधन कोशिकाओं को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आपूर्ति की जाती है, और उत्पादन बिजली, पानी और गर्मी है। उनके फायदों में पर्यावरण मित्रता, विश्वसनीयता, स्थायित्व और संचालन में आसानी शामिल है। पारंपरिक बैटरियों के विपरीत, जब तक ईंधन उपलब्ध है, इलेक्ट्रोकेमिकल कन्वर्टर्स लगभग अनिश्चित काल तक काम कर सकते हैं। पूरी तरह चार्ज होने तक उन्हें घंटों तक चार्ज करने की आवश्यकता नहीं है। इसके अलावा, इंजन बंद होने पर कार को पार्क करने के दौरान सेल स्वयं बैटरी चार्ज कर सकते हैं।

हाइड्रोजन वाहनों में प्रोटॉन मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) और सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) सबसे व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।

एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली वाला एक ईंधन सेल निम्नानुसार संचालित होता है। एनोड और कैथोड के बीच एक विशेष झिल्ली और प्लेटिनम-लेपित उत्प्रेरक होते हैं। हाइड्रोजन एनोड में प्रवेश करती है, और ऑक्सीजन कैथोड में प्रवेश करती है (उदाहरण के लिए, हवा से)। एनोड पर, हाइड्रोजन उत्प्रेरक की सहायता से प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विघटित हो जाता है। हाइड्रोजन प्रोटॉन झिल्ली से गुजरते हैं और कैथोड में प्रवेश करते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट में छोड़ दिया जाता है (झिल्ली उन्हें अंदर नहीं जाने देती)। इस प्रकार प्राप्त संभावित अंतर एक विद्युत प्रवाह की उपस्थिति की ओर जाता है। कैथोड की ओर, हाइड्रोजन प्रोटॉन ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होते हैं। नतीजतन, जल वाष्प का उत्पादन होता है, जो कार निकास गैसों का मुख्य तत्व है। उच्च दक्षता रखने वाले, पीईएम कोशिकाओं में एक महत्वपूर्ण कमी है - उनके संचालन के लिए शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है, जिसका भंडारण एक गंभीर समस्या है।

अगर ऐसा उत्प्रेरक मिल जाए जो इन सेलों में महंगे प्लैटिनम की जगह ले लेगा, तो बिजली पैदा करने के लिए तुरंत एक सस्ता ईंधन सेल बनाया जाएगा, जिसका मतलब है कि दुनिया को तेल पर निर्भरता से छुटकारा मिल जाएगा।

ठोस ऑक्साइड कोशिकाएं

सॉलिड ऑक्साइड SOFC सेल ईंधन शुद्धता पर बहुत कम मांग करते हैं। इसके अलावा, एक POX सुधारक (आंशिक ऑक्सीकरण - आंशिक ऑक्सीकरण) के उपयोग के लिए धन्यवाद, ऐसी कोशिकाएं ईंधन के रूप में साधारण गैसोलीन का उपभोग कर सकती हैं। गैसोलीन को सीधे बिजली में बदलने की प्रक्रिया इस प्रकार है। एक विशेष उपकरण में - एक सुधारक, लगभग 800 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर, गैसोलीन वाष्पित हो जाता है और अपने घटक तत्वों में विघटित हो जाता है।

यह हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड छोड़ता है। इसके अलावा, तापमान के प्रभाव में भी और SOFC की मदद से (ज़िरकोनियम ऑक्साइड पर आधारित एक झरझरा सिरेमिक सामग्री से मिलकर), हाइड्रोजन को हवा में ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है। गैसोलीन से हाइड्रोजन प्राप्त करने के बाद, प्रक्रिया ऊपर वर्णित परिदृश्य के अनुसार आगे बढ़ती है, केवल एक अंतर के साथ: एसओएफसी ईंधन सेल, हाइड्रोजन पर चलने वाले उपकरणों के विपरीत, मूल ईंधन में विदेशी अशुद्धियों के प्रति कम संवेदनशील होता है। तो गैसोलीन की गुणवत्ता को ईंधन सेल के प्रदर्शन को प्रभावित नहीं करना चाहिए।

SOFC (650-800 डिग्री) का उच्च परिचालन तापमान एक महत्वपूर्ण खामी है, वार्म-अप प्रक्रिया में लगभग 20 मिनट लगते हैं। हालांकि, अतिरिक्त गर्मी कोई समस्या नहीं है, क्योंकि यह पूरी तरह से सुधारक और ईंधन सेल द्वारा उत्पादित शेष हवा और निकास गैसों द्वारा पूरी तरह से हटा दी जाती है। यह SOFC सिस्टम को थर्मली इंसुलेटेड हाउसिंग में स्टैंड-अलोन डिवाइस के रूप में वाहन में एकीकृत करने की अनुमति देता है।

मॉड्यूलर संरचना आपको श्रृंखला में मानक कोशिकाओं के एक सेट को जोड़कर आवश्यक वोल्टेज प्राप्त करने की अनुमति देती है। और, शायद सबसे महत्वपूर्ण बात, ऐसे उपकरणों की शुरूआत के दृष्टिकोण से, SOFC में बहुत महंगे प्लैटिनम-आधारित इलेक्ट्रोड नहीं हैं। यह इन तत्वों की उच्च लागत है जो पीईएमएफसी प्रौद्योगिकी के विकास और प्रसार में बाधाओं में से एक है।

ईंधन कोशिकाओं के प्रकार

वर्तमान में, इस प्रकार के ईंधन सेल हैं:

• ए.एफ.सी.- क्षारीय ईंधन सेल (क्षारीय ईंधन सेल);
• पीएएफसी- फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल);
• पीईएमएफसी- प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वाला फ्यूल सेल);
• डीएमएफसी- प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल (प्रत्यक्ष मेथनॉल अपघटन के साथ ईंधन सेल);
• एमसीएफसी- पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन सेल (पिघला हुआ कार्बोनेट का ईंधन सेल);
• SOFC- ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल)।

ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं के लाभ

एक ईंधन सेल / सेल एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन युक्त ईंधन से कुशलतापूर्वक प्रत्यक्ष वर्तमान और गर्मी उत्पन्न करता है।

एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है जिसमें यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट शामिल हैं। हालांकि, बैटरी के विपरीत, ईंधन सेल/सेल विद्युत ऊर्जा को स्टोर नहीं कर सकते हैं, डिस्चार्ज नहीं करते हैं, और उन्हें रिचार्ज करने के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं होती है। ईंधन सेल/सेल लगातार बिजली पैदा कर सकते हैं जब तक उनके पास ईंधन और हवा की आपूर्ति है।

अन्य बिजली जनरेटर जैसे कि आंतरिक दहन इंजन या गैस, कोयला, तेल, आदि द्वारा संचालित टर्बाइन के विपरीत, ईंधन सेल / सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। इसका मतलब है कोई शोर उच्च दबाव रोटर्स, कोई जोरदार निकास शोर नहीं, कोई कंपन नहीं। ईंधन सेल/सेल एक मूक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करते हैं। ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं की एक अन्य विशेषता यह है कि वे ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली, गर्मी और पानी में परिवर्तित करते हैं।

ईंधन सेल अत्यधिक कुशल होते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और नाइट्रस ऑक्साइड जैसी बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। ऑपरेशन के दौरान उत्सर्जित एकमात्र उत्पाद भाप के रूप में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड की एक छोटी मात्रा है, जो शुद्ध हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने पर बिल्कुल भी उत्सर्जित नहीं होता है। ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं को असेंबलियों में और फिर व्यक्तिगत कार्यात्मक मॉड्यूल में इकट्ठा किया जाता है।

ईंधन सेल/सेल विकास का इतिहास

1950 और 1960 के दशक में, ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक का जन्म नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) की लंबी अवधि के अंतरिक्ष मिशनों के लिए ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता से हुआ था। नासा का अल्कलाइन फ्यूल सेल/सेल हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को ईंधन के रूप में उपयोग करता है, दोनों को एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में मिलाता है। उत्पादन अंतरिक्ष यान में उपयोगी तीन प्रतिक्रिया उप-उत्पाद हैं - अंतरिक्ष यान को बिजली देने के लिए बिजली, पीने और शीतलन प्रणाली के लिए पानी, और अंतरिक्ष यात्रियों को गर्म रखने के लिए गर्मी।

ईंधन कोशिकाओं की खोज 19वीं शताब्दी की शुरुआत में हुई थी। ईंधन कोशिकाओं के प्रभाव का पहला प्रमाण 1838 में प्राप्त हुआ था।

1930 के दशक के अंत में, क्षारीय ईंधन कोशिकाओं पर काम शुरू हुआ, और 1939 तक उच्च दबाव निकल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक सेल का निर्माण किया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, ब्रिटिश नौसेना की पनडुब्बियों के लिए ईंधन कोशिकाओं / कोशिकाओं को विकसित किया गया था और 1958 में एक ईंधन संयोजन जिसमें क्षारीय ईंधन कोशिकाओं / कोशिकाओं का व्यास 25 सेमी से अधिक था, को पेश किया गया था।

1950 और 1960 के दशक में और 1980 के दशक में भी जब औद्योगिक जगत ने ईंधन तेल की कमी का अनुभव किया, तब ब्याज में वृद्धि हुई। इसी अवधि में विश्व के देश भी वायु प्रदूषण की समस्या से चिंतित हो गए और पर्यावरण के अनुकूल बिजली पैदा करने के तरीकों पर विचार किया। वर्तमान में, ईंधन सेल/सेल प्रौद्योगिकी तेजी से विकास के दौर से गुजर रही है।

फ्यूल सेल/सेल कैसे काम करते हैं

ईंधन सेल/सेल इलेक्ट्रोलाइट, कैथोड और एनोड का उपयोग करके चल रही विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली और गर्मी उत्पन्न करते हैं।

एनोड और कैथोड को एक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किया जाता है जो प्रोटॉन का संचालन करता है। हाइड्रोजन के एनोड में प्रवेश करने के बाद और ऑक्सीजन कैथोड में प्रवेश करने के बाद, एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह, गर्मी और पानी उत्पन्न होता है।

एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड तक ले जाया जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से और एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से पारित किया जाता है, जिससे एक प्रत्यक्ष करंट बनता है जिसका उपयोग बिजली उपकरणों के लिए किया जा सकता है। कैथोड उत्प्रेरक पर, एक ऑक्सीजन अणु एक इलेक्ट्रॉन (जो बाहरी संचार से आपूर्ति की जाती है) और एक आने वाले प्रोटॉन के साथ जुड़ता है, और पानी बनाता है, जो एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पाद है (वाष्प और / या तरल के रूप में)।

नीचे इसी प्रतिक्रिया है:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H+ + 4e -
कैथोड पर अभिक्रिया: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं के प्रकार और विविधता

विभिन्न प्रकार के आंतरिक दहन इंजनों के अस्तित्व के समान, विभिन्न प्रकार के ईंधन सेल होते हैं - उपयुक्त प्रकार के ईंधन सेल का चुनाव इसके अनुप्रयोग पर निर्भर करता है।

ईंधन कोशिकाओं को उच्च तापमान और निम्न तापमान में विभाजित किया जाता है। कम तापमान वाली ईंधन कोशिकाओं को ईंधन के रूप में अपेक्षाकृत शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। इसका अक्सर मतलब है कि प्राथमिक ईंधन (जैसे प्राकृतिक गैस) को शुद्ध हाइड्रोजन में बदलने के लिए ईंधन प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में अतिरिक्त ऊर्जा की खपत होती है और इसके लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है। उच्च तापमान ईंधन कोशिकाओं को इस अतिरिक्त प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे ऊंचे तापमान पर ईंधन को "आंतरिक रूप से परिवर्तित" कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे में निवेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पिघला हुआ कार्बोनेट (एमसीएफसी) पर ईंधन सेल/सेल

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल उच्च तापमान ईंधन सेल हैं। उच्च परिचालन तापमान ईंधन प्रोसेसर के बिना प्राकृतिक गैस के प्रत्यक्ष उपयोग और प्रक्रिया ईंधन और अन्य स्रोतों से कम कैलोरी मान ईंधन गैस की अनुमति देता है।

आरसीएफसी का संचालन अन्य ईंधन कोशिकाओं से अलग है। ये कोशिकाएं पिघले हुए कार्बोनेट लवण के मिश्रण से इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं। वर्तमान में, दो प्रकार के मिश्रण का उपयोग किया जाता है: लिथियम कार्बोनेट और पोटेशियम कार्बोनेट या लिथियम कार्बोनेट और सोडियम कार्बोनेट। कार्बोनेट लवण को पिघलाने और इलेक्ट्रोलाइट में आयनों की उच्च स्तर की गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन सेल उच्च तापमान (650 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। दक्षता 60-80% के बीच भिन्न होती है।

जब 650 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो लवण कार्बोनेट आयनों (सीओ 3 2-) के लिए एक कंडक्टर बन जाते हैं। ये आयन कैथोड से एनोड में जाते हैं जहां वे हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से कैथोड में वापस भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: सीओ 3 2- + एच 2 => एच 2 ओ + सीओ 2 + 2e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) + सीओ 2 (कैथोड) => एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (एनोड)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के उच्च परिचालन तापमान के कुछ फायदे हैं। उच्च तापमान पर, प्राकृतिक गैस में आंतरिक रूप से सुधार किया जाता है, जिससे ईंधन प्रोसेसर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसके अलावा, फायदे में इलेक्ट्रोड पर स्टेनलेस स्टील शीट और निकल उत्प्रेरक जैसे निर्माण की मानक सामग्री का उपयोग करने की क्षमता शामिल है। अपशिष्ट गर्मी का उपयोग विभिन्न औद्योगिक और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च दबाव वाली भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइट में उच्च प्रतिक्रिया तापमान के भी अपने फायदे हैं। उच्च तापमान के अनुप्रयोग को इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में काफी समय लगता है, और सिस्टम ऊर्जा की खपत में बदलाव के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएं निरंतर बिजली की स्थिति में पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल सिस्टम के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड द्वारा ईंधन सेल को नुकसान से बचाता है।

पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। 3.0 मेगावाट की उत्पादन विद्युत शक्ति वाले ताप विद्युत संयंत्रों का औद्योगिक रूप से उत्पादन किया जाता है। 110 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

फॉस्फोरिक एसिड (पीएफसी) पर आधारित ईंधन सेल/सेल

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल व्यावसायिक उपयोग के लिए पहली ईंधन सेल थे।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल 100% तक की एकाग्रता के साथ ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (एच 3 पीओ 4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, इस कारण इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग 150-220 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर किया जाता है।

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक हाइड्रोजन (H+, प्रोटॉन) होता है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल्स में भी इसी तरह की प्रक्रिया होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के साथ निर्देशित किया जाता है, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। बिजली और गर्मी उत्पन्न करने वाली प्रतिक्रियाएं नीचे दी गई हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - \u003d\u003e 2 H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते समय फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 40% से अधिक होती है। गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में, कुल दक्षता लगभग 85% है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान को देखते हुए, अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने और वायुमंडलीय दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं पर थर्मल पावर प्लांट का उच्च प्रदर्शन इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के फायदों में से एक है। पौधे लगभग 1.5% की सांद्रता में कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो ईंधन की पसंद का बहुत विस्तार करता है। इसके अलावा, सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है, इस प्रकार की सेल सुधारित प्राकृतिक ईंधन के साथ काम करती है। सरल निर्माण, कम इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता और बढ़ी हुई स्थिरता भी इस प्रकार के ईंधन सेल के फायदे हैं।

500 kW तक की आउटपुट इलेक्ट्रिक पावर वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 11 मेगावाट के प्रतिष्ठानों ने प्रासंगिक परीक्षण पास कर लिए हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल्स/सेल्स (SOFC)

सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल उच्चतम ऑपरेटिंग तापमान वाले ईंधन सेल हैं। ऑपरेटिंग तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से 1000 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है, जो विशेष पूर्व-उपचार के बिना विभिन्न प्रकार के ईंधन के उपयोग की अनुमति देता है। इन उच्च तापमानों को संभालने के लिए, इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग एक पतली सिरेमिक-आधारित ठोस धातु ऑक्साइड होता है, जो अक्सर येट्रियम और ज़िरकोनियम का मिश्र धातु होता है, जो ऑक्सीजन (ओ 2-) आयनों का संवाहक होता है।

एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में एक हेमेटिक गैस संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट्स एक छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक ऑक्सीजन आयन (O 2-) होता है। कैथोड पर, ऑक्सीजन के अणु हवा से एक ऑक्सीजन आयन और चार इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। ऑक्सीजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और हाइड्रोजन के साथ मिलकर चार मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट ऊष्मा उत्पन्न होती है।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 4e - \u003d\u003e 2O 2-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

उत्पन्न विद्युत ऊर्जा की दक्षता सभी ईंधन कोशिकाओं में सबसे अधिक है - लगभग 60-70%। उच्च परिचालन तापमान संयुक्त गर्मी और बिजली उत्पादन को उच्च दबाव भाप उत्पन्न करने की अनुमति देता है। टरबाइन के साथ उच्च तापमान वाले ईंधन सेल को मिलाकर एक हाइब्रिड ईंधन सेल बनाया जाता है जिससे बिजली उत्पादन की दक्षता 75% तक बढ़ जाती है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस - 1000 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में लंबा समय लगता है, और बिजली की खपत में बदलाव का जवाब देने के लिए सिस्टम धीमा है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे थर्मल पावर प्लांट को कोयला गैसीकरण या अपशिष्ट गैसों, और इसी तरह से अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ संचालित करने की अनुमति मिलती है। इसके अलावा, यह ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट है। 100 kW की आउटपुट विद्युत शक्ति के साथ औद्योगिक रूप से उत्पादित मॉड्यूल।

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण (DOMTE) के साथ ईंधन सेल / सेल

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने की तकनीक सक्रिय विकास के दौर से गुजर रही है। इसने मोबाइल फोन, लैपटॉप के साथ-साथ पोर्टेबल बिजली स्रोत बनाने के क्षेत्र में खुद को सफलतापूर्वक स्थापित किया है। इन तत्वों के भविष्य के अनुप्रयोग का उद्देश्य क्या है।

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं की संरचना एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओएफईसी) के साथ ईंधन कोशिकाओं के समान होती है, अर्थात। एक बहुलक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, और एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) का उपयोग चार्ज वाहक के रूप में किया जाता है। हालांकि, तरल मेथनॉल (सीएच 3 ओएच) एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकरण किया जाता है, सीओ 2, हाइड्रोजन आयनों और इलेक्ट्रॉनों को मुक्त करता है, जो बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से निर्देशित होते हैं, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरते हैं और हवा से ऑक्सीजन और बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके एनोड पर पानी बनाते हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + एच 2 ओ => सीओ 2 + 6 एच + + 6e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + 3/2 ओ 2 => सीओ 2 + 2 एच 2 ओ

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं का लाभ तरल ईंधन के उपयोग और कनवर्टर का उपयोग करने की आवश्यकता के अभाव के कारण उनके छोटे आयाम हैं।

क्षारीय ईंधन सेल/सेल (एएफसी)

क्षारीय ईंधन सेल बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे कुशल कोशिकाओं में से हैं, जिसमें बिजली उत्पादन क्षमता 70% तक पहुंच जाती है।

क्षारीय ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, यानी पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक जलीय घोल, जो एक झरझरा, स्थिर मैट्रिक्स में निहित होता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है, जो 65°C से 220°C तक होती है। एक SFC में आवेश वाहक एक हाइड्रॉक्साइड आयन (OH-) होता है जो कैथोड से एनोड की ओर बढ़ता है जहाँ यह हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है। एनोड पर उत्पन्न पानी कैथोड में वापस चला जाता है, फिर से वहां हाइड्रॉक्साइड आयन उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में होने वाली प्रतिक्रियाओं की इस श्रृंखला के परिणामस्वरूप, बिजली का उत्पादन होता है और, उप-उत्पाद के रूप में, गर्मी:

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
सिस्टम की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

एसएफसी का लाभ यह है कि ये ईंधन सेल निर्माण के लिए सबसे सस्ते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पर आवश्यक उत्प्रेरक कोई भी पदार्थ हो सकता है जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पदार्थों की तुलना में सस्ता होता है। एससीएफसी अपेक्षाकृत कम तापमान पर काम करते हैं और सबसे कुशल ईंधन कोशिकाओं में से हैं - ऐसी विशेषताएं क्रमशः तेज बिजली उत्पादन और उच्च ईंधन दक्षता में योगदान कर सकती हैं।

SHTE की विशिष्ट विशेषताओं में से एक CO 2 के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता है, जिसे ईंधन या वायु में समाहित किया जा सकता है। सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे जल्दी से जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को बहुत कम कर देता है। इसलिए, एसएफसी का उपयोग अंतरिक्ष और पानी के नीचे के वाहनों जैसे बंद स्थानों तक सीमित है, उन्हें शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर काम करना चाहिए। इसके अलावा, सीओ, एच 2 ओ और सीएच 4 जैसे अणु, जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए सुरक्षित हैं और उनमें से कुछ के लिए ईंधन भी एसएफसी के लिए हानिकारक हैं।

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल / सेल (पीईटीई)

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के मामले में, बहुलक झिल्ली में जल क्षेत्रों के साथ बहुलक फाइबर होते हैं जिसमें पानी के आयनों (एच 2 ओ + (प्रोटॉन, लाल) पानी के अणु से जुड़ा होता है) का संचालन होता है। धीमी आयन विनिमय के कारण पानी के अणु एक समस्या पेश करते हैं। इसलिए, ईंधन और निकास इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की एक उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस तक सीमित कर देता है।

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स/सेल्स (SCFC)

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स में इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO 4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस है। SO 4 2- ऑक्सी आयनों का घूर्णन प्रोटॉन (लाल) को चित्र में दिखाए अनुसार स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। आमतौर पर, एक ठोस एसिड ईंधन सेल एक सैंडविच होता है जिसमें अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए दो कसकर संपीड़ित इलेक्ट्रोड के बीच ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत सैंडविच होती है। गर्म होने पर, कार्बनिक घटक वाष्पित हो जाता है, इलेक्ट्रोड में छिद्रों से निकल जाता है, ईंधन (या सेल के दूसरे छोर पर ऑक्सीजन), इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच कई संपर्कों की क्षमता को बनाए रखता है।

विभिन्न ईंधन सेल मॉड्यूल। ईंधन सेल बैटरी

1. ईंधन सेल बैटरी
2. अन्य उच्च तापमान उपकरण (एकीकृत भाप जनरेटर, दहन कक्ष, गर्मी संतुलन परिवर्तक)
3. गर्मी प्रतिरोधी इन्सुलेशन

ईंधन सेल मॉड्यूल

ईंधन कोशिकाओं के प्रकार और किस्मों का तुलनात्मक विश्लेषण

नवीन ऊर्जा-बचत नगरपालिका ताप और बिजली संयंत्र आमतौर पर ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं (एसओएफसी), बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं (पीईएफसी), फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं (पीसीएफसी), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (एमपीएफसी) और क्षारीय ईंधन कोशिकाओं पर बनाए जाते हैं। एपीएफसी)। उनके पास आमतौर पर निम्नलिखित विशेषताएं हैं:

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) को सबसे उपयुक्त माना जाना चाहिए, जो:

• उच्च तापमान पर काम करते हैं, जिससे महंगी कीमती धातुओं (जैसे प्लेटिनम) की आवश्यकता कम हो जाती है।
• मुख्य रूप से प्राकृतिक गैस पर विभिन्न प्रकार के हाइड्रोकार्बन ईंधन पर काम कर सकते हैं
• एक लंबा स्टार्ट-अप समय है और इसलिए लंबी अवधि के संचालन के लिए बेहतर अनुकूल हैं
• बिजली उत्पादन की उच्च दक्षता प्रदर्शित करें (70% तक)
• उच्च परिचालन तापमान के कारण, इकाइयों को गर्मी वसूली प्रणालियों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे समग्र प्रणाली दक्षता 85% तक पहुंच जाती है।
• मौजूदा बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों की तुलना में लगभग शून्य उत्सर्जन है, चुपचाप संचालित होता है और कम परिचालन आवश्यकताएं होती हैं

ईंधन सेल प्रकार	वर्किंग टेम्परेचर	बिजली उत्पादन क्षमता	ईंधन प्रकार	आवेदन क्षेत्र
आरकेटीई	550-700 डिग्री सेल्सियस	50-70%		मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
एफकेटीई	100-220 डिग्री सेल्सियस	35-40%	शुद्ध हाइड्रोजन	बड़े प्रतिष्ठान
मोप्टे	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान
SOFC	450-1000 डिग्री सेल्सियस	45-70%	अधिकांश हाइड्रोकार्बन ईंधन	छोटे, मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
Ponte	20-90 डिग्री सेल्सियस	20-30%	मेथनॉल	पोर्टेबल
एसएचटीई	50-200 डिग्री सेल्सियस	40-70%	शुद्ध हाइड्रोजन	अंतरिक्ष अनुसंधान
पीट	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान

चूंकि छोटे ताप विद्युत संयंत्रों को एक पारंपरिक गैस आपूर्ति नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है, इसलिए ईंधन कोशिकाओं को एक अलग हाइड्रोजन आपूर्ति प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं पर आधारित छोटे थर्मल पावर प्लांट का उपयोग करते समय, उत्पन्न गर्मी को पानी और वेंटिलेशन हवा को गर्म करने के लिए हीट एक्सचेंजर्स में एकीकृत किया जा सकता है, जिससे सिस्टम की समग्र दक्षता बढ़ जाती है। महंगे बुनियादी ढांचे और जटिल उपकरण एकीकरण की आवश्यकता के बिना कुशल बिजली उत्पादन के लिए यह नवीन तकनीक सबसे उपयुक्त है।

ईंधन सेल / सेल अनुप्रयोग

दूरसंचार प्रणालियों में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

दुनिया भर में वायरलेस संचार प्रणालियों के तेजी से प्रसार और मोबाइल फोन प्रौद्योगिकी के बढ़ते सामाजिक और आर्थिक लाभों के साथ, विश्वसनीय और लागत प्रभावी बैकअप पावर की आवश्यकता महत्वपूर्ण हो गई है। खराब मौसम, प्राकृतिक आपदाओं या सीमित ग्रिड क्षमता के कारण पूरे वर्ष ग्रिड का नुकसान ग्रिड ऑपरेटरों के लिए एक निरंतर चुनौती है।

पारंपरिक दूरसंचार पावर बैकअप समाधानों में शॉर्ट-टर्म बैकअप पावर के लिए बैटरी (वाल्व-विनियमित लीड-एसिड बैटरी सेल) और लंबी बैकअप पावर के लिए डीजल और प्रोपेन जेनरेटर शामिल हैं। बैटरी 1 से 2 घंटे के लिए बैकअप पावर का अपेक्षाकृत सस्ता स्रोत हैं। हालांकि, बैटरी लंबे समय तक बैकअप अवधि के लिए उपयुक्त नहीं हैं क्योंकि वे बनाए रखने के लिए महंगे हैं, लंबे समय तक उपयोग के बाद अविश्वसनीय हो जाते हैं, तापमान के प्रति संवेदनशील होते हैं, और निपटान के बाद पर्यावरण के लिए खतरनाक होते हैं। डीजल और प्रोपेन जनरेटर निरंतर बैकअप पावर प्रदान कर सकते हैं। हालांकि, जनरेटर अविश्वसनीय हो सकते हैं, व्यापक रखरखाव की आवश्यकता होती है, और वातावरण में उच्च स्तर के प्रदूषकों और ग्रीनहाउस गैसों को छोड़ते हैं।

पारंपरिक बैकअप पावर समाधानों की सीमाओं को समाप्त करने के लिए, एक नवीन हरित ईंधन सेल प्रौद्योगिकी विकसित की गई है। ईंधन सेल विश्वसनीय, शांत, जनरेटर की तुलना में कम चलने वाले हिस्से होते हैं, बैटरी की तुलना में -40 डिग्री सेल्सियस से + 50 डिग्री सेल्सियस तक व्यापक ऑपरेटिंग तापमान सीमा होती है और परिणामस्वरूप, ऊर्जा बचत के अत्यधिक उच्च स्तर प्रदान करती है। इसके अलावा, ऐसे संयंत्र की आजीवन लागत एक जनरेटर की तुलना में कम है। प्रति ईंधन सेल की कम लागत प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव यात्रा और उच्च संयंत्र उत्पादकता का परिणाम है। आखिरकार, ईंधन सेल न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ पर्यावरण के अनुकूल प्रौद्योगिकी समाधान है।

ईंधन सेल इकाइयाँ दूरसंचार प्रणाली में वायरलेस, स्थायी और ब्रॉडबैंड संचार के लिए महत्वपूर्ण संचार नेटवर्क अवसंरचना के लिए बैकअप शक्ति प्रदान करती हैं, 250W से 15kW तक, वे कई बेजोड़ नवीन सुविधाएँ प्रदान करती हैं:

• विश्वसनीयता- कुछ चलने वाले हिस्से और कोई स्टैंडबाय डिस्चार्ज नहीं
• ऊर्जा की बचत
• शांति- कम शोर स्तर
• स्थिरता- ऑपरेटिंग रेंज -40°C से +50°C . तक
• अनुकूलनशीलता- आउटडोर और इनडोर इंस्टॉलेशन (कंटेनर / सुरक्षात्मक कंटेनर)
• उच्च शक्ति- 15 किलोवाट तक
• कम रखरखाव की आवश्यकता- न्यूनतम वार्षिक रखरखाव
• अर्थव्यवस्था- स्वामित्व की आकर्षक कुल लागत
• स्वच्छ ताक़त- न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव के साथ कम उत्सर्जन

सिस्टम हर समय डीसी बस वोल्टेज को महसूस करता है और डीसी बस वोल्टेज उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित सेटपॉइंट से नीचे गिरने पर महत्वपूर्ण भार को आसानी से स्वीकार करता है। सिस्टम हाइड्रोजन पर चलता है, जो दो तरीकों में से एक में ईंधन सेल स्टैक में प्रवेश करता है - या तो हाइड्रोजन के वाणिज्यिक स्रोत से, या मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन से, ऑन-बोर्ड सुधारक प्रणाली का उपयोग करके।

फ्यूल सेल स्टैक द्वारा डायरेक्ट करंट के रूप में बिजली का उत्पादन किया जाता है। डीसी पावर एक कनवर्टर को भेजी जाती है जो ईंधन सेल स्टैक से अनियंत्रित डीसी पावर को आवश्यक भार के लिए उच्च गुणवत्ता, विनियमित डीसी पावर में परिवर्तित करती है। एक ईंधन सेल स्थापना कई दिनों तक बैकअप शक्ति प्रदान कर सकती है, क्योंकि अवधि केवल स्टॉक में उपलब्ध हाइड्रोजन या मेथनॉल/जल ईंधन की मात्रा से सीमित होती है।

ईंधन सेल उद्योग मानक वाल्व विनियमित लीड एसिड बैटरी पैक की तुलना में बेहतर ऊर्जा दक्षता, बढ़ी हुई सिस्टम विश्वसनीयता, जलवायु की एक विस्तृत श्रृंखला में अधिक अनुमानित प्रदर्शन और विश्वसनीय सेवा जीवन प्रदान करते हैं। काफी कम रखरखाव और प्रतिस्थापन आवश्यकताओं के कारण जीवनचक्र की लागत भी कम है। ईंधन सेल अंतिम उपयोगकर्ता पर्यावरणीय लाभ प्रदान करते हैं क्योंकि निपटान लागत और लीड एसिड कोशिकाओं से जुड़े देयता जोखिम एक बढ़ती हुई चिंता है।

चार्ज स्तर, तापमान, चक्र, जीवन और अन्य चर जैसे कारकों की एक विस्तृत श्रृंखला से इलेक्ट्रिक बैटरी का प्रदर्शन प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकता है। प्रदान की गई ऊर्जा इन कारकों के आधार पर अलग-अलग होगी और भविष्यवाणी करना आसान नहीं है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) का प्रदर्शन इन कारकों से अपेक्षाकृत अप्रभावित रहता है और जब तक ईंधन उपलब्ध है तब तक महत्वपूर्ण शक्ति प्रदान कर सकता है। मिशन-महत्वपूर्ण बैकअप पावर अनुप्रयोगों के लिए ईंधन कोशिकाओं में जाने पर बढ़ी हुई भविष्यवाणी एक महत्वपूर्ण लाभ है।

ईंधन सेल केवल तभी ऊर्जा उत्पन्न करते हैं जब ईंधन की आपूर्ति की जाती है, जैसे गैस टरबाइन जनरेटर, लेकिन पीढ़ी क्षेत्र में चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं। इसलिए, एक जनरेटर के विपरीत, वे तेजी से पहनने के अधीन नहीं हैं और उन्हें निरंतर रखरखाव और स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है।

एक्सटेंडेड ड्यूरेशन फ्यूल कन्वर्टर को चलाने के लिए इस्तेमाल किया जाने वाला ईंधन मेथनॉल और पानी का मिश्रण है। मेथनॉल एक व्यापक रूप से उपलब्ध, वाणिज्यिक ईंधन है जिसका वर्तमान में कई उपयोग हैं, जिसमें विंडशील्ड वॉशर, प्लास्टिक की बोतलें, इंजन एडिटिव्स और इमल्शन पेंट शामिल हैं। मेथनॉल परिवहन के लिए आसान है, पानी के साथ गलत है, इसमें अच्छी जैवअवक्रमण क्षमता है और यह सल्फर मुक्त है। इसका हिमांक कम (-71°C) होता है और लंबे भंडारण के दौरान यह विघटित नहीं होता है।

संचार नेटवर्क में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

सुरक्षा नेटवर्क को विश्वसनीय बैकअप पावर सॉल्यूशंस की आवश्यकता होती है जो पावर ग्रिड के अनुपलब्ध होने पर आपात स्थिति में घंटों या दिनों तक चल सकता है।

कुछ चलती भागों और कोई स्टैंडबाय बिजली कटौती के साथ, अभिनव ईंधन सेल प्रौद्योगिकी वर्तमान में उपलब्ध बैकअप पावर सिस्टम की तुलना में एक आकर्षक समाधान प्रदान करती है।

संचार नेटवर्क में ईंधन सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग करने का सबसे सम्मोहक कारण समग्र विश्वसनीयता और सुरक्षा में वृद्धि है। पावर आउटेज, भूकंप, तूफान और तूफान जैसी घटनाओं के दौरान, यह महत्वपूर्ण है कि सिस्टम काम करना जारी रखें और बैकअप पावर सिस्टम के तापमान या उम्र की परवाह किए बिना, विस्तारित अवधि के लिए एक विश्वसनीय बैकअप बिजली की आपूर्ति हो।

ईंधन सेल बिजली आपूर्ति की सीमा सुरक्षित संचार नेटवर्क का समर्थन करने के लिए आदर्श है। उनके ऊर्जा-बचत डिजाइन सिद्धांतों के लिए धन्यवाद, वे 250 डब्ल्यू से 15 किलोवाट तक बिजली की सीमा में उपयोग के लिए विस्तारित अवधि (कई दिनों तक) के साथ पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय बैकअप पावर प्रदान करते हैं।

डेटा नेटवर्क में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

हाई-स्पीड डेटा नेटवर्क और फाइबर ऑप्टिक बैकबोन जैसे डेटा नेटवर्क के लिए विश्वसनीय बिजली आपूर्ति दुनिया भर में महत्वपूर्ण है। ऐसे नेटवर्क पर प्रेषित सूचना में बैंकों, एयरलाइनों या चिकित्सा केंद्रों जैसे संस्थानों के लिए महत्वपूर्ण डेटा होता है। ऐसे नेटवर्क में बिजली की कमी न केवल प्रेषित जानकारी के लिए खतरा पैदा करती है, बल्कि, एक नियम के रूप में, महत्वपूर्ण वित्तीय नुकसान की ओर ले जाती है। विश्वसनीय, अभिनव ईंधन सेल इंस्टॉलेशन जो स्टैंडबाय पावर प्रदान करते हैं, आपको निर्बाध बिजली सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक विश्वसनीयता प्रदान करते हैं।

मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन मिश्रण पर काम करने वाली ईंधन सेल इकाइयां कई दिनों तक विस्तारित अवधि के साथ एक विश्वसनीय बैकअप बिजली आपूर्ति प्रदान करती हैं। इसके अलावा, इन इकाइयों में जनरेटर और बैटरी की तुलना में काफी कम रखरखाव की आवश्यकता होती है, जिसके लिए प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव यात्रा की आवश्यकता होती है।

डेटा नेटवर्क में ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के उपयोग के लिए विशिष्ट अनुप्रयोग विशेषताएं:

• 100 W से 15 kW तक बिजली इनपुट वाले अनुप्रयोग
• बैटरी लाइफ़ आवश्यकताओं वाले ऐप्लिकेशन > 4 घंटे
• फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में रिपीटर्स (सिंक्रोनस डिजिटल सिस्टम का पदानुक्रम, हाई स्पीड इंटरनेट, वॉयस ओवर आईपी…)
• हाई-स्पीड डेटा ट्रांसमिशन के नेटवर्क नोड्स
• वाईमैक्स ट्रांसमिशन नोड्स

ईंधन सेल स्टैंडबाय इंस्टॉलेशन पारंपरिक बैटरी या डीजल जनरेटर पर महत्वपूर्ण डेटा नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर के लिए कई फायदे प्रदान करते हैं, जिससे साइट पर उपयोग में वृद्धि होती है:

1. तरल ईंधन प्रौद्योगिकी हाइड्रोजन भंडारण की समस्या को हल करती है और वस्तुतः असीमित बैकअप शक्ति प्रदान करती है।
2. उनके शांत संचालन, कम वजन, तापमान परिवर्तन के प्रतिरोध और वस्तुतः कंपन-मुक्त संचालन के लिए धन्यवाद, ईंधन कोशिकाओं को बाहर, औद्योगिक परिसरों / कंटेनरों में या छतों पर स्थापित किया जा सकता है।
3. सिस्टम का उपयोग करने के लिए साइट पर तैयारी त्वरित और किफायती है, और संचालन की लागत कम है।
4. ईंधन बायोडिग्रेडेबल है और शहरी पर्यावरण के लिए पर्यावरण के अनुकूल समाधान का प्रतिनिधित्व करता है।

सुरक्षा प्रणालियों में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

सबसे सावधानी से डिजाइन की गई इमारत सुरक्षा और संचार प्रणालियां उतनी ही विश्वसनीय हैं जितनी कि उन्हें शक्ति प्रदान करने वाली शक्ति। जबकि अधिकांश प्रणालियों में अल्पकालिक बिजली के नुकसान के लिए कुछ प्रकार के बैक-अप अनइंटरप्टिबल पावर सिस्टम शामिल हैं, वे प्राकृतिक आपदाओं या आतंकवादी हमलों के बाद होने वाली लंबी बिजली कटौती के लिए प्रदान नहीं करते हैं। यह कई कॉर्पोरेट और सरकारी एजेंसियों के लिए एक महत्वपूर्ण मुद्दा हो सकता है।

सीसीटीवी मॉनिटरिंग और एक्सेस कंट्रोल सिस्टम (आईडी कार्ड रीडर, डोर क्लोजिंग डिवाइस, बायोमेट्रिक आइडेंटिफिकेशन टेक्नोलॉजी, आदि), ऑटोमैटिक फायर अलार्म और फायर एक्सटिंग्विशिंग सिस्टम, एलेवेटर कंट्रोल सिस्टम और टेलीकम्युनिकेशन नेटवर्क जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियां खतरे में हैं। निरंतर बिजली आपूर्ति का विश्वसनीय वैकल्पिक स्रोत।

डीजल जनरेटर शोरगुल वाले होते हैं, उनका पता लगाना मुश्किल होता है, और वे अपनी विश्वसनीयता और रखरखाव के मुद्दों से अच्छी तरह वाकिफ होते हैं। इसके विपरीत, एक ईंधन सेल बैक-अप इंस्टॉलेशन शांत, विश्वसनीय है, इसमें शून्य या बहुत कम उत्सर्जन होता है, और इसे छत पर या किसी इमारत के बाहर स्थापित करना आसान होता है। यह स्टैंडबाय मोड में बिजली का निर्वहन या हानि नहीं करता है। यह महत्वपूर्ण प्रणालियों के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करता है, तब भी जब संस्था का संचालन बंद हो जाता है और इमारत को लोगों द्वारा छोड़ दिया जाता है।

अभिनव ईंधन सेल प्रतिष्ठान महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में महंगे निवेश की रक्षा करते हैं। वे 250 W से 15 kW तक की पावर रेंज में उपयोग के लिए पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय, लंबे समय तक चलने वाली बैकअप पावर (कई दिनों तक) प्रदान करते हैं, जो कई नायाब विशेषताओं और विशेष रूप से, उच्च स्तर की ऊर्जा बचत के साथ संयुक्त है।

ईंधन सेल पावर बैकअप इकाइयाँ पारंपरिक बैटरी या डीजल जनरेटर पर सुरक्षा और भवन प्रबंधन प्रणाली जैसे महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों के लिए कई लाभ प्रदान करती हैं। तरल ईंधन प्रौद्योगिकी हाइड्रोजन भंडारण की समस्या को हल करती है और वस्तुतः असीमित बैकअप शक्ति प्रदान करती है।

घरेलू तापन और विद्युत उत्पादन में ईंधन कोशिकाओं/सेलों का अनुप्रयोग

व्यापक रूप से उपलब्ध प्राकृतिक गैस और नवीकरणीय ईंधन से बिजली और गर्मी उत्पन्न करने के लिए विश्वसनीय, ऊर्जा-कुशल और उत्सर्जन-मुक्त थर्मल पावर प्लांट बनाने के लिए सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC) का उपयोग किया जाता है। इन नवीन इकाइयों का उपयोग घरेलू बिजली उत्पादन से लेकर दूरदराज के क्षेत्रों में बिजली की आपूर्ति के साथ-साथ सहायक बिजली स्रोतों में विभिन्न प्रकार के बाजारों में किया जाता है।

वितरण नेटवर्क में ईंधन कोशिकाओं/कोशिकाओं का अनुप्रयोग

छोटे ताप विद्युत संयंत्रों को एक वितरित बिजली उत्पादन नेटवर्क में संचालित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है जिसमें एक केंद्रीकृत बिजली संयंत्र के बजाय बड़ी संख्या में छोटे जनरेटर सेट शामिल हैं।

नीचे दिया गया आंकड़ा बिजली उत्पादन की दक्षता में नुकसान को दर्शाता है जब यह सीएचपी द्वारा उत्पन्न होता है और वर्तमान में उपयोग में आने वाले पारंपरिक ट्रांसमिशन नेटवर्क के माध्यम से घरों में प्रेषित होता है। जिला उत्पादन में दक्षता हानियों में विद्युत संयंत्र से हानि, कम और उच्च वोल्टेज संचरण, और वितरण हानियां शामिल हैं।

यह आंकड़ा छोटे ताप विद्युत संयंत्रों के एकीकरण के परिणाम दिखाता है: बिजली का उत्पादन उपयोग के बिंदु पर 60% तक की उत्पादन क्षमता के साथ होता है। इसके अलावा, घर पानी और अंतरिक्ष हीटिंग के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग कर सकते हैं, जिससे ईंधन ऊर्जा प्रसंस्करण की समग्र दक्षता बढ़ जाती है और ऊर्जा बचत में सुधार होता है।

पर्यावरण की रक्षा के लिए ईंधन सेल का उपयोग - एसोसिएटेड पेट्रोलियम गैस का उपयोग

तेल उद्योग में सबसे महत्वपूर्ण कार्यों में से एक संबद्ध पेट्रोलियम गैस का उपयोग है। संबद्ध पेट्रोलियम गैस के उपयोग के मौजूदा तरीकों के बहुत सारे नुकसान हैं, जिनमें से एक यह है कि वे आर्थिक रूप से व्यवहार्य नहीं हैं। एसोसिएटेड पेट्रोलियम गैस भड़कती है, जिससे पर्यावरण और मानव स्वास्थ्य को बहुत नुकसान होता है।

ईंधन के रूप में संबद्ध पेट्रोलियम गैस का उपयोग करने वाले अभिनव ईंधन सेल ताप और बिजली संयंत्र संबंधित पेट्रोलियम गैस उपयोग की समस्याओं के एक कट्टरपंथी और लागत प्रभावी समाधान का रास्ता खोलते हैं।

1. ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के मुख्य लाभों में से एक यह है कि वे परिवर्तनीय संरचना से जुड़े पेट्रोलियम गैस पर भरोसेमंद और स्थायी रूप से काम कर सकते हैं। ईंधन सेल के संचालन में अंतर्निहित ज्वलनशील रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण, प्रतिशत में कमी, उदाहरण के लिए, मीथेन केवल बिजली उत्पादन में इसी कमी का कारण बनता है।
2. उपभोक्ताओं के विद्युत भार, अंतर, भार वृद्धि के संबंध में लचीलापन।
3. ईंधन सेल पर ताप विद्युत संयंत्रों की स्थापना और कनेक्शन के लिए, उनके कार्यान्वयन के लिए पूंजीगत व्यय की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इकाइयाँ आसानी से खेतों के पास बिना तैयारी के साइटों पर लगाई जाती हैं, संचालित करने में आसान, विश्वसनीय और कुशल होती हैं।
4. उच्च स्वचालन और आधुनिक रिमोट कंट्रोल के लिए संयंत्र में कर्मियों की निरंतर उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है।
5. डिजाइन की सादगी और तकनीकी पूर्णता: चलती भागों, घर्षण, स्नेहन प्रणालियों की अनुपस्थिति ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के संचालन से महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ प्रदान करती है।
6. पानी की खपत: परिवेश के तापमान पर +30 डिग्री सेल्सियस तक कोई नहीं और उच्च तापमान पर नगण्य।
7. पानी का आउटलेट: कोई नहीं।
8. इसके अलावा, ईंधन सेल थर्मल पावर प्लांट शोर नहीं करते हैं, कंपन नहीं करते हैं, वातावरण में हानिकारक उत्सर्जन का उत्सर्जन न करें

हाइड्रोजन ईंधन सेल ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं, दहन की अक्षम, उच्च-नुकसान प्रक्रियाओं और थर्मल ऊर्जा के यांत्रिक ऊर्जा में रूपांतरण को दरकिनार करते हुए। हाइड्रोजन ईंधन सेल है विद्युतईंधन के अत्यधिक कुशल "ठंडे" दहन के परिणामस्वरूप उपकरण सीधे बिजली उत्पन्न करता है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन हाइड्रोजन-एयर फ्यूल सेल (PEMFC) सबसे आशाजनक ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों में से एक है।

आठ साल पहले पश्चिमी यूरोप में छह तरल डीजल पंप खोले गए थे; वे अंत तक दो सौ होने चाहिए। हम उन हजारों फास्ट चार्जिंग टर्मिनलों से दूर हैं जो हर जगह इलेक्ट्रिक मूवमेंट के प्रसार को प्रोत्साहित करने के लिए हैचिंग कर रहे हैं। और यहीं पर रगड़ दर्द होता है। और हम बेहतर ढंग से ग्राफीन की घोषणा करते हैं।

बैटरियों के पास अपना अंतिम शब्द नहीं है

यह स्वायत्तता से अधिक है, इसलिए चार्जिंग समय सीमित करने से इलेक्ट्रिक कार का प्रसार धीमा हो रहा है। हालांकि, उन्होंने इस महीने अपने ग्राहकों को संबोधित एक नोट को याद किया कि बैटरी की सीमा बहुत अधिक वोल्टेज पर इस प्रकार की जांच तक सीमित है। थॉमस ब्राचमैन को बताया जाएगा कि हाइड्रोजन वितरण नेटवर्क को अभी भी बनाने की जरूरत है। यह तर्क कि वह अपना हाथ झाड़ता है, यह याद करते हुए कि हाई-वोल्टेज कॉपर केबल्स के उच्च क्रॉस-सेक्शन के कारण फास्ट चार्ज टर्मिनलों का गुणन भी बहुत महंगा है। "उत्पादन स्थलों के पास दफन टैंकों से ट्रक द्वारा तरलीकृत हाइड्रोजन परिवहन करना आसान और सस्ता है।"

एक प्रोटॉन-संवाहक बहुलक झिल्ली दो इलेक्ट्रोड, एक एनोड और एक कैथोड को अलग करती है। प्रत्येक इलेक्ट्रोड एक उत्प्रेरक के साथ लेपित कार्बन प्लेट (मैट्रिक्स) है। एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को दान करता है। झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक हाइड्रोजन केशन आयोजित किए जाते हैं, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को बाहरी सर्किट को बंद कर दिया जाता है, क्योंकि झिल्ली इलेक्ट्रॉनों को गुजरने की अनुमति नहीं देती है।

हाइड्रोजन अभी तक एक शुद्ध विद्युत वेक्टर नहीं है

जहां तक ​​बैटरी की लागत का सवाल है, जो बहुत संवेदनशील जानकारी है, थॉमस ब्रैचमैन को इसमें कोई संदेह नहीं है कि दक्षता बढ़ने पर इसे काफी कम किया जा सकता है। "प्लैटिनम वह तत्व है जिसकी कीमत अधिक होती है।" दुर्भाग्य से, लगभग सभी हाइड्रोजन जीवाश्म ऊर्जा स्रोतों से आते हैं। इसके अलावा, डाइहाइड्रोजन केवल ऊर्जा का एक वेक्टर है, न कि एक स्रोत जिससे, इसके उत्पादन के दौरान, एक नगण्य भाग का उपभोग नहीं किया जाता है, इसका द्रवीकरण, और फिर बिजली में इसका रूपांतरण होता है।

कैथोड उत्प्रेरक पर, एक ऑक्सीजन अणु एक इलेक्ट्रॉन (जिसे विद्युत सर्किट से आपूर्ति की जाती है) और एक आने वाले प्रोटॉन के साथ मिलकर पानी बनाता है, जो एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पाद है (वाष्प और/या तरल के रूप में)।

झिल्ली-इलेक्ट्रोड ब्लॉक हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं से बने होते हैं, जो ऊर्जा प्रणाली के प्रमुख उत्पादक तत्व हैं।

भविष्य की कार असली की तरह व्यवहार करती है

ड्राइवरों में हीटिंग के कारण नुकसान के बावजूद, बैटरी का संतुलन लगभग तीन गुना अधिक है। काश, सार्वजनिक प्रदर्शनों के अलावा चमत्कार कार हमारी सड़कों को नहीं भेदेगी। ब्रैचमन, जो याद करते हैं कि इलेक्ट्रिक कार की प्राकृतिक चुप्पी शोर-शराबे वाली दुनिया में रहने की छाप को बढ़ाती है। सभी बाधाओं के बावजूद, स्टीयरिंग और ब्रेक पेडल प्राकृतिक स्थिरता प्रदान करते हैं।

छोटी बैटरी लेकिन बेहतर प्रदर्शन

गैजेट ध्यान देने योग्य है, जैसे ही टर्न सिग्नल सक्रिय होता है, केंद्रीय स्क्रीन दाहिने दर्पण में रखे गए कैमरे की छवियों को बिखेर देती है। हमारे अधिकांश अमेरिकी ग्राहकों को अब आवश्यकता नहीं है, और यह हमें कीमतों को कम रखने की अनुमति देता है - मुख्य अभियंता को सही ठहराता है, जो इससे कम दर की पेशकश करता है। ईंधन सेल स्टैक के बारे में बात करना वाकई उचित है, क्योंकि 358 एक साथ काम करते हैं। 117 लीटर की क्षमता वाला मुख्य टैंक, बेंच की पिछली दीवार के खिलाफ दबाया गया, इसे मोड़ना प्रतिबंधित है, और दूसरा - 24 लीटर, सीट के नीचे छिपा हुआ है।

पारंपरिक समाधानों की तुलना में हाइड्रोजन ईंधन सेल के लाभ:

- विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता में वृद्धि (500 1000 W*h/kg),

- विस्तारित ऑपरेटिंग तापमान रेंज (-40 0 सी / +40 0 सी),

- थर्मल स्पॉट, शोर और कंपन की अनुपस्थिति,

- कोल्ड स्टार्ट विश्वसनीयता

- व्यावहारिक रूप से असीमित ऊर्जा भंडारण अवधि (स्व-निर्वहन की कमी),

पहला टू-स्ट्रोक फ्यूल सेल

अपने कॉम्पैक्ट आकार के बावजूद, यह नया ईंधन सेल अपने पूर्ववर्ती की तुलना में डायहाइड्रोजन को तेजी से और बेहतर बिजली में परिवर्तित करता है। यह ढेर तत्वों को ऑक्सीजन में उस दर पर वितरित करता है जिसे पहले उनके स्थायित्व के साथ असंगत माना जाता था। अतिरिक्त पानी, जो पहले प्रवाह दर को सीमित करता था, को सबसे अच्छा खाली किया जाता है। नतीजतन, प्रति तत्व शक्ति आधे से बढ़ जाती है, और दक्षता 60% तक पहुंच जाती है।

यह 1.7 kWh लिथियम-आयन बैटरी की उपस्थिति के कारण है - जो आगे की सीटों के नीचे स्थित है, जो मजबूत त्वरण के दौरान अतिरिक्त करंट देने की अनुमति देता है। या तो पूर्वानुमान की स्वायत्तता 460 किमी है, जो पूरी तरह से निर्माता के दावों से मेल खाती है।

- ईंधन कारतूस की संख्या को बदलकर सिस्टम की ऊर्जा तीव्रता को बदलने की क्षमता, जो लगभग असीमित स्वायत्तता प्रदान करती है,

हाइड्रोजन भंडारण की क्षमता को बदलकर प्रणाली की लगभग किसी भी उचित ऊर्जा तीव्रता प्रदान करने की क्षमता,

- उच्च ऊर्जा खपत

- हाइड्रोजन में अशुद्धियों के प्रति सहिष्णुता,

लेकिन एक हजार हिस्से एयरफ्लो की सुविधा प्रदान करते हैं और शीतलन को अनुकूलित करते हैं। अपने पूर्ववर्ती से भी अधिक, यह इलेक्ट्रिक वाहन दर्शाता है कि ईंधन सेल सुर्खियों में है। उद्योग और हमारे नेताओं के लिए एक बड़ी चुनौती। इस बीच, बहुत स्मार्ट, कौन जानेगा कि कौन सी ईंधन सेल या बैटरी प्रबल होगी।

एक ईंधन सेल एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है जो एक अपशिष्ट उत्पाद, आमतौर पर ईंधन ऑक्साइड का उत्पादन करने के लिए एक रासायनिक प्रतिक्रिया में एक ईंधन और एक ऑक्सीडाइज़र के संयोजन से प्रत्यक्ष वर्तमान के रूप में बिजली उत्पन्न कर सकता है।

- लंबी सेवा जीवन,

- पर्यावरण मित्रता और काम की नीरवता।

यूएवी के लिए हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित बिजली आपूर्ति प्रणाली:

ईंधन कोशिकाओं की स्थापना बिना चालक विमानपारंपरिक बैटरियों के बजाय, यह उड़ान की अवधि, पेलोड वजन को गुणा करता है, जिससे विमान की विश्वसनीयता बढ़ाना संभव हो जाता है, यूएवी को लॉन्च करने और संचालित करने के लिए तापमान सीमा का विस्तार होता है, जिससे सीमा -40 0С तक कम हो जाती है। आंतरिक दहन इंजनों की तुलना में, ईंधन सेल सिस्टम शांत, कंपन-मुक्त, कम तापमान पर काम करते हैं, उड़ान के दौरान पता लगाना मुश्किल होता है, हानिकारक उत्सर्जन नहीं करते हैं, और वीडियो निगरानी से लेकर पेलोड डिलीवरी तक कुशलतापूर्वक कार्य कर सकते हैं।

प्रत्येक ईंधन सेल में दो इलेक्ट्रोड होते हैं, एक सकारात्मक और एक नकारात्मक, और बिजली पैदा करने वाली प्रतिक्रिया एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में इलेक्ट्रोड पर होती है जो इलेक्ट्रोड से इलेक्ट्रोड तक चार्ज कणों को ले जाती है जबकि इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड के बीच स्थित बाहरी तारों में फैलते हैं। बिजली बनाने के लिए।

ईंधन सेल लगातार बिजली पैदा कर सकता है जब तक कि ईंधन और ऑक्सीडाइज़र का आवश्यक प्रवाह बना रहे। कुछ ईंधन सेल केवल कुछ वाट का उत्पादन करते हैं जबकि अन्य कई सौ किलोवाट का उत्पादन कर सकते हैं, जबकि लैपटॉप और सेल फोन में छोटी बैटरी पाए जाने की संभावना है, लेकिन घरों और व्यवसायों के लिए बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग किए जाने वाले छोटे जनरेटर के लिए ईंधन सेल बहुत महंगे हैं।

यूएवी के लिए बिजली आपूर्ति प्रणाली की संरचना:

ईंधन कोशिकाओं के आर्थिक आयाम

ईंधन स्रोत के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग में महत्वपूर्ण लागत आती है। इस कारण से, हाइड्रोजन अब एक गैर-आर्थिक स्रोत है, विशेष रूप से क्योंकि अन्य कम खर्चीले स्रोतों का उपयोग किया जा सकता है। हाइड्रोजन उत्पादन लागत भिन्न हो सकती है क्योंकि वे उन संसाधनों की लागत को दर्शाती हैं जिनसे इसे निकाला जाता है।

बैटरी ईंधन स्रोत

ईंधन कोशिकाओं को आम तौर पर निम्नलिखित श्रेणियों में वर्गीकृत किया जाता है: हाइड्रोजन ईंधन सेल, कार्बनिक ईंधन सेल, धातु ईंधन सेल और रेडॉक्स बैटरी। जब हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन स्रोत के रूप में किया जाता है, तो रासायनिक ऊर्जा को रिवर्स हाइड्रोलिसिस प्रक्रिया के दौरान बिजली में परिवर्तित किया जाता है ताकि केवल पानी और गर्मी को अपशिष्ट के रूप में दिया जा सके। हाइड्रोजन ईंधन सेल बहुत कम है, लेकिन हाइड्रोजन उत्पादन में कम या ज्यादा हो सकता है, खासकर अगर यह जीवाश्म ईंधन से उत्पन्न होता है।

• - ईंधन सेल बैटरी,
• - अल्पकालिक पीक लोड को कवर करने के लिए ली-पो बफर बैटरी,
• - इलेक्ट्रोनिक नियंत्रण प्रणाली ,
• - ईंधन प्रणाली जिसमें संपीड़ित हाइड्रोजन या हाइड्रोजन का एक ठोस स्रोत वाला सिलेंडर होता है।

ईंधन प्रणाली बोर्ड पर संपीड़ित हाइड्रोजन की अधिकतम आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए उच्च शक्ति वाले हल्के सिलेंडर और रेड्यूसर का उपयोग करती है। इसे आवश्यक हाइड्रोजन प्रवाह प्रदान करने वाले रेड्यूसर के साथ विभिन्न मानक आकार के सिलेंडर (0.5 से 25 लीटर तक) का उपयोग करने की अनुमति है।

हाइड्रोजन बैटरी को दो श्रेणियों में बांटा गया है: कम तापमान वाली बैटरी और उच्च तापमान वाली बैटरी, जहां उच्च तापमान वाली बैटरी भी सीधे जीवाश्म ईंधन का उपयोग कर सकती हैं। उत्तरार्द्ध हाइड्रोकार्बन जैसे तेल या गैसोलीन, शराब या बायोमास से बने होते हैं।

बैटरी में अन्य ईंधन स्रोतों में अल्कोहल, जस्ता, एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, आयनिक समाधान और कई हाइड्रोकार्बन शामिल हैं, लेकिन इन्हीं तक सीमित नहीं हैं। अन्य ऑक्सीकरण एजेंटों में शामिल हैं, लेकिन हवा, क्लोरीन और क्लोरीन डाइऑक्साइड तक सीमित नहीं हैं। वर्तमान में, कई प्रकार के ईंधन सेल हैं।

यूएवी के लिए बिजली आपूर्ति प्रणाली की विशेषताएं:

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित पोर्टेबल चार्जर:

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित पोर्टेबल चार्जर दुनिया में मौजूदा और व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले बैटरी चार्जर के वजन और आयामों में तुलनीय कॉम्पैक्ट डिवाइस हैं।

आधुनिक दुनिया में सर्वव्यापी पोर्टेबल तकनीक को नियमित रूप से रिचार्ज करने की आवश्यकता है। पारंपरिक पोर्टेबल सिस्टम नकारात्मक तापमान पर व्यावहारिक रूप से बेकार हैं, और अपना कार्य करने के बाद, उन्हें (विद्युत नेटवर्क) का उपयोग करके रिचार्जिंग की भी आवश्यकता होती है, जिससे डिवाइस की दक्षता और स्वायत्तता भी कम हो जाती है।

प्रत्येक डाइहाइड्रोजन अणु में 2 इलेक्ट्रॉन होते हैं। एच आयन एनोड से कैथोड तक जाता है और जब एक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरित होता है तो विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है। विमान के लिए ईंधन सेल कैसा दिख सकता है? आज, ईंधन सेल लिथियम-आयन हाइब्रिड बैटरी का उपयोग करके उन्हें उड़ाने की कोशिश करने के लिए विमान पर परीक्षण किए जा रहे हैं। ईंधन सेल का वास्तविक लाभ इसकी कम वजन अखंडता में निहित है: यह हल्का है, जो विमान के वजन को कम करने में मदद करता है और इसलिए, ईंधन की खपत।

लेकिन अभी के लिए, ईंधन सेल विमान उड़ाना संभव नहीं है क्योंकि इसमें अभी भी कई कमियां हैं। एक ईंधन सेल की छवि। ईंधन सेल के नुकसान क्या हैं? सबसे पहले, यदि हाइड्रोजन सामान्य होते, तो बड़ी मात्रा में इसका उपयोग समस्याग्रस्त होता। दरअसल, यह न केवल पृथ्वी पर उपलब्ध है। यह ऑक्सीजन युक्त पानी, अमोनिया में पाया जाता है। इसलिए, इसे प्राप्त करने के लिए पानी का इलेक्ट्रोलिसिस करना आवश्यक है, और यह अभी तक व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली विधि नहीं है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल सिस्टम को केवल एक कॉम्पैक्ट ईंधन कारतूस के प्रतिस्थापन की आवश्यकता होती है, जिसके बाद डिवाइस तुरंत ऑपरेशन के लिए तैयार हो जाता है।

पोर्टेबल चार्जर की विशेषताएं:

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित अबाधित विद्युत आपूर्ति:

हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणाली को बैकअप बिजली आपूर्ति और अस्थायी बिजली आपूर्ति को व्यवस्थित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं पर आधारित निर्बाध विद्युत आपूर्ति प्रणालियां बैटरी और डीजल जनरेटर का उपयोग करके अस्थायी और बैकअप बिजली आपूर्ति के आयोजन के लिए पारंपरिक समाधानों पर महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करती हैं।

हाइड्रोजन एक गैस है और इसलिए इसे रखना और परिवहन करना मुश्किल है। हाइड्रोजन के उपयोग से जुड़ा एक अन्य जोखिम विस्फोट का जोखिम है क्योंकि यह अत्यधिक ज्वलनशील गैस है। बड़े पैमाने पर इसके उत्पादन के लिए बैटरी की आपूर्ति के लिए ऊर्जा के एक अलग स्रोत की आवश्यकता होती है, चाहे वह तेल, गैस या कोयला, या परमाणु ऊर्जा हो, जो इसके पर्यावरण संतुलन को मिट्टी के तेल से काफी खराब कर देता है और ढेर, प्लैटिनम, धातु बनाता है, जो है सोने से भी दुर्लभ और अधिक मूल्यवान।

ईंधन सेल एनोड पर ईंधन को ऑक्सीकरण करके और कैथोड पर ऑक्सीडाइज़र को कम करके ऊर्जा प्रदान करता है। ईंधन सेल सिद्धांत की खोज और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करने वाले पहले प्रयोगशाला कार्यान्वयन का श्रेय रसायनज्ञ विलियम ग्रोव को दिया जाता है।

निर्बाध बिजली आपूर्ति प्रणाली की विशेषताएं:

ईंधन सेलगैल्वेनिक सेल के समान एक विद्युत रासायनिक उपकरण है, लेकिन इससे अलग है कि विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए पदार्थों को बाहर से खिलाया जाता है - एक गैल्वेनिक सेल या बैटरी में संग्रहीत ऊर्जा की सीमित मात्रा के विपरीत।

दरअसल, ईंधन कोशिकाओं के कुछ फायदे हैं: डाइहाइड्रोजन और डाइऑक्साइड का उपयोग करने वाले केवल जल वाष्प उत्सर्जित करते हैं: इसलिए यह एक स्वच्छ तकनीक है। इलेक्ट्रोलाइट की प्रकृति, ईंधन की प्रकृति, प्रत्यक्ष या अप्रत्यक्ष ऑक्सीकरण, ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर कई प्रकार के ईंधन सेल होते हैं।

निम्न तालिका इन विभिन्न उपकरणों की मुख्य विशेषताओं को सारांशित करती है। कई यूरोपीय कार्यक्रम अन्य पॉलिमर की तलाश कर रहे हैं, जैसे कि पॉलीबेन्ज़िमिडाज़ोल डेरिवेटिव, जो अधिक स्थिर और सस्ते हैं। 15-50 माइक्रोन, झरझरा कार्बन एनोड और स्टेनलेस स्टील बाइपोलर प्लेट्स के क्रम पर झिल्ली के साथ बैटरी कॉम्पैक्टनेस भी एक निरंतर चुनौती है। जीवनकाल में भी सुधार किया जा सकता है, क्योंकि एक ओर, हाइड्रोजन में प्रति मिलियन कार्बन मोनोऑक्साइड के अंश उत्प्रेरक के लिए वास्तविक जहर हैं, और दूसरी ओर, बहुलक में पानी का नियंत्रण आवश्यक है।

चावल। एक। कुछ ईंधन सेल

ईंधन सेल ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं, जो बड़े नुकसान के साथ होने वाली अक्षम दहन प्रक्रियाओं को दरकिनार करते हैं। एक रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, वे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिजली में परिवर्तित करते हैं। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी बनता है और बड़ी मात्रा में गर्मी निकलती है। एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है जिसे चार्ज किया जा सकता है और फिर विद्युत ऊर्जा को स्टोर करने के लिए उपयोग किया जाता है। ईंधन सेल के आविष्कारक विलियम आर ग्रोव हैं, जिन्होंने 1839 में इसका आविष्कार किया था। इस ईंधन सेल में, सल्फ्यूरिक एसिड के घोल का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता था, और हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता था, जो एक ऑक्सीडाइज़र माध्यम में ऑक्सीजन के साथ संयुक्त होता था। कुछ समय पहले तक, ईंधन कोशिकाओं का उपयोग केवल प्रयोगशालाओं और अंतरिक्ष यान में किया जाता था।

अन्य बिजली जनरेटर जैसे कि आंतरिक दहन इंजन या गैस, कोयला, तेल आदि द्वारा संचालित टर्बाइन के विपरीत, ईंधन सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। इसका मतलब है कि कोई शोर उच्च दबाव रोटर नहीं, कोई जोर से निकास शोर नहीं, कोई कंपन नहीं। ईंधन सेल एक मूक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करते हैं। ईंधन कोशिकाओं की एक अन्य विशेषता यह है कि वे ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली, गर्मी और पानी में परिवर्तित करते हैं।

ईंधन सेल अत्यधिक कुशल होते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और नाइट्रस ऑक्साइड जैसी बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। ईंधन सेल के संचालन से एकमात्र उत्सर्जन भाप के रूप में पानी और थोड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड होता है, जो कि शुद्ध हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने पर बिल्कुल भी उत्सर्जित नहीं होता है। ईंधन कोशिकाओं को असेंबलियों में और फिर अलग-अलग कार्यात्मक मॉड्यूल में इकट्ठा किया जाता है।

ईंधन कोशिकाओं में कोई गतिमान भाग नहीं होता है (कम से कम स्वयं कोशिका के अंदर नहीं), और इसलिए वे कार्नो के नियम का पालन नहीं करते हैं। यानी, उनमें 50% से अधिक दक्षता होगी और कम भार पर विशेष रूप से प्रभावी होंगे। इस प्रकार, ईंधन सेल वाहन वास्तविक जीवन की ड्राइविंग स्थितियों में पारंपरिक वाहनों की तुलना में अधिक ईंधन कुशल हो सकते हैं (और पहले से ही साबित हो चुके हैं)।

ईंधन सेल डीसी विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है जिसका उपयोग किसी वाहन में विद्युत मोटर, प्रकाश जुड़नार और अन्य विद्युत प्रणालियों को चलाने के लिए किया जा सकता है।

कई प्रकार के ईंधन सेल होते हैं, जो इस्तेमाल की जाने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में भिन्न होते हैं। ईंधन कोशिकाओं को आमतौर पर उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है।

कुछ प्रकार के ईंधन सेल बिजली संयंत्रों में उपयोग के लिए आशाजनक हैं, जबकि अन्य पोर्टेबल उपकरणों या कार चलाने के लिए हैं।

1. क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी)

क्षारीय ईंधन सेल- यह सबसे पहले विकसित तत्वों में से एक है। क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी) 1960 के दशक के मध्य से नासा द्वारा अपोलो और स्पेस शटल कार्यक्रमों में उपयोग की जाने वाली सबसे अधिक अध्ययन की जाने वाली तकनीकों में से एक है। इन अंतरिक्ष यान में ईंधन सेल बिजली और पीने के पानी का उत्पादन करते हैं।

क्षारीय ईंधन सेल बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे कुशल कोशिकाओं में से हैं, जिसमें बिजली उत्पादन क्षमता 70% तक पहुंच जाती है।

क्षारीय ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, यानी पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक जलीय घोल, जो एक झरझरा, स्थिर मैट्रिक्स में निहित होता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है, जो 65°C से 220°C तक होती है। SFC में आवेश वाहक एक हाइड्रॉक्साइड आयन (OH-) है जो कैथोड से एनोड की ओर बढ़ता है, जहाँ यह हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है। एनोड पर उत्पन्न पानी कैथोड में वापस चला जाता है, फिर से वहां हाइड्रॉक्साइड आयन उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में होने वाली प्रतिक्रियाओं की इस श्रृंखला के परिणामस्वरूप, बिजली का उत्पादन होता है और, उप-उत्पाद के रूप में, गर्मी:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e

कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH

प्रणाली की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

एसएफसी का लाभ यह है कि ये ईंधन सेल निर्माण के लिए सबसे सस्ते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पर आवश्यक उत्प्रेरक कोई भी पदार्थ हो सकता है जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पदार्थों की तुलना में सस्ता होता है। इसके अलावा, एसएफसी अपेक्षाकृत कम तापमान पर काम करते हैं और सबसे कुशल हैं।

SFC की विशिष्ट विशेषताओं में से एक CO2 के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता है, जिसे ईंधन या वायु में समाहित किया जा सकता है। CO2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे जल्दी से जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को बहुत कम कर देता है। इसलिए, एसएफसी का उपयोग अंतरिक्ष और पानी के नीचे के वाहनों जैसे बंद स्थानों तक सीमित है, वे शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर काम करते हैं।

2. कार्बोनेट मेल्ट फ्यूल सेल (MCFC)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेलउच्च तापमान ईंधन सेल हैं। उच्च परिचालन तापमान ईंधन प्रोसेसर के बिना प्राकृतिक गैस के प्रत्यक्ष उपयोग और प्रक्रिया ईंधन और अन्य स्रोतों से कम कैलोरी मान ईंधन गैस की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया को 1960 के दशक के मध्य में विकसित किया गया था। उस समय से, विनिर्माण प्रौद्योगिकी, प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार हुआ है।

आरसीएफसी का संचालन अन्य ईंधन कोशिकाओं से अलग है। ये कोशिकाएं पिघले हुए कार्बोनेट लवण के मिश्रण से इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं। वर्तमान में, दो प्रकार के मिश्रण का उपयोग किया जाता है: लिथियम कार्बोनेट और पोटेशियम कार्बोनेट या लिथियम कार्बोनेट और सोडियम कार्बोनेट। कार्बोनेट लवण को पिघलाने और इलेक्ट्रोलाइट में आयनों की उच्च स्तर की गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन सेल उच्च तापमान (650 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। दक्षता 60-80% के बीच भिन्न होती है।

जब 650°C के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो लवण कार्बोनेट आयनों (CO32-) के लिए चालक बन जाते हैं। ये आयन कैथोड से एनोड तक जाते हैं जहां वे हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से कैथोड में वापस भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e

कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-

सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) + सीओ 2 (कैथोड) => एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (एनोड)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के उच्च परिचालन तापमान के कुछ फायदे हैं। लाभ मानक सामग्री (इलेक्ट्रोड पर स्टेनलेस स्टील शीट और निकल उत्प्रेरक) का उपयोग करने की क्षमता है। अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग उच्च दाब वाली भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइट में उच्च प्रतिक्रिया तापमान के भी अपने फायदे हैं। उच्च तापमान के उपयोग को इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में लंबा समय लगता है, और सिस्टम ऊर्जा की खपत में बदलाव के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएं निरंतर बिजली की स्थिति में पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल सिस्टम के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड, "विषाक्तता", आदि द्वारा ईंधन सेल को नुकसान से बचाता है।

पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। 2.8 मेगावाट की उत्पादन विद्युत शक्ति वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

3. फॉस्फोरिक एसिड (पीएफसी) पर आधारित ईंधन सेल

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेलव्यावसायिक उपयोग के लिए पहला ईंधन सेल बन गया। इस प्रक्रिया को XX सदी के 60 के दशक के मध्य में विकसित किया गया था, XX सदी के 70 के दशक से परीक्षण किए गए हैं। नतीजतन, स्थिरता और प्रदर्शन में वृद्धि हुई है और लागत कम हो गई है।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल 100% तक की एकाग्रता के साथ ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, इसलिए इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग 150-220 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर किया जाता है।

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक हाइड्रोजन (H+, प्रोटॉन) होता है। इसी तरह की प्रक्रिया प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल्स (एमईएफसी) में होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के साथ निर्देशित किया जाता है, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। बिजली और गर्मी उत्पन्न करने वाली प्रतिक्रियाएं नीचे दी गई हैं।

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 => 4H+ + 4e

कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O

सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते समय फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 40% से अधिक होती है। गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में, कुल दक्षता लगभग 85% है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान को देखते हुए, अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने और वायुमंडलीय दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं पर थर्मल पावर प्लांट का उच्च प्रदर्शन इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के फायदों में से एक है। पौधे लगभग 1.5% की सांद्रता में कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो ईंधन की पसंद का बहुत विस्तार करता है। सरल निर्माण, कम इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता और बढ़ी हुई स्थिरता भी ऐसे ईंधन कोशिकाओं के फायदे हैं।

400 kW तक की आउटपुट इलेक्ट्रिक पावर वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 11 मेगावाट की क्षमता वाले प्रतिष्ठानों ने प्रासंगिक परीक्षण पास कर लिए हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

4. प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (MOFEC) के साथ फ्यूल सेल

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन सेलवाहन बिजली उत्पादन के लिए ईंधन कोशिकाओं का सबसे अच्छा प्रकार माना जाता है, जो गैसोलीन और डीजल आंतरिक दहन इंजन को बदल सकता है। इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग सबसे पहले नासा द्वारा जेमिनी कार्यक्रम के लिए किया गया था। MOPFC पर 1 W से 2 kW तक की शक्ति वाले इंस्टॉलेशन विकसित और दिखाए गए हैं।

इन ईंधन कोशिकाओं में इलेक्ट्रोलाइट एक ठोस बहुलक झिल्ली (पतली प्लास्टिक की फिल्म) है। पानी के साथ गर्भवती होने पर, यह बहुलक प्रोटॉन पास करता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों का संचालन नहीं करता है।

ईंधन हाइड्रोजन है, और आवेश वाहक एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) है। एनोड पर, हाइड्रोजन अणु हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से कैथोड तक जाते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्कल के चारों ओर घूमते हैं और विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। ऑक्सीजन, जिसे हवा से लिया जाता है, कैथोड को खिलाया जाता है और इलेक्ट्रॉनों और हाइड्रोजन आयनों के साथ मिलकर पानी बनाता है। इलेक्ट्रोड पर निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं: एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e कैथोड प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OHकुल सेल प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O अन्य प्रकार के ईंधन कोशिकाओं की तुलना में, ईंधन सेल एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन सेल के दिए गए आयतन या वजन के लिए अधिक ऊर्जा उत्पन्न करता है। यह सुविधा उन्हें कॉम्पैक्ट और हल्का होने की अनुमति देती है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से कम है, जो आपको जल्दी से ऑपरेशन शुरू करने की अनुमति देता है। ये विशेषताएं, साथ ही ऊर्जा उत्पादन को तेजी से बदलने की क्षमता, कुछ ही हैं जो इन ईंधन कोशिकाओं को वाहनों में उपयोग के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार बनाती हैं।

एक अन्य लाभ यह है कि इलेक्ट्रोलाइट एक तरल के बजाय एक ठोस है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ कैथोड और एनोड पर गैसों को रखना आसान होता है, इसलिए ऐसे ईंधन सेल निर्माण के लिए सस्ते होते हैं। एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते समय, अभिविन्यास जैसी कोई कठिनाई नहीं होती है, और जंग की घटना के कारण कम समस्याएं होती हैं, जिससे सेल और उसके घटकों के स्थायित्व में वृद्धि होती है।

5. सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC)

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेलउच्चतम ऑपरेटिंग तापमान वाले ईंधन सेल हैं। ऑपरेटिंग तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से 1000 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है, जो विशेष पूर्व-उपचार के बिना विभिन्न प्रकार के ईंधन के उपयोग की अनुमति देता है। इन उच्च तापमानों को संभालने के लिए, इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग एक पतली सिरेमिक-आधारित ठोस धातु ऑक्साइड होता है, जो अक्सर येट्रियम और ज़िरकोनियम का मिश्र धातु होता है, जो ऑक्सीजन (O2-) आयनों का संवाहक होता है। ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने की तकनीक 1950 के दशक के उत्तरार्ध से विकसित हो रही है और इसके दो विन्यास हैं: प्लानर और ट्यूबलर।

एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में एक हेमेटिक गैस संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट्स एक छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक ऑक्सीजन आयन (О2-) है। कैथोड पर, ऑक्सीजन के अणु हवा से एक ऑक्सीजन आयन और चार इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। ऑक्सीजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और हाइड्रोजन के साथ मिलकर चार मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e

कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2 + 4e- => 2O2-

सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

विद्युत ऊर्जा उत्पादन की दक्षता सभी ईंधन कोशिकाओं में सबसे अधिक है - लगभग 60%। इसके अलावा, उच्च परिचालन तापमान संयुक्त गर्मी और बिजली उत्पादन को उच्च दबाव भाप उत्पन्न करने की अनुमति देता है। टरबाइन के साथ उच्च तापमान वाले ईंधन सेल को मिलाकर एक हाइब्रिड ईंधन सेल बनाया जाता है जिससे विद्युत ऊर्जा उत्पादन की दक्षता 70% तक बढ़ जाती है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस-1000 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने के लिए एक महत्वपूर्ण समय होता है, और बिजली की खपत में परिवर्तन का जवाब देने के लिए सिस्टम धीमा होता है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे थर्मल पावर प्लांट को कोयला गैसीकरण या अपशिष्ट गैसों, और इसी तरह से अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ संचालित करने की अनुमति मिलती है। इसके अलावा, यह ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट है। 100 kW की आउटपुट विद्युत शक्ति के साथ औद्योगिक रूप से उत्पादित मॉड्यूल।

6. प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण (DOMTE) के साथ ईंधन सेल

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण के साथ ईंधन सेलमोबाइल फोन, लैपटॉप के साथ-साथ पोर्टेबल बिजली स्रोत बनाने के क्षेत्र में सफलतापूर्वक उपयोग किया जाता है, जो कि ऐसे तत्वों के भविष्य के उपयोग का लक्ष्य है।

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का डिजाइन एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओएफईसी) के साथ ईंधन कोशिकाओं के डिजाइन के समान है, अर्थात। एक बहुलक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, और एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) का उपयोग चार्ज वाहक के रूप में किया जाता है। लेकिन तरल मेथनॉल (CH3OH) एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकृत हो जाता है, CO2, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ता है, जो एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से भेजे जाते हैं, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरते हैं और हवा से ऑक्सीजन और बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके एनोड पर पानी बनाते हैं।

एनोड प्रतिक्रिया: CH3OH + H2O => CO2 + 6H + + 6e कैथोड प्रतिक्रिया: 3/2O2 + 6H + 6e- => 3H2O कुल तत्व प्रतिक्रिया: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O 1990s और उनकी विशिष्ट शक्ति और दक्षता में वृद्धि हुई थी 40% तक।

इन तत्वों का परीक्षण 50-120 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में किया गया था। कम ऑपरेटिंग तापमान और कनवर्टर की कोई आवश्यकता नहीं होने के कारण, ये ईंधन सेल मोबाइल फोन और अन्य उपभोक्ता उत्पादों के साथ-साथ कार इंजन में अनुप्रयोगों के लिए सबसे अच्छे उम्मीदवार हैं। उनका फायदा छोटे आयाम भी है।

7. पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल (पीईटीई)

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के मामले में, बहुलक झिल्ली में जल क्षेत्रों के साथ बहुलक फाइबर होते हैं जिसमें जल आयनों का एक चालन होता है एच 2 ओ + (प्रोटॉन, लाल) पानी के अणु से जुड़ा होता है। धीमी आयन विनिमय के कारण पानी के अणु एक समस्या पेश करते हैं। इसलिए, ईंधन और निकास इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की एक उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस तक सीमित कर देता है।

8. सॉलिड एसिड फ्यूल सेल (एससीएफसी)

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स में इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस है। SO42-oxyanions का घूर्णन प्रोटॉन (लाल) को चित्र में दिखाए अनुसार स्थानांतरित करने की अनुमति देता है। आमतौर पर, एक ठोस एसिड ईंधन सेल एक सैंडविच होता है जिसमें अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए दो कसकर संपीड़ित इलेक्ट्रोड के बीच ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत सैंडविच होती है। गर्म होने पर, कार्बनिक घटक वाष्पित हो जाता है, इलेक्ट्रोड में छिद्रों से निकल जाता है, ईंधन (या सेल के दूसरे छोर पर ऑक्सीजन), इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच कई संपर्कों की क्षमता को बनाए रखता है।

9. ईंधन कोशिकाओं की सबसे महत्वपूर्ण विशेषताओं की तुलना

ईंधन सेल के लक्षण

ईंधन सेल प्रकार	वर्किंग टेम्परेचर	बिजली उत्पादन क्षमता	ईंधन प्रकार	दायरा
				मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
			शुद्ध हाइड्रोजन	अधिष्ठापन
			शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान
			अधिकांश हाइड्रोकार्बन ईंधन	छोटे, मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
				पोर्टेबल अधिष्ठापन
			शुद्ध हाइड्रोजन	स्थान का पता लगाया
			शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान

10. कारों में ईंधन सेल का उपयोग

ज्ञान की पारिस्थितिकी। विज्ञान और प्रौद्योगिकी: मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स में हर साल सुधार हो रहा है, और अधिक व्यापक और अधिक सुलभ हो रहा है: पीडीए, लैपटॉप, मोबाइल और डिजिटल डिवाइस, फोटो फ्रेम इत्यादि। इन सभी को लगातार भर दिया जाता है

घर पर DIY ईंधन सेल

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स हर साल सुधार कर रहे हैं, अधिक व्यापक और अधिक सुलभ होते जा रहे हैं: पीडीए, लैपटॉप, मोबाइल और डिजिटल डिवाइस, फोटो फ्रेम इत्यादि। इन सभी को लगातार नई सुविधाओं, बड़े मॉनीटर, वायरलेस संचार, मजबूत प्रोसेसर के साथ अपडेट किया जाता है, जबकि घटते समय आकार.. अर्धचालक प्रौद्योगिकी के विपरीत विद्युत प्रौद्योगिकियां छलांग और सीमा से नहीं जाती हैं।

उद्योग की उपलब्धियों को शक्ति प्रदान करने के लिए उपलब्ध बैटरी और संचायक अपर्याप्त होते जा रहे हैं, इसलिए वैकल्पिक स्रोतों का मुद्दा बहुत तीव्र है। ईंधन सेल अब तक की सबसे आशाजनक दिशा है। उनके संचालन के सिद्धांत की खोज 1839 में विलियम ग्रोव ने की थी, जिन्होंने पानी के इलेक्ट्रोलिसिस को बदलकर बिजली उत्पन्न की थी।

ईंधन सेल क्या हैं?

वीडियो: वृत्तचित्र, परिवहन के लिए ईंधन सेल: अतीत, वर्तमान, भविष्य

ईंधन सेल कार निर्माताओं के लिए रुचिकर हैं, और अंतरिक्ष यान के निर्माता भी उनमें रुचि रखते हैं। 1965 में, उन्हें अमेरिका द्वारा अंतरिक्ष में लॉन्च किए गए जेमिनी 5 और बाद में अपोलो पर भी परीक्षण किया गया था। ईंधन सेल अनुसंधान में आज भी लाखों डॉलर का निवेश किया जाता है, जब पर्यावरण प्रदूषण से जुड़ी समस्याएं होती हैं, जीवाश्म ईंधन के दहन से ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन में वृद्धि होती है, जिसके भंडार भी अंतहीन नहीं होते हैं।

एक ईंधन सेल, जिसे अक्सर विद्युत रासायनिक जनरेटर के रूप में संदर्भित किया जाता है, नीचे वर्णित तरीके से संचालित होता है।

होने के नाते, संचायक और बैटरी की तरह, एक गैल्वेनिक सेल, लेकिन इस अंतर के साथ कि इसमें सक्रिय पदार्थ अलग से संग्रहीत होते हैं। वे इलेक्ट्रोड में आते हैं जैसे उनका उपयोग किया जाता है। प्राकृतिक ईंधन या इससे प्राप्त कोई भी पदार्थ नकारात्मक इलेक्ट्रोड पर जलता है, जो गैसीय (हाइड्रोजन, उदाहरण के लिए, और कार्बन मोनोऑक्साइड) या तरल, जैसे अल्कोहल हो सकता है। सकारात्मक इलेक्ट्रोड पर, एक नियम के रूप में, ऑक्सीजन प्रतिक्रिया करता है।

लेकिन कार्रवाई का एक सरल दिखने वाला सिद्धांत वास्तविकता में अनुवाद करना आसान नहीं है।

DIY ईंधन सेल

दुर्भाग्य से, हमारे पास इस ईंधन तत्व की तरह दिखने की तस्वीरें नहीं हैं, हम आपकी कल्पना के लिए आशा करते हैं।

अपने हाथों से एक कम शक्ति वाला ईंधन सेल स्कूल प्रयोगशाला में भी बनाया जा सकता है। एक पुराने गैस मास्क, plexiglass के कई टुकड़े, क्षार और एथिल अल्कोहल का एक जलीय घोल (अधिक सरल, वोदका) पर स्टॉक करना आवश्यक है, जो ईंधन सेल के लिए "ईंधन" के रूप में काम करेगा।

सबसे पहले, आपको ईंधन सेल के लिए एक आवास की आवश्यकता होती है, जो कि कम से कम पांच मिलीमीटर मोटी, plexiglass से सबसे अच्छा बनाया जाता है। आंतरिक विभाजन (अंदर पांच डिब्बे) को थोड़ा पतला बनाया जा सकता है - 3 सेमी। ग्लूइंग plexiglass के लिए, निम्नलिखित संरचना के गोंद का उपयोग किया जाता है: छह ग्राम plexiglass चिप्स एक सौ ग्राम क्लोरोफॉर्म या डाइक्लोरोइथेन में घुल जाते हैं (वे एक हुड के नीचे काम करते हैं) )

बाहरी दीवार में, अब एक छेद ड्रिल करना आवश्यक है जिसमें आपको रबर स्टॉपर के माध्यम से 5-6 सेंटीमीटर के व्यास के साथ एक नाली ग्लास ट्यूब डालने की आवश्यकता होती है।

हर कोई जानता है कि आवर्त सारणी में निचले बाएँ कोने में सबसे अधिक सक्रिय धातुएँ होती हैं, और उच्च-गतिविधि वाले मेटालॉइड ऊपरी दाएँ कोने में तालिका में होते हैं, अर्थात। इलेक्ट्रॉन दान करने की क्षमता ऊपर से नीचे और दाएं से बाएं ओर बढ़ती है। तत्व, जो कुछ शर्तों के तहत, खुद को धातु या धातु के रूप में प्रकट कर सकते हैं, तालिका के केंद्र में हैं।

अब, दूसरे और चौथे डिब्बों में, हम गैस मास्क (पहले विभाजन और दूसरे के साथ-साथ तीसरे और चौथे के बीच) से सक्रिय कार्बन डालते हैं, जो इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करेगा। ताकि कोयला छिद्रों के माध्यम से बाहर न फैले, इसे नायलॉन के कपड़े में रखा जा सकता है (महिलाओं के नायलॉन स्टॉकिंग्स करेंगे)।

ईंधन पहले कक्ष में प्रसारित होगा, पांचवें में ऑक्सीजन आपूर्तिकर्ता - वायु होना चाहिए। इलेक्ट्रोड के बीच एक इलेक्ट्रोलाइट होगा, और इसे वायु कक्ष में लीक होने से रोकने के लिए, इसे गैसोलीन में पैराफिन के घोल से भिगोना आवश्यक है (2 ग्राम पैराफिन से आधा गिलास गैसोलीन का अनुपात) चौथे कक्ष को एयर इलेक्ट्रोलाइट के लिए कोयले से भरने से पहले। कोयले की एक परत पर आपको तांबे की प्लेट (थोड़ा दबाने) लगाने की जरूरत होती है, जिससे तारों को मिलाया जाता है। उनके माध्यम से, इलेक्ट्रोड से करंट को डायवर्ट किया जाएगा।

यह केवल तत्व को चार्ज करने के लिए बनी हुई है। ऐसा करने के लिए, वोदका की जरूरत है, जिसे 1: 1 में पानी से पतला होना चाहिए। फिर सावधानी से तीन सौ से तीन सौ पचास ग्राम कास्टिक पोटेशियम डालें। इलेक्ट्रोलाइट के लिए 70 ग्राम कास्टिक पोटेशियम 200 ग्राम पानी में घोला जाता है।

ईंधन सेल परीक्षण के लिए तैयार है। अब आपको एक साथ पहले कक्ष में ईंधन डालना होगा, और तीसरे में इलेक्ट्रोलाइट डालना होगा। इलेक्ट्रोड से जुड़े एक वोल्टमीटर को 07 वोल्ट से 0.9 तक दिखाना चाहिए। तत्व के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करने के लिए, खर्च किए गए ईंधन (एक गिलास में नाली) को निकालना और नया ईंधन (एक रबर ट्यूब के माध्यम से) जोड़ना आवश्यक है। ट्यूब को निचोड़कर फ़ीड दर को नियंत्रित किया जाता है। इस प्रकार एक ईंधन सेल का संचालन प्रयोगशाला स्थितियों में दिखता है, जिसकी शक्ति काफी कम है।

शक्ति को और अधिक बढ़ाने के लिए वैज्ञानिक इस समस्या पर लंबे समय से काम कर रहे हैं। मेथनॉल और इथेनॉल ईंधन सेल सक्रिय विकास स्टील पर स्थित हैं। लेकिन, दुर्भाग्य से, अभी तक उन्हें व्यवहार में लाने का कोई तरीका नहीं है।

ईंधन सेल को वैकल्पिक शक्ति स्रोत के रूप में क्यों चुना जाता है

एक ईंधन सेल को वैकल्पिक शक्ति स्रोत के रूप में चुना गया था, क्योंकि इसमें हाइड्रोजन दहन का अंतिम उत्पाद पानी है। समस्या केवल हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक सस्ता और कुशल तरीका खोजने में है। हाइड्रोजन जनरेटर और ईंधन कोशिकाओं के विकास में निवेश किया गया विशाल धन फल देने में विफल नहीं हो सकता है, इसलिए तकनीकी सफलता और रोजमर्रा की जिंदगी में उनका वास्तविक उपयोग केवल समय की बात है।

पहले से ही आज, मोटर वाहन उद्योग के राक्षस: जनरल मोटर्स, होंडा, ड्रेमलर कोइस्लर, बैलार्ड, बसों और कारों का प्रदर्शन करते हैं जो 50 किलोवाट तक की शक्ति के साथ ईंधन कोशिकाओं पर चलती हैं। लेकिन, उनकी सुरक्षा, विश्वसनीयता, लागत से जुड़ी समस्याओं का समाधान अभी तक नहीं हुआ है। जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, पारंपरिक बिजली स्रोतों - बैटरी और बैटरी के विपरीत, इस मामले में, ऑक्सीडाइज़र और ईंधन की आपूर्ति बाहर से की जाती है, और ईंधन सेल ईंधन को जलाने और जारी ऊर्जा को बिजली में बदलने के लिए चल रही प्रतिक्रिया में केवल एक मध्यस्थ है। . "बर्निंग" तभी होती है जब तत्व डीजल इलेक्ट्रिक जनरेटर की तरह लोड को करंट देता है, लेकिन बिना जनरेटर और डीजल के, और बिना शोर, धुएं और ओवरहीटिंग के भी। उसी समय, दक्षता बहुत अधिक है, क्योंकि कोई मध्यवर्ती तंत्र नहीं हैं।

नैनोटेक्नोलॉजीज और नैनोमैटिरियल्स के उपयोग पर बड़ी उम्मीदें लगाई गई हैं, जो ईंधन कोशिकाओं को छोटा करने में मदद करेंगे, साथ ही उनकी शक्ति को भी बढ़ाएंगे। ऐसी रिपोर्टें आई हैं कि अति-कुशल उत्प्रेरक बनाए गए हैं, साथ ही साथ ईंधन सेल डिजाइन भी बनाए गए हैं जिनमें झिल्ली नहीं है। उनमें, ऑक्सीडाइज़र के साथ, तत्व को ईंधन (मीथेन, उदाहरण के लिए) की आपूर्ति की जाती है। समाधान दिलचस्प हैं, जहां पानी में घुली ऑक्सीजन का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में किया जाता है, और प्रदूषित पानी में जमा होने वाली कार्बनिक अशुद्धियों को ईंधन के रूप में उपयोग किया जाता है। ये तथाकथित जैव ईंधन सेल हैं।

विशेषज्ञों के अनुसार, ईंधन सेल आने वाले वर्षों में बड़े पैमाने पर बाजार में प्रवेश कर सकते हैं।प्रकाशित

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पेटेंट RU 2379795 के मालिक:

आविष्कार ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स और आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का उपयोग करके प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं से संबंधित है। आविष्कार का तकनीकी परिणाम तत्व की विशिष्ट शक्ति और वोल्टेज में वृद्धि हुई है। आविष्कार के अनुसार, ईंधन सेल में एक एनोड, एक कैथोड, एक ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट, एक गैस प्रसार परत और एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक शामिल होता है। आंतरिक सुधार उत्प्रेरक में कोई भी उपयुक्त सुधारक शामिल हो सकता है और एनोड के निकट होता है। इस विन्यास में, ईंधन सेल उत्प्रेरक पर एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न गर्मी और ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइट के ओमिक हीटिंग अल्कोहल ईंधन को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने के लिए एंडोथर्मिक ईंधन सुधार प्रतिक्रिया के लिए प्रेरक शक्ति है। किसी भी अल्कोहल ईंधन, जैसे मेथनॉल या इथेनॉल का उपयोग करना संभव है। 5 एन. और 20 z.p. f-ly, 4 बीमार।

तकनीकी क्षेत्र

आविष्कार ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स का उपयोग कर प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं से संबंधित है।

आधुनिकतम

अल्कोहल हाल ही में संभावित ईंधन के रूप में गहन जांच के दायरे में आया है। अल्कोहल जैसे मेथनॉल और इथेनॉल ईंधन के रूप में विशेष रूप से वांछनीय हैं क्योंकि उनमें मानक संपीड़ित हाइड्रोजन की तुलना में पांच से सात गुना विशिष्ट ऊर्जा होती है। उदाहरण के लिए, एक लीटर मेथनॉल ऊर्जावान रूप से 5.2 लीटर हाइड्रोजन को 320 एटीएम तक संपीड़ित करने के बराबर है। इसके अलावा, एक लीटर इथेनॉल ऊर्जावान रूप से 7.2 लीटर हाइड्रोजन के 350 एटीएम तक संपीड़ित होता है। इस तरह के अल्कोहल भी वांछनीय हैं क्योंकि वे संभालना, स्टोर करना और परिवहन करना आसान है।

अल्कोहल ईंधन के मामले में मेथनॉल और इथेनॉल बहुत शोध का विषय रहे हैं। इथेनॉल चीनी और स्टार्च युक्त पौधों के किण्वन से प्राप्त किया जा सकता है। मेथनॉल लकड़ी या बेकार लकड़ी/अनाज (भूसे) के गैसीकरण से प्राप्त किया जा सकता है। हालांकि, मेथनॉल संश्लेषण अधिक कुशल है। ये अल्कोहल, अन्य बातों के अलावा, नवीकरणीय संसाधन हैं और इसलिए इनसे ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने और जीवाश्म ईंधन पर निर्भरता को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद की जाती है।

ईंधन कोशिकाओं को ऐसे उपकरणों के रूप में प्रस्तावित किया गया है जो ऐसे अल्कोहल की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं। इस संबंध में, पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली के साथ प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं को गहन शोध के अधीन किया गया है। विशेष रूप से, प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं और प्रत्यक्ष इथेनॉल ईंधन कोशिकाओं का अध्ययन किया गया है। हालांकि, मेथनॉल के ऑक्सीकरण की तुलना में इथेनॉल के ऑक्सीकरण की सापेक्ष कठिनाई के कारण प्रत्यक्ष इथेनॉल ईंधन कोशिकाओं पर शोध सीमित कर दिया गया है।

इन व्यापक शोध प्रयासों के बावजूद, प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं का प्रदर्शन असंतोषजनक रहता है, मुख्यतः इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक द्वारा लगाए गए गतिज सीमाओं के कारण। उदाहरण के लिए, विशिष्ट प्रत्यक्ष-अभिनय मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं में लगभग 50 mW/cm 2 की शक्ति घनत्व होती है। उच्च विशिष्ट शक्ति स्तर प्राप्त किए गए हैं, जैसे कि 335 mW/cm 2, लेकिन केवल अत्यंत कठोर परिस्थितियों में (Nafion®, 130°C, ऑक्सीजन 5 atm और मेथनॉल 1 M के दबाव में 2 cc/min की प्रवाह दर के लिए) 1.8 एटीएम)। इसी तरह, एक प्रत्यक्ष इथेनॉल ईंधन सेल में समान अत्यंत कठोर परिस्थितियों (Nafion® सिलिका, 140 डिग्री सेल्सियस, एनोड 4 एटीएम, ऑक्सीजन 5.5 एटीएम) के तहत 110 मेगावाट/सेमी 2 की शक्ति घनत्व होती है। तदनुसार, ऐसी चरम स्थितियों की अनुपस्थिति में उच्च शक्ति घनत्व वाले प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं की आवश्यकता होती है।

आविष्कार का संक्षिप्त सारांश

वर्तमान आविष्कार अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं से संबंधित है जिसमें ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं। एक ईंधन सेल में आम तौर पर एक एनोड, एक कैथोड, एक ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट और एक आंतरिक सुधारक शामिल होता है। सुधारक हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए अल्कोहल ईंधन के सुधार का प्रावधान करता है। सुधार प्रतिक्रिया के पीछे प्रेरक शक्ति ईंधन सेल में एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं के दौरान उत्पन्न गर्मी है।

ईंधन सेल में ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स के उपयोग से सुधारक को सीधे एनोड से सटे रखना संभव हो जाता है। ज्ञात सुधार सामग्री के प्रभावी कामकाज और विशिष्ट बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली की गर्मी संवेदनशीलता के लिए आवश्यक ऊंचे तापमान के कारण इसे पहले संभव नहीं माना गया था। हालांकि, पारंपरिक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली की तुलना में, ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स बहुत अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं, जिससे सुधारक को एनोड से सटे और इसलिए इलेक्ट्रोलाइट के करीब रखना संभव हो जाता है। इस विन्यास में, इलेक्ट्रोलाइट द्वारा उत्पन्न अपशिष्ट गर्मी को सुधारक द्वारा अवशोषित किया जाता है और एंडोथर्मिक सुधार प्रतिक्रिया को संचालित करता है।

चित्र का संक्षिप्त विवरण

वर्तमान आविष्कार की इन और अन्य विशेषताओं और लाभों को निम्नलिखित विस्तृत विवरण को पढ़ने पर बेहतर ढंग से समझा जा सकता है, जो साथ में दिए गए चित्र के साथ लिया गया है, जहां:

चित्र 1 वर्तमान आविष्कार के एक अवतार के अनुसार ईंधन सेल का एक योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व है;

चित्र 2 उदाहरण 1 और 2 और तुलनात्मक उदाहरण 1 के अनुसार प्राप्त ईंधन कोशिकाओं के लिए शक्ति घनत्व और सेल वोल्टेज के बीच घटता की एक चित्रमय तुलना है;

चित्र 3 उदाहरण 3, 4 और 5 और तुलनात्मक उदाहरण 2 के अनुसार प्राप्त ईंधन कोशिकाओं के लिए शक्ति घनत्व और सेल वोल्टेज के बीच घटता की एक चित्रमय तुलना है; और

चित्रा 4 तुलनात्मक उदाहरण 2 और 3 के अनुसार प्राप्त ईंधन कोशिकाओं के लिए बिजली घनत्व और सेल वोल्टेज के बीच घटता की एक ग्राफिकल तुलना है।

अविष्कार का विस्तृत वर्णन

वर्तमान आविष्कार सीधे अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं से संबंधित है जिसमें ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं और हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अल्कोहल ईंधन में सुधार के लिए डिज़ाइन किए गए झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली (एमईए) के साथ भौतिक संपर्क में आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का उपयोग करते हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, ईंधन सेल इलेक्ट्रोड उत्प्रेरक द्वारा लगाए गए गतिज सीमाओं के कारण ईंधन कोशिकाओं का प्रदर्शन जो अल्कोहल में रासायनिक ऊर्जा को सीधे विद्युत शक्ति में परिवर्तित करता है, असंतोषजनक रहता है। हालाँकि, यह सर्वविदित है कि हाइड्रोजन ईंधन का उपयोग करने पर ये गतिज सीमाएँ बहुत कम हो जाती हैं। तदनुसार, वर्तमान आविष्कार अल्कोहल ईंधन को हाइड्रोजन में सुधारने के लिए एक सुधारक उत्प्रेरक या सुधारक का उपयोग करता है, जिससे अल्कोहल ईंधन से जुड़ी गतिज सीमाओं को कम या समाप्त किया जा सकता है। निम्नलिखित प्रतिक्रिया उदाहरणों के अनुसार अल्कोहल ईंधन को भाप में सुधार किया जाता है:

मेथनॉल से हाइड्रोजन: सीएच 3 ओएच+एच 2 ओ→3एच 2 +सीओ 2;

इथेनॉल से हाइड्रोजन: C 2 H 5 OH+3H 2 O→6H 2 +2CO 2।

हालांकि, सुधार प्रतिक्रिया अत्यधिक एंडोथर्मिक है। इसलिए, सुधारक प्रतिक्रिया के लिए प्रेरक शक्ति प्राप्त करने के लिए सुधारक को गर्म किया जाना चाहिए। आवश्यक गर्मी की मात्रा आमतौर पर मेथनॉल के 59 kJ प्रति मोल (लगभग 0.25 मोल हाइड्रोजन के जलने के बराबर) और लगभग 190 kJ प्रति मोल इथेनॉल (लगभग 0.78 मोल हाइड्रोजन जलने के बराबर) होती है।

ईंधन कोशिकाओं के संचालन के दौरान विद्युत प्रवाह के पारित होने के परिणामस्वरूप, अपशिष्ट गर्मी उत्पन्न होती है, जिसका प्रभावी निष्कासन समस्याग्रस्त है। हालांकि, इस अपशिष्ट गर्मी की पीढ़ी सुधारक को सीधे ईंधन सेल के बगल में एक प्राकृतिक विकल्प बनाती है। इस तरह का एक विन्यास सुधारक से ईंधन सेल को हाइड्रोजन की आपूर्ति करना और ईंधन सेल को ठंडा करना संभव बनाता है, और ईंधन सेल को सुधारक को गर्म करने और उसमें प्रतिक्रियाओं के लिए एक प्रेरक शक्ति उत्पन्न करने की अनुमति देता है। इस विन्यास का उपयोग पिघला हुआ कार्बोनेट ईंधन कोशिकाओं में और लगभग 650 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर मीथेन सुधार प्रतिक्रियाओं के लिए किया जाता है। हालांकि, अल्कोहल सुधार प्रतिक्रियाएं आम तौर पर लगभग 200 डिग्री सेल्सियस से लेकर 350 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर आगे बढ़ती हैं, और अभी तक कोई उपयुक्त अल्कोहल सुधारक ईंधन सेल विकसित नहीं किया गया है।

वर्तमान आविष्कार अल्कोहल सुधार का उपयोग कर ऐसे ईंधन सेल से संबंधित है। जैसा कि चित्र 1 में दिखाया गया है, वर्तमान आविष्कार के अनुसार एक ईंधन सेल 10 में आम तौर पर पहला वर्तमान कलेक्टर/गैस प्रसार परत 12, एक एनोड 12 ए, दूसरा वर्तमान कलेक्टर/गैस प्रसार परत 14, कैथोड 14 ए, इलेक्ट्रोलाइट 16, और एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक 18. आंतरिक सुधार उत्प्रेरक 18 को एनोड 12ए के निकट रखा गया है। अधिक विशेष रूप से, सुधार उत्प्रेरक 18 को पहली गैस प्रसार परत 12 और एनोड 12 ए के बीच रखा गया है। किसी भी ज्ञात उपयुक्त सुधार उत्प्रेरक 18 का उपयोग किया जा सकता है। उपयुक्त सुधार उत्प्रेरक के गैर-सीमित उदाहरणों में Cu-Zn-Al ऑक्साइड का मिश्रण, Cu-Co-Zn-Al ऑक्साइड का मिश्रण और Cu-Zn-Al-Zr ऑक्साइड का मिश्रण शामिल हैं। .

किसी भी अल्कोहल ईंधन जैसे मेथनॉल, इथेनॉल और प्रोपेनॉल का उपयोग किया जा सकता है। इसके अलावा, डाइमिथाइल ईथर का उपयोग ईंधन के रूप में किया जा सकता है।

ऐतिहासिक रूप से, सुधार प्रतिक्रिया की एंडोथर्मिक प्रकृति और गर्मी के लिए इलेक्ट्रोलाइट की संवेदनशीलता के कारण अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं के लिए इस कॉन्फ़िगरेशन को संभव नहीं माना गया है। विशिष्ट अल्कोहल ईंधन सेल बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली का उपयोग करते हैं जो सुधार उत्प्रेरक को चलाने के लिए आवश्यक गर्मी का सामना नहीं कर सकते हैं। हालांकि, वर्तमान आविष्कार के ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किए गए इलेक्ट्रोलाइट्स में ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स होते हैं जैसे कि यूएस पैट में वर्णित हैं। यूएस पेटेंट आवेदन 10/139043 लंबित है, जिसका शीर्षक है प्रोटॉन कंडक्टिंग मेम्ब्रेन यूजिंग ए सॉलिड एसिड, जिसकी संपूर्ण सामग्री को भी शामिल किया गया है। यहाँ संदर्भ द्वारा। वर्तमान आविष्कार में इलेक्ट्रोलाइट के रूप में उपयोग के लिए उपयुक्त ठोस एसिड का एक गैर-सीमित उदाहरण सीएसएच 2 पीओ 4 है। इस आविष्कार की ईंधन कोशिकाओं में प्रयुक्त ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स बहुत अधिक तापमान का सामना कर सकते हैं, जिससे सुधार उत्प्रेरक को सीधे एनोड से सटे रखना संभव हो जाता है। इसके अलावा, एंडोथर्मिक सुधार प्रतिक्रिया ईंधन सेल में एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रियाओं में उत्पन्न गर्मी का उपभोग करती है, जिससे थर्मली संतुलित प्रणाली बनती है।

इन ठोस अम्लों का उपयोग उनके सुपरप्रोटोनिक चरणों में किया जाता है और लगभग 100 ° C से लगभग 350 ° C के तापमान पर प्रोटॉन संवाहक झिल्ली के रूप में कार्य करता है। इस तापमान सीमा का ऊपरी सिरा मेथनॉल सुधार के लिए आदर्श है। सुधार प्रतिक्रिया के लिए एक प्रेरक शक्ति उत्पन्न करने के लिए और ठोस अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट की प्रोटॉन चालकता प्रदान करने के लिए पर्याप्त गर्मी उत्पन्न करने के लिए, वर्तमान आविष्कार के ईंधन सेल को अधिमानतः लगभग 100 डिग्री सेल्सियस से लगभग 500 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संचालित किया जाता है। हालांकि, ईंधन सेल को लगभग 200 डिग्री सेल्सियस से लगभग 350 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर संचालित करना अधिक पसंद किया जाता है। अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं के प्रदर्शन में काफी सुधार करने के अलावा, आविष्कार के अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं के अपेक्षाकृत उच्च परिचालन तापमान क्रमशः एनोड और कैथोड पर पीटी / आरयू और पीटी जैसे महंगे धातु उत्प्रेरक के प्रतिस्थापन की अनुमति दे सकते हैं। महंगी उत्प्रेरक सामग्री।

निम्नलिखित उदाहरण और तुलनात्मक उदाहरण आविष्कार के अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं के बेहतर प्रदर्शन को दर्शाते हैं। हालाँकि, इन उदाहरणों को केवल उदाहरण के लिए प्रस्तुत किया गया है और इन उदाहरणों को आविष्कार को सीमित करने के रूप में नहीं लिया जाना चाहिए।

उदाहरण 1 मेथनॉल ईंधन सेल

13 mg/cm2 Pt/Ru का उपयोग एनोड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। Cu (30% wt।) - Zn (20% wt।) - Al का उपयोग आंतरिक सुधार उत्प्रेरक के रूप में किया गया था। 15 mg/cm2 Pt का उपयोग कैथोडिक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। इस्तेमाल किया गया इलेक्ट्रोलाइट 160 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक सीएसएच 2 पीओ 4 झिल्ली था। मेथनॉल और पानी के उबले हुए मिश्रण को 100 μl / मिनट की प्रवाह दर से एनोड स्पेस में खिलाया गया। कैथोड पर 50 सेमी 3/मिनट (मानक तापमान और दबाव) की प्रवाह दर पर 30% आर्द्रीकृत ऑक्सीजन लगाया गया था। मेथनॉल: पानी का अनुपात 25:75 था। तत्व का तापमान 260 डिग्री सेल्सियस के बराबर सेट किया गया था।

उदाहरण 2 इथेनॉल ईंधन सेल

13 mg/cm2 Pt/Ru का उपयोग एनोड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। Cu (30% wt।) - Zn (20% wt।) - Al का उपयोग आंतरिक सुधार उत्प्रेरक के रूप में किया गया था। 15 mg/cm2 Pt का उपयोग कैथोडिक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। इस्तेमाल किया गया इलेक्ट्रोलाइट 160 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक सीएसएच 2 पीओ 4 झिल्ली था। इथेनॉल और पानी के उबले हुए मिश्रण को 100 μl / मिनट की प्रवाह दर से एनोड स्पेस में खिलाया गया। कैथोड पर 50 सेमी 3/मिनट (मानक तापमान और दबाव) की प्रवाह दर पर 30% आर्द्रीकृत ऑक्सीजन लगाया गया था। इथेनॉल का अनुपात: पानी 15:85 था। तत्व का तापमान 260 डिग्री सेल्सियस के बराबर सेट किया गया था।

तुलनात्मक उदाहरण 1 शुद्ध एच 2 . का उपयोग कर ईंधन सेल

13 mg/cm2 Pt/Ru का उपयोग एनोड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। 15 mg/cm2 Pt का उपयोग कैथोडिक इलेक्ट्रोकैटलिस्ट के रूप में किया गया था। इस्तेमाल किया गया इलेक्ट्रोलाइट 160 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक सीएसएच 2 पीओ 4 झिल्ली था। 100 µ l/मिनट की प्रवाह दर से एनोड स्पेस में 3% आर्द्र हाइड्रोजन की आपूर्ति की गई थी। कैथोड पर 50 सेमी 3/मिनट (मानक तापमान और दबाव) की प्रवाह दर पर 30% आर्द्रीकृत ऑक्सीजन लगाया गया था। तत्व का तापमान 260 डिग्री सेल्सियस के बराबर सेट किया गया था।

चित्रा 2 उदाहरण 1 और 2 और तुलनात्मक उदाहरण 1 के लिए बिजली घनत्व और सेल वोल्टेज के बीच घटता दिखाता है। जैसा कि दिखाया गया है, मेथनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 1) 69 मेगावाट / सेमी सेल की चोटी की शक्ति घनत्व प्राप्त करता है, 53 मेगावाट की चरम शक्ति घनत्व प्राप्त करता है /सेमी 2 और एक हाइड्रोजन ईंधन सेल (तुलनात्मक उदाहरण 1) 80 . की एक चरम शक्ति घनत्व प्राप्त करता है

मेगावाट / सेमी 2। इन परिणामों से पता चलता है कि उदाहरण 1 और तुलनात्मक उदाहरण 1 के अनुसार उत्पादित ईंधन सेल बहुत समान हैं, यह दर्शाता है कि सुधारक वाले मेथनॉल ईंधन सेल हाइड्रोजन ईंधन सेल के समान ही अच्छा प्रदर्शन करते हैं, जो एक महत्वपूर्ण सुधार है। हालांकि, जैसा कि निम्नलिखित उदाहरणों और तुलनात्मक उदाहरणों में दिखाया गया है, इलेक्ट्रोलाइट की मोटाई को कम करके, बिजली घनत्व में अतिरिक्त वृद्धि हासिल की जाती है।

ईंधन सेल को सीएसएच 2 पीओ 4 के घोल के जमाव द्वारा एक झरझरा स्टेनलेस स्टील समर्थन पर गढ़ा गया था जो गैस प्रसार परत और वर्तमान कलेक्टर दोनों के रूप में कार्य करता था। कैथोड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट परत को पहले गैस प्रसार परत पर जमा किया गया था और फिर इलेक्ट्रोलाइट परत जमा होने से पहले दबाया गया था। इसके बाद, एनोड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट की एक परत जमा की गई, इसके बाद संरचना की अंतिम परत के रूप में दूसरा गैस प्रसार इलेक्ट्रोड लगाया गया।

एनोड इलेक्ट्रोड के रूप में, CsH 2 PO 4, Pt (50 परमाणु wt.%) Ru, Pt (40 wt.%) - Ru (20 wt.%) का मिश्रण C (40 wt.%), और नेफ़थलीन पर जमा होता है। प्रयोग किया गया। CsH 2 PO 4: Pt-Ru: Pt-Ru-C: नेफ़थलीन के मिश्रण में घटकों का अनुपात 3:3:1:0.5 (wt.) था। मिश्रण का उपयोग कुल 50 मिलीग्राम की मात्रा में किया गया था। डाउनलोड पीटी और आरयू क्रमशः 5.6 मिलीग्राम/सेमी 2 और 2.9 मिलीग्राम/सेमी 2 थे। एनोड इलेक्ट्रोड का क्षेत्रफल 1.74 सेमी 2 के बराबर था।

जैसा कि कैथोड इलेक्ट्रोड ने CsH 2 PO 4 , Pt, Pt (50% wt।), C (50% wt।), और नेफ़थलीन के मिश्रण का उपयोग किया। CsH 2 PO 4: Pt: Pt-C: नेफ़थलीन के मिश्रण में घटकों का अनुपात 3:3:1:1 (wt.) था। मिश्रण का उपयोग कुल 50 मिलीग्राम की मात्रा में किया गया था। पीटी लोडिंग 7.7 मिलीग्राम/सेमी 2 थी। कैथोड का क्षेत्रफल 2.3-2.9 सेमी 1 के बराबर था।

एक सुधार उत्प्रेरक के रूप में CuO (30% wt।) - ZnO (20% wt।) - Al 2 O 3 यानी CuO (31% mol।) - ZnO (16% mol।) - Al 2 O 3 का उपयोग किया जाता है। सुधार उत्प्रेरक तांबे, जस्ता, और एल्यूमीनियम नाइट्रेट (कुल धातु एकाग्रता 1 mol / l) और सोडियम कार्बोनेट (1.1 mol / l) के एक जलीय घोल का उपयोग करके एक सह-वर्षा प्रक्रिया द्वारा तैयार किया गया था। अवक्षेप को विआयनीकृत पानी से धोया गया, फ़िल्टर किया गया और 12 घंटे के लिए 120 डिग्री सेल्सियस पर हवा में सुखाया गया। 1 ग्राम की मात्रा में सूखे पाउडर को हल्के से 3.1 मिमी की मोटाई और 15.6 मिमी के व्यास में दबाया गया, और फिर 350 डिग्री सेल्सियस पर 2 घंटे के लिए शांत किया गया।

इस्तेमाल किया गया इलेक्ट्रोलाइट 47 माइक्रोन की मोटाई के साथ एक CsH 2 PO 4 झिल्ली था।

एक मेथनॉल-पानी का घोल (43% वॉल्यूम या 37% wt। या 25% mol। या 1.85 M मेथनॉल) को 135 μl / मिनट की प्रवाह दर पर एक ग्लास बाष्पीकरण (200 ° C) के माध्यम से खिलाया गया था। तत्व का तापमान 260 डिग्री सेल्सियस के बराबर सेट किया गया था।

ईंधन सेल उपरोक्त उदाहरण 3 के अनुसार तैयार किया गया था, सिवाय इसके कि 114 μl / मिनट की प्रवाह दर पर बाष्पीकरणकर्ता (200 डिग्री सेल्सियस) के माध्यम से मेथनॉल-पानी का मिश्रण नहीं, बल्कि इथेनॉल-पानी का मिश्रण ( 36% वॉल्यूम या 31% द्रव्यमान या 15% मोल।, या 0.98 एम इथेनॉल)।

ईंधन सेल ऊपर उदाहरण 3 के अनुसार तैयार किया गया था, सिवाय इसके कि 100 μl / मिनट की प्रवाह दर पर, वोदका (एब्सोल्यूट वोदका, स्वीडन) (40% वॉल्यूम या 34% wt।, या 17% mol।) की आपूर्ति की गई थी। मेथनॉल-पानी के बजाय ... इथेनॉल)।

तुलनात्मक उदाहरण 2

उपरोक्त उदाहरण 3 के अनुसार एक ईंधन सेल तैयार किया गया था, सिवाय इसके कि मेथनॉल-पानी के बजाय गर्म पानी (70 डिग्री सेल्सियस) से सिक्त 100 एससीएम पर सूखे हाइड्रोजन का उपयोग किया गया था।

तुलनात्मक उदाहरण 3

उपरोक्त उदाहरण 3 के अनुसार एक ईंधन सेल तैयार किया गया था, सिवाय इसके कि कोई सुधार उत्प्रेरक का उपयोग नहीं किया गया था और सेल का तापमान 240 डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया था।

तुलनात्मक उदाहरण 4

तुलनात्मक उदाहरण 2 के अनुसार एक ईंधन सेल तैयार किया गया था, सिवाय इसके कि सेल का तापमान 240 डिग्री सेल्सियस पर सेट किया गया था।

चित्रा 3 उदाहरण 3, 4 और 5 और तुलनात्मक उदाहरण 2 के लिए बिजली घनत्व और सेल वोल्टेज के बीच घटता दिखाता है। जैसा कि दिखाया गया है, मेथनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 3) 224 मेगावाट/सेमी 2 की चरम शक्ति घनत्व प्राप्त करता है, जो एक महत्वपूर्ण वृद्धि है उदाहरण 1 के अनुसार प्राप्त ईंधन सेल की तुलना में विशिष्ट शक्ति और अधिक मोटा इलेक्ट्रोलाइट होना। यह मेथनॉल ईंधन सेल मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं पर प्रदर्शन में एक नाटकीय सुधार दिखाता है जो आंतरिक सुधारक का उपयोग नहीं करते हैं, जिसे चित्र 4 में बेहतर ढंग से प्रदर्शित किया गया है। इथेनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 4) एक की तुलना में बढ़ी हुई शक्ति घनत्व और सेल वोल्टेज भी दिखाता है। इथेनॉल ईंधन सेल। एक मोटा इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली (उदाहरण 2)। हालांकि, जैसा कि दिखाया गया है, मेथनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 3) इथेनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 4) से बेहतर प्रदर्शन करता है। वोडका ईंधन सेल (उदाहरण 5) के लिए, विशिष्ट शक्तियाँ प्राप्त की जाती हैं जो एक इथेनॉल ईंधन सेल की तुलना में होती हैं। जैसा कि चित्र 3 में दिखाया गया है, मेथनॉल ईंधन सेल (उदाहरण 3) प्रदर्शन प्रदर्शित करता है जो हाइड्रोजन ईंधन सेल (तुलनात्मक उदाहरण 2) जितना अच्छा है।

चित्रा 4 तुलनात्मक उदाहरण 3 और 4 के लिए पावर घनत्व बनाम सेल वोल्टेज वक्र दिखाता है। जैसा कि दिखाया गया है, एक सुधारक के बिना एक मेथनॉल ईंधन सेल (तुलनात्मक उदाहरण 3) हाइड्रोजन ईंधन सेल (तुलनात्मक उदाहरण 4) के साथ हासिल की तुलना में काफी कम बिजली घनत्व प्राप्त करता है। इसके अलावा, आंकड़े 2, 3 और 4 दिखाते हैं कि सुधारक के बिना मेथनॉल ईंधन सेल की तुलना में (तुलनात्मक उदाहरण 3), सुधारकों के साथ मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं के लिए काफी उच्च शक्ति घनत्व प्राप्त किया जाता है (उदाहरण 1 और 3)।

आविष्कार के वर्तमान पसंदीदा अवतारों को पेश करने के लिए पूर्वगामी विवरण प्रस्तुत किया गया है। प्रासंगिक कला और प्रौद्योगिकी में कुशल लोगों को यह समझना चाहिए कि इस आविष्कार के सिद्धांतों, दायरे और भावना से काफी हद तक विचलित हुए बिना वर्णित अवतारों में परिवर्तन और संशोधन किए जा सकते हैं। तदनुसार, पूर्वगामी विवरण को केवल वर्णित विशिष्ट अवतारों के संदर्भ के रूप में नहीं लिया जाना चाहिए, बल्कि निम्नलिखित दावों के अनुरूप और पुष्टि करने के लिए समझा जाना चाहिए, जिसमें आविष्कार का पूर्ण और सबसे उद्देश्यपूर्ण दायरा शामिल है।

1. एक ईंधन सेल में शामिल हैं: एक एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत, एक कैथोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत, एक इलेक्ट्रोलाइट परत जिसमें एक ठोस एसिड होता है, एक गैस प्रसार परत, और एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत से सटे होते हैं जैसे कि आंतरिक सुधार उत्प्रेरक स्थित होता है एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत और गैस प्रसार परत के बीच और एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत के साथ भौतिक संपर्क में है।

2. दावा 1 का ईंधन सेल, जिसमें ठोस अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट में CsH 2 PO 4 होता है।

3. दावा 1 का ईंधन सेल जिसमें सुधार उत्प्रेरक को Cu-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, Cu-Co-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण और Cu-Zn-Al-Zr ऑक्साइड मिश्रण से युक्त समूह से चुना जाता है।

4. ईंधन सेल के संचालन की एक विधि, जिसमें शामिल हैं:





ईंधन की आपूर्ति; और ईंधन सेल को लगभग 100°C से लगभग 500°C के तापमान पर संचालित करना।

5. दावा 4 की विधि, जिसमें ईंधन अल्कोहल है।

6. दावा 4 की विधि जिसमें मेथनॉल, इथेनॉल, प्रोपेनॉल और डाइमिथाइल ईथर से युक्त समूह से ईंधन का चयन किया जाता है।

7. दावा 4 की विधि, जिसमें ईंधन सेल को लगभग 200°C से लगभग 350°C के तापमान पर संचालित किया जाता है।

8. दावा 4 की प्रक्रिया जिसमें Cu-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, Cu-Co-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, और Cu-Zn-Al-Zr ऑक्साइड मिश्रण से बने समूह से सुधार उत्प्रेरक का चयन किया जाता है।

9. दावा 4 की विधि, जिसमें इलेक्ट्रोलाइट में एक ठोस अम्ल होता है।

10. दावा 9 के अनुसार विधि, जहां ठोस अम्ल में सीएसएच 2 पीओ 4 होता है।

11. ईंधन सेल के संचालन की एक विधि, जिसमें शामिल हैं:
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
कैथोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
एक ठोस एसिड युक्त इलेक्ट्रोलाइट परत बनाना;
गैस प्रसार परत का निर्माण और
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत से सटे एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का निर्माण करना जैसे कि आंतरिक सुधार उत्प्रेरक को एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत और गैस प्रसार परत के बीच निपटाया जाता है और एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत के साथ भौतिक संपर्क में होता है;
ईंधन की आपूर्ति; और ईंधन सेल को लगभग 200°C से लगभग 350°C के तापमान पर संचालित करना।

12. दावा करने की विधि 11 जिसमें ईंधन एल्कोहल है।

13. दावे की विधि 11 जिसमें मेथनॉल, एथेनॉल, प्रोपेनॉल और डाइमिथाइल ईथर से युक्त समूह से ईंधन का चयन किया जाता है।

14. दावा 11 की प्रक्रिया, जिसमें Cu-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, Cu-Co-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, और Cu-Zn-Al-Zr ऑक्साइड मिश्रण वाले समूह से सुधार उत्प्रेरक का चयन किया जाता है।

15. दावा 11 की विधि जिसमें इलेक्ट्रोलाइट में एक ठोस अम्ल होता है।

16. दावा 15 की विधि जिसमें ठोस अम्ल में CsH 2 PO 4 होता है।

17. ईंधन सेल के संचालन की एक विधि, जिसमें शामिल हैं:
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
कैथोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
एक ठोस एसिड युक्त इलेक्ट्रोलाइट परत बनाना;
गैस प्रसार परत का निर्माण और
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत से सटे एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का निर्माण करना जैसे कि आंतरिक सुधार उत्प्रेरक को एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत और गैस प्रसार परत के बीच निपटाया जाता है और एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत के साथ भौतिक संपर्क में होता है;
शराब ईंधन की आपूर्ति; और ईंधन सेल को लगभग 100°C से लगभग 500°C के तापमान पर संचालित करना।

18. दावा की विधि 17 जिसमें मेथनॉल, इथेनॉल, प्रोपेनॉल और डाइमिथाइल ईथर से युक्त समूह से ईंधन का चयन किया जाता है।

19. दावा 17 की विधि जिसमें ईंधन सेल को लगभग 200°C से लगभग 350°C के तापमान पर संचालित किया जाता है।

20. दावा 17 की प्रक्रिया जिसमें Cu-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, Cu-Co-Zn-Al ऑक्साइड मिश्रण, और Cu-Zn-Al-Zr ऑक्साइड मिश्रण वाले समूह से सुधार उत्प्रेरक का चयन किया जाता है।

21. दावा 17 की विधि, जिसमें ठोस अम्लीय इलेक्ट्रोलाइट में CsH 2 PO 4 होता है।

22. ईंधन सेल के संचालन की एक विधि, जिसमें शामिल हैं:
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
कैथोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत का गठन;
एक ठोस एसिड युक्त इलेक्ट्रोलाइट परत बनाना;
गैस प्रसार परत का निर्माण और
एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत से सटे एक आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का निर्माण करना जैसे कि आंतरिक सुधार उत्प्रेरक को एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत और गैस प्रसार परत के बीच निपटाया जाता है और एनोड इलेक्ट्रोकैटलिटिक परत के साथ भौतिक संपर्क में होता है;
शराब ईंधन की आपूर्ति; और ईंधन सेल को लगभग 200°C से लगभग 350°C के तापमान पर संचालित करना।

आविष्कार ठोस एसिड इलेक्ट्रोलाइट्स और आंतरिक सुधार उत्प्रेरक का उपयोग कर प्रत्यक्ष-अभिनय अल्कोहल ईंधन कोशिकाओं से संबंधित है