सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) क्या है?

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल से अधिक तापमान पर काम करते हैं, जिनका कार्य तापमान 800 से 1000 डिग्री तक होता है। इस प्रकार के ईंधन सेल में, इलेक्ट्रोमोटिव बल सेल के दोनों तरफ विभिन्न ऑक्सीजन आंशिक दबावों से उत्पन्न होता है। व्यक्तिगत सेल में दो इलेक्ट्रोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में ईंधन इलेक्ट्रोड और सकारात्मक इलेक्ट्रोड के रूप में ऑक्सीडेंट इलेक्ट्रोड) और एक इलेक्ट्रोलाइट होते हैं। एनोड और कैथोड का मुख्य कार्य इलेक्ट्रॉनों का संचालन करना और प्रतिक्रिया गैसों और उत्पाद गैसों के लिए प्रसार मार्ग प्रदान करना है।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट दोनों तरफ की गैसों को अलग करता है। दोनों तरफ अलग-अलग ऑक्सीजन आंशिक दबाव के कारण, ऑक्सीजन की एक रासायनिक संभावित प्रवणता उत्पन्न होती है। इस रासायनिक संभावित प्रवणता के प्रभाव में, कैथोड पर इलेक्ट्रॉन प्राप्त करने वाले ऑक्सीजन आयन ठोस इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से एनोड की ओर बढ़ते हैं। एनोड पर, इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं, जिससे दोनों ध्रुवों के बीच वोल्टेज क्षमता पैदा होती है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) को ईंधन कोशिकाओं की तीसरी पीढ़ी के रूप में जाना जाता है, जिसमें इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक ठोस, गैर-छिद्रपूर्ण धातु ऑक्साइड होता है, जिसके माध्यम से ऑक्सीजन आयन क्रिस्टल के भीतर आयनों के परिवहन के लिए शटल होते हैं। तकनीक अब परिपक्व अवस्था में पहुंच गई है। हालाँकि, उच्च तापमान पर काम करने में सक्षम सामग्रियों की सीमित संख्या और उनकी उच्च लागत के कारण, मध्यवर्ती तापमान वाले ईंधन कोशिकाओं के विकास की ओर बदलाव हो रहा है।

सिद्धांत

 

जब सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) ईंधन के रूप में रिफॉर्मेट गैस (हाइड्रोजन और सीओ का मिश्रण) के साथ काम करते हैं, तो ईंधन सेल के भीतर निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

 

कैथोड पर, ऑक्सीजन अणु इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं और ऑक्सीजन आयनों में परिवर्तित हो जाते हैं, अर्थात,

O₂+4e⁻→2O²⁻

इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली के दोनों किनारों पर संभावित अंतर और एकाग्रता ड्राइविंग बल के प्रभाव के तहत, ऑक्सीजन आयन, इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली में ऑक्सीजन रिक्तियों के माध्यम से, एनोड पक्ष में निर्देशित संक्रमण से गुजरते हैं और ईंधन के साथ ऑक्सीकरण प्रतिक्रियाओं में संलग्न होते हैं, अर्थात,

H₂+O^2-→H₂O+2e^-

सीओ+ओ^2-→सीओ₂+2e^-

समग्र प्रतिक्रिया:

H₂+सीओ+ओ₂→सीओ₂+H₂O

 

 

कंपोजिटन

विद्युत ऊर्जा को परिवर्तित करने के कार्य को सुचारू रूप से पूरा करने के लिए, एक एसओएफसी (सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल) स्टैक में निम्नलिखित घटक शामिल होने चाहिए:

(1) एक विद्युत रासायनिक रूपांतरण उपकरण जिसमें एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट और कैथोड और एनोड दोनों होते हैं। इलेक्ट्रोलाइट सामग्रियों में, येट्रिया-स्थिर ज़िरकोनिया सबसे परिपक्व रूप से विकसित है।

(2) एक ईंधन सुधारक। इस उपकरण में एक उत्प्रेरक, एक वाहक और एक कंटेनर शामिल है। यह ईंधन को मीथेन जैसे छोटे गैसीय अणुओं में परिवर्तित करता है, और ईंधन सेल संचालन के दौरान उत्पन्न गर्मी का आदान-प्रदान करने के लिए सेल स्टैक के सामने के छोर पर स्थित होता है।

(3) गैस और ईंधन परिवहन चैनल (या गैस वितरक)। अभिकारकों के इष्टतम प्रसार और परिवहन को सुनिश्चित करने के लिए धातुओं का उपयोग आमतौर पर नाली सामग्री के रूप में किया जाता है।

(4) करंट कलेक्टर, जिन्हें विद्युत ब्रश के रूप में भी जाना जाता है, आमतौर पर अच्छी इलेक्ट्रॉनिक चालकता वाली धातुओं या सामग्रियों से बने होते हैं, कुशल संचालन के लिए आवश्यक होते हैं।

(5) सेंसर। सेल के तापमान, करंट, यौगिक प्रकार और आउटपुट वोल्टेज की निगरानी के लिए विभिन्न व्यावसायिक रूप से उपलब्ध सेंसर का उपयोग किया जा सकता है।

(6) थर्मल नियंत्रण उपकरण, जैसे इंसुलेटिंग परतें, कूलर, हीट एक्सचेंजर्स और वेंटिलेशन सिस्टम।

(7) धातु या कांच-सिरेमिक आवास। कमरे के तापमान पर उपयोग करने योग्य सामग्री, जैसे स्टेनलेस स्टील 304, का उपयोग किया जाता है। एसओएफसी के साथ आंतरिक संपर्क के लिए उच्च तापमान प्रतिरोधी सामग्री की आवश्यकता होती है, जो वाणिज्यिक धातु मिश्र धातुओं को विनिर्माण लागत को कम करने के लिए अनुकूल बनाती है।

विशेषताएँ

सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) एक आदर्श प्रकार का ईंधन सेल है, जिसमें न केवल अन्य ईंधन सेल की उच्च दक्षता और पर्यावरण के अनुकूल फायदे हैं, बल्कि निम्नलिखित प्रमुख विशेषताएं भी हैं:

 

 

(1) एसओएफसी में पूरी तरह से ठोस संरचना होती है, जो तरल इलेक्ट्रोलाइट्स के उपयोग से जुड़े संक्षारण मुद्दों और इलेक्ट्रोलाइट हानि की समस्याओं को दूर करती है, जो दीर्घकालिक संचालन की क्षमता प्रदान करती है।

 

 

(2) 800 और 1000 डिग्री के बीच तापमान पर काम करते हुए, एसओएफसी न केवल कीमती धातु उत्प्रेरक की आवश्यकता को खत्म करते हैं बल्कि ईंधन सेल प्रणाली को सरल बनाते हुए प्राकृतिक गैस, सिनगैस और हाइड्रोकार्बन को सीधे ईंधन के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

 

 

(3) एसओएफसी उच्च तापमान वाली अपशिष्ट गर्मी छोड़ते हैं, जिसका उपयोग गैस टर्बाइन या भाप टर्बाइन के साथ संयुक्त चक्रों में किया जा सकता है, जिससे समग्र बिजली उत्पादन दक्षता में काफी सुधार होता है।