घर पर DIY ईंधन सेल। ईंधन सेल प्रौद्योगिकी और ऑटोमोबाइल में इसका उपयोग

लिथियम-आयन बैटरियों की खराबी के कारण ओवरहीटिंग, आग और यहां तक ​​कि लैपटॉप के विस्फोट से संबंधित हाल की घटनाओं के आलोक में, कोई भी नई वैकल्पिक प्रौद्योगिकियों को याद करने में मदद नहीं कर सकता है, जो कि अधिकांश विशेषज्ञों के अनुसार, भविष्य में पूरक करने में सक्षम होंगे या आज की पारंपरिक रिचार्जेबल बैटरियों को बदलें। हम नए ऊर्जा स्रोतों - ईंधन कोशिकाओं के बारे में बात कर रहे हैं।

इंटेल के संस्थापकों में से एक, गॉर्डन मूर द्वारा 40 साल पहले तैयार किए गए एक अनुभवजन्य कानून के अनुसार, प्रोसेसर का प्रदर्शन हर 18 महीने में दोगुना हो जाता है। बैटरियाँ चिप्स के साथ नहीं टिक सकतीं। विशेषज्ञों के अनुसार, उनकी क्षमता प्रति वर्ष केवल 10% बढ़ती है।

ईंधन सेल एक सेलुलर (छिद्रपूर्ण) झिल्ली के आधार पर संचालित होता है जो ईंधन सेल के एनोड और कैथोड स्थानों को अलग करता है। यह झिल्ली दोनों तरफ उपयुक्त उत्प्रेरक से लेपित होती है। एनोड को ईंधन की आपूर्ति की जाती है; इस मामले में, मेथनॉल समाधान (मिथाइल अल्कोहल) का उपयोग किया जाता है। ईंधन के अपघटन की रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, मुक्त आवेश बनते हैं जो झिल्ली के माध्यम से कैथोड में प्रवेश करते हैं। इस प्रकार विद्युत सर्किट बंद हो जाता है, और उपकरण को शक्ति प्रदान करने के लिए इसमें विद्युत प्रवाह उत्पन्न हो जाता है। इस प्रकार के ईंधन सेल को डायरेक्ट मेथनॉल फ्यूल सेल (डीएमएफसी) कहा जाता है। ईंधन कोशिकाओं का विकास बहुत समय पहले शुरू हुआ था, लेकिन पहले परिणाम, जिसने लिथियम-आयन बैटरी के साथ वास्तविक प्रतिस्पर्धा के बारे में बात करने को जन्म दिया, केवल पिछले दो वर्षों में प्राप्त हुए थे।

2004 में, ऐसे उपकरणों के लिए बाज़ार में लगभग 35 निर्माता थे, लेकिन केवल कुछ कंपनियाँ ही इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण सफलता घोषित करने में सक्षम थीं। जनवरी में, फुजित्सु ने अपना विकास प्रस्तुत किया - बैटरी की मोटाई 15 मिमी थी और इसमें 30 प्रतिशत मेथनॉल समाधान का 300 मिलीग्राम था। 15 W की शक्ति ने इसे लैपटॉप को 8 घंटे तक बिजली देने की अनुमति दी। एक महीने बाद, एक छोटी सी कंपनी, पॉलीफ़्यूल, उन्हीं झिल्लियों के व्यावसायिक उत्पादन की शुरुआत की घोषणा करने वाली पहली कंपनी थी, जिन्हें ईंधन बिजली आपूर्ति से सुसज्जित किया जाना चाहिए। और पहले से ही मार्च में, तोशिबा ने ईंधन पर चलने वाले मोबाइल पीसी का एक प्रोटोटाइप प्रदर्शित किया। निर्माता ने कहा कि ऐसा लैपटॉप पारंपरिक बैटरी का उपयोग करने वाले लैपटॉप की तुलना में पांच गुना अधिक समय तक चल सकता है।

2005 में, एलजी केम ने अपना स्वयं का ईंधन सेल बनाने की घोषणा की। इसके विकास पर लगभग 5 साल और 5 बिलियन डॉलर खर्च किये गये। परिणामस्वरूप, 25 W की शक्ति और 1 किलो वजन वाला एक उपकरण बनाना संभव हो गया, जो USB इंटरफ़ेस के माध्यम से लैपटॉप से ​​​​जुड़ा हो और 10 घंटे तक इसका संचालन सुनिश्चित करे। यह वर्ष, 2006 भी कई दिलचस्प घटनाओं से भरा रहा। विशेष रूप से, कंपनी अल्ट्रासेल के अमेरिकी डेवलपर्स ने एक ईंधन सेल का प्रदर्शन किया जो 25 डब्ल्यू की शक्ति प्रदान करता है और 67 प्रतिशत मेथनॉल के साथ तीन प्रतिस्थापन योग्य कारतूस से लैस है। यह लैपटॉप को 24 घंटे तक पावर देने में सक्षम है। बैटरी का वजन लगभग एक किलोग्राम था, प्रत्येक कारतूस का वजन लगभग 260 ग्राम था।

लिथियम आयन बैटरियों की तुलना में अधिक क्षमता प्रदान करने में सक्षम होने के अलावा, मेथनॉल बैटरियां गैर-विस्फोटक होती हैं। नुकसान में उनकी उच्च लागत और समय-समय पर मेथनॉल कार्ट्रिज को बदलने की आवश्यकता शामिल है।

भले ही ईंधन बैटरियां पारंपरिक बैटरियों की जगह न लें, फिर भी संभवतः उनका उपयोग उनके साथ संयोजन में किया जाएगा। विशेषज्ञों के अनुसार, 2006 में ईंधन सेल बाजार लगभग 600 मिलियन डॉलर का होगा, जो काफी मामूली आंकड़ा है। हालाँकि, विशेषज्ञ 2010 तक इसकी तीन गुना वृद्धि - 1.9 बिलियन डॉलर तक की भविष्यवाणी करते हैं।

लेख की चर्चा "अल्कोहल बैटरियां लिथियम बैटरियों की जगह ले रही हैं"

ज़ेमोनेंग

अरे, मुझे इस उपकरण के बारे में एक महिला पत्रिका में जानकारी मिली।
खैर, मैं इसके बारे में कुछ शब्द कहूंगा:
1: असुविधा यह है कि 6-10 घंटे के ऑपरेशन के बाद, आपको एक नया कार्ट्रिज ढूंढना होगा, जो महंगा है। मुझे इस बकवास पर पैसा क्यों खर्च करना चाहिए?
2: जहां तक ​​मैं समझता हूं, मिथाइल अल्कोहल से ऊर्जा प्राप्त करने के बाद पानी छोड़ना चाहिए। लैपटॉप और पानी असंगत चीजें हैं।
3: आप महिलाओं की पत्रिकाओं में क्यों लिखते हैं? "मैं कुछ नहीं जानता।" और "यह क्या है?" टिप्पणियों को देखते हुए, यह लेख सुंदरता को समर्पित साइट के स्तर पर नहीं है।

मैं फिलर नली फिटिंग को ईंधन भराव गर्दन में डालता हूं और कनेक्शन को सील करने के लिए इसे आधा मोड़ देता हूं। टॉगल स्विच का एक क्लिक - और एक विशाल शिलालेख h3 के साथ गैस पंप पर चमकती एलईडी इंगित करती है कि ईंधन भरना शुरू हो गया है। एक मिनट - और टैंक भर गया है, आप जा सकते हैं!

सुंदर शारीरिक आकृतियाँ, अल्ट्रा-लो सस्पेंशन, लो-प्रोफ़ाइल स्लिक्स एक वास्तविक रेसिंग नस्ल का परिचय देते हैं। पारदर्शी आवरण के माध्यम से पाइपलाइनों और केबलों का एक जटिल नेटवर्क दिखाई देता है। मैंने पहले ही कहीं इसी तरह का समाधान देखा है... अरे हाँ, ऑडी आर8 पर इंजन पीछे की खिड़की से भी दिखाई देता है। लेकिन ऑडी पर यह पारंपरिक गैसोलीन है, और यह कार हाइड्रोजन पर चलती है। बीएमडब्ल्यू हाइड्रोजन 7 की तरह, लेकिन बाद वाले के विपरीत, इसमें कोई आंतरिक दहन इंजन नहीं है। एकमात्र गतिशील भाग स्टीयरिंग गियर और इलेक्ट्रिक मोटर रोटर हैं। और इसके लिए ऊर्जा एक ईंधन सेल द्वारा प्रदान की जाती है। इस कार का निर्माण सिंगापुर की कंपनी होराइजन फ्यूल सेल टेक्नोलॉजीज द्वारा किया गया था, जो ईंधन सेल के विकास और उत्पादन में विशेषज्ञता रखती है। 2009 में, ब्रिटिश कंपनी रिवरसिंपल ने पहले ही होराइजन फ्यूल सेल टेक्नोलॉजीज ईंधन कोशिकाओं द्वारा संचालित एक शहरी हाइड्रोजन कार पेश की थी। इसे ऑक्सफोर्ड और क्रैनफील्ड विश्वविद्यालयों के सहयोग से विकसित किया गया था। लेकिन होराइज़न एच-रेसर 2.0 एक एकल विकास है।

ईंधन सेल में दो छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोड होते हैं जो उत्प्रेरक की एक परत से लेपित होते हैं और एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली द्वारा अलग होते हैं। एनोड उत्प्रेरक पर हाइड्रोजन को प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में परिवर्तित किया जाता है, जो एनोड और एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से कैथोड तक यात्रा करते हैं, जहां हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पानी बनाने के लिए पुनः संयोजित होते हैं।

"जाना!" - प्रधान संपादक ने गगारिन शैली में अपनी कोहनी से मुझे धक्का दिया। लेकिन इतनी जल्दी नहीं: सबसे पहले आपको आंशिक लोड पर ईंधन सेल को "वार्म अप" करने की आवश्यकता है। मैं टॉगल स्विच को "वार्म अप" मोड पर स्विच करता हूं और आवंटित समय की प्रतीक्षा करता हूं। फिर, किसी भी स्थिति में, मैं टैंक को तब तक ऊपर चढ़ाता हूँ जब तक कि वह भर न जाए। अब चलें: कार, इंजन सुचारू रूप से गुनगुनाते हुए आगे बढ़ती है। गतिशीलता प्रभावशाली है, हालाँकि, आप एक इलेक्ट्रिक कार से और क्या उम्मीद कर सकते हैं - किसी भी गति पर टॉर्क स्थिर रहता है। हालांकि लंबे समय तक नहीं - हाइड्रोजन का एक पूरा टैंक केवल कुछ मिनटों तक चलता है (क्षितिज निकट भविष्य में एक नया संस्करण जारी करने का वादा करता है, जिसमें हाइड्रोजन को दबाव में गैस के रूप में संग्रहित नहीं किया जाता है, बल्कि सोखने वाले में एक छिद्रपूर्ण सामग्री द्वारा बनाए रखा जाता है) ). और, स्पष्ट रूप से कहें तो, यह बहुत नियंत्रित नहीं है - रिमोट कंट्रोल पर केवल दो बटन हैं। लेकिन किसी भी मामले में, यह अफ़सोस की बात है कि यह केवल एक रेडियो-नियंत्रित खिलौना है, जिसकी कीमत हमें $150 है। हमें बिजली के लिए ईंधन सेल वाली असली कार चलाने में कोई आपत्ति नहीं होगी।

टैंक, एक कठोर आवरण के अंदर एक लोचदार रबर कंटेनर, ईंधन भरते समय फैलता है और ईंधन पंप के रूप में काम करता है, ईंधन सेल में हाइड्रोजन को "निचोड़ता" है। टैंक को "ओवरफिल" न करने के लिए, फिटिंग में से एक को प्लास्टिक ट्यूब के साथ आपातकालीन दबाव राहत वाल्व से जोड़ा जाता है।

गैस स्टेशन

यह अपने आप करो

होराइजन एच-रेसर 2.0 मशीन को बड़े पैमाने पर असेंबली (इसे स्वयं करें प्रकार) के लिए एक किट के रूप में आपूर्ति की जाती है, आप इसे खरीद सकते हैं, उदाहरण के लिए, अमेज़ॅन पर। हालाँकि, इसे असेंबल करना मुश्किल नहीं है - बस ईंधन सेल को जगह पर रखें और इसे स्क्रू से सुरक्षित करें, होसेस को हाइड्रोजन टैंक, ईंधन सेल, फिलर नेक और आपातकालीन वाल्व से कनेक्ट करें, और जो कुछ बचा है वह ऊपरी हिस्से को लगाना है बॉडी अपनी जगह पर, आगे और पीछे के बंपर को न भूलें। किट में एक फिलिंग स्टेशन शामिल है जो पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन करता है। यह दो एए बैटरियों द्वारा संचालित है, और यदि आप चाहते हैं कि ऊर्जा पूरी तरह से "स्वच्छ" हो, तो सौर पैनलों द्वारा (वे भी किट में शामिल हैं)।

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अपने हाथों से ईंधन सेल कैसे बनाएं?

बेशक, ईंधन मुक्त प्रणालियों के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करने की समस्या का सबसे सरल समाधान हाइड्रोलिक या किसी अन्य आधार पर तैयार माध्यमिक ऊर्जा स्रोत खरीदना है, लेकिन इस मामले में अतिरिक्त से बचना निश्चित रूप से संभव नहीं होगा लागत, और इस प्रक्रिया में रचनात्मक विचार की उड़ान के लिए किसी भी विचार पर विचार करना काफी कठिन है। इसके अलावा, अपने हाथों से ईंधन सेल बनाना उतना मुश्किल नहीं है जितना आप पहली नज़र में सोच सकते हैं, और यदि वांछित हो तो सबसे अनुभवहीन कारीगर भी कार्य का सामना कर सकता है। इसके अलावा, एक सुखद बोनस इस तत्व को बनाने की कम लागत होगी, क्योंकि इसके सभी लाभों और महत्व के बावजूद, आप पहले से ही उपलब्ध साधनों के साथ आसानी से काम चला सकते हैं।

इस मामले में, कार्य पूरा करने से पहले ध्यान में रखी जाने वाली एकमात्र बारीकियां यह है कि आप अपने हाथों से एक अत्यंत कम-शक्ति वाला उपकरण बना सकते हैं, और अधिक उन्नत और जटिल स्थापनाओं का कार्यान्वयन अभी भी योग्य विशेषज्ञों पर छोड़ दिया जाना चाहिए। जहां तक ​​काम के क्रम और क्रियाओं के क्रम की बात है, तो पहला कदम शरीर को पूरा करना है, जिसके लिए मोटी दीवार वाले प्लेक्सीग्लास (कम से कम 5 सेंटीमीटर) का उपयोग करना सबसे अच्छा है। मामले की दीवारों को चिपकाने और आंतरिक विभाजन स्थापित करने के लिए, जिसके लिए पतले प्लेक्सीग्लास (3 मिलीमीटर पर्याप्त है) का उपयोग करना सबसे अच्छा है, आदर्श रूप से दो-मिश्रित गोंद का उपयोग करें, हालांकि यदि आप वास्तव में चाहते हैं, तो आप स्वयं उच्च गुणवत्ता वाले सोल्डरिंग कर सकते हैं, निम्नलिखित अनुपात का उपयोग करते हुए: प्रति 100 ग्राम क्लोरोफॉर्म - एक ही प्लेक्सीग्लास से 6 ग्राम छीलन।

इस मामले में, प्रक्रिया को विशेष रूप से एक हुड के तहत किया जाना चाहिए। मामले को तथाकथित नाली प्रणाली से लैस करने के लिए, इसकी सामने की दीवार में एक छेद को सावधानीपूर्वक ड्रिल करना आवश्यक है, जिसका व्यास रबर प्लग के आयामों से बिल्कुल मेल खाएगा, जो बीच में एक प्रकार के गैसकेट के रूप में कार्य करता है। केस और ग्लास ड्रेन ट्यूब। जहां तक ​​ट्यूब के आकार की बात है, आदर्श रूप से इसकी चौड़ाई पांच से छह मिलीमीटर होनी चाहिए, हालांकि यह सब डिजाइन की जा रही संरचना के प्रकार पर निर्भर करता है। यह कहने की अधिक संभावना है कि ईंधन सेल बनाने के लिए आवश्यक तत्वों की सूची में सूचीबद्ध पुराना गैस मास्क इस लेख के संभावित पाठकों के बीच कुछ आश्चर्य का कारण बनेगा। इस बीच, इस उपकरण का पूरा लाभ इसके श्वसन यंत्र के डिब्बों में स्थित सक्रिय कार्बन में निहित है, जिसे बाद में इलेक्ट्रोड के रूप में उपयोग किया जा सकता है।

चूँकि हम पाउडर जैसी स्थिरता के बारे में बात कर रहे हैं, डिज़ाइन को बेहतर बनाने के लिए आपको नायलॉन स्टॉकिंग्स की आवश्यकता होगी, जिससे आप आसानी से एक बैग बना सकते हैं और उसमें कोयला डाल सकते हैं, अन्यथा यह छेद से बाहर गिर जाएगा। वितरण समारोह के लिए, ईंधन की सांद्रता पहले कक्ष में होती है, जबकि ईंधन सेल के सामान्य कामकाज के लिए आवश्यक ऑक्सीजन, इसके विपरीत, अंतिम, पांचवें डिब्बे में प्रसारित होगी। इलेक्ट्रोड के बीच स्थित इलेक्ट्रोलाइट को एक विशेष घोल (125 से 2 मिलीलीटर के अनुपात में पैराफिन के साथ गैसोलीन) में भिगोया जाना चाहिए, और यह वायु इलेक्ट्रोलाइट को चौथे डिब्बे में रखने से पहले किया जाना चाहिए। उचित चालकता सुनिश्चित करने के लिए, कोयले के ऊपर पूर्व-सोल्डर तारों वाली तांबे की प्लेटें बिछाई जाती हैं, जिसके माध्यम से इलेक्ट्रोड से बिजली संचारित की जाएगी।

इस डिज़ाइन चरण को सुरक्षित रूप से अंतिम चरण माना जा सकता है, जिसके बाद तैयार डिवाइस को चार्ज किया जाता है, जिसके लिए इलेक्ट्रोलाइट की आवश्यकता होगी। इसे तैयार करने के लिए, आपको एथिल अल्कोहल को आसुत जल के साथ समान भागों में मिलाना होगा और धीरे-धीरे 70 ग्राम प्रति गिलास तरल की दर से कास्टिक पोटेशियम डालना शुरू करना होगा। निर्मित उपकरण के पहले परीक्षण में प्लेक्सीग्लास हाउसिंग के पहले (ईंधन तरल) और तीसरे (एथिल अल्कोहल और कास्टिक पोटेशियम से बने इलेक्ट्रोलाइट) कंटेनरों को एक साथ भरना शामिल है।

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हाइड्रोजन ईंधन सेल | लावेन्ट

मैं लंबे समय से आपको अल्फाइनटेक कंपनी की एक और दिशा के बारे में बताना चाहता था। यह हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का विकास, बिक्री और सेवा है। मैं रूस में इन ईंधन कोशिकाओं की स्थिति को तुरंत स्पष्ट करना चाहूंगा।

काफी अधिक लागत और इन ईंधन कोशिकाओं को चार्ज करने के लिए हाइड्रोजन स्टेशनों की पूर्ण कमी के कारण, रूस में उनकी बिक्री की उम्मीद नहीं है। फिर भी, यूरोप में, विशेष रूप से फिनलैंड में, ये ईंधन सेल हर साल लोकप्रियता हासिल कर रहे हैं। क्या राज हे? आइये एक नजर डालते हैं. यह उपकरण पर्यावरण के अनुकूल, उपयोग में आसान और प्रभावी है। यह उस व्यक्ति की सहायता के लिए आता है जहां उसे विद्युत ऊर्जा की आवश्यकता होती है। आप इसे सड़क पर, सैर पर अपने साथ ले जा सकते हैं, या इसे अपने देश के घर या अपार्टमेंट में बिजली के स्वायत्त स्रोत के रूप में उपयोग कर सकते हैं।

ईंधन सेल में बिजली टैंक से धातु हाइड्राइड और हवा से ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन की रासायनिक प्रतिक्रिया से उत्पन्न होती है। सिलेंडर विस्फोटक नहीं है और इसे वर्षों तक आपकी अलमारी में रखा जा सकता है। यह शायद इस हाइड्रोजन भंडारण तकनीक के मुख्य लाभों में से एक है। यह हाइड्रोजन का भंडारण है जो हाइड्रोजन ईंधन के विकास में मुख्य समस्याओं में से एक है। अद्वितीय नए हल्के ईंधन सेल जो हाइड्रोजन को सुरक्षित, चुपचाप और उत्सर्जन-मुक्त पारंपरिक बिजली में परिवर्तित करते हैं।

इस प्रकार की बिजली का उपयोग उन स्थानों पर किया जा सकता है जहां कोई केंद्रीय बिजली नहीं है, या आपातकालीन बिजली स्रोत के रूप में।

पारंपरिक बैटरियों के विपरीत, जिन्हें चार्जिंग प्रक्रिया के दौरान विद्युत उपभोक्ता से चार्ज और डिस्कनेक्ट करने की आवश्यकता होती है, एक ईंधन सेल एक "स्मार्ट" डिवाइस के रूप में काम करता है। यह तकनीक ईंधन कंटेनर बदलते समय अद्वितीय बिजली बचत फ़ंक्शन के कारण उपयोग की पूरी अवधि के दौरान निर्बाध बिजली प्रदान करती है, जो उपयोगकर्ता को उपभोक्ता को कभी भी बंद नहीं करने की अनुमति देती है। एक बंद मामले में, ईंधन कोशिकाओं को हाइड्रोजन की मात्रा खोए बिना और उनकी शक्ति कम किए बिना कई वर्षों तक संग्रहीत किया जा सकता है।

ईंधन सेल वैज्ञानिकों और शोधकर्ताओं, कानून प्रवर्तन, आपातकालीन उत्तरदाताओं, नाव और मरीना मालिकों और किसी भी अन्य व्यक्ति के लिए डिज़ाइन किया गया है, जिसे आपातकालीन स्थिति में विश्वसनीय बिजली स्रोत की आवश्यकता होती है। आप 12 वोल्ट या 220 वोल्ट प्राप्त कर सकते हैं और फिर आपके पास अपने टीवी, स्टीरियो, रेफ्रिजरेटर, कॉफी मेकर, केतली, वैक्यूम क्लीनर, ड्रिल, माइक्रोस्टोव और अन्य विद्युत उपकरणों को चलाने के लिए पर्याप्त ऊर्जा होगी।

हाइड्रोसेल ईंधन सेल को एक इकाई के रूप में या 2-4 सेल की बैटरियों में बेचा जा सकता है। शक्ति बढ़ाने या एम्परेज बढ़ाने के लिए दो या चार तत्वों को जोड़ा जा सकता है।

ईंधन सेल के साथ घरेलू उपकरणों का संचालन समय

* - सतत संचालन

ईंधन सेल विशेष हाइड्रोजन स्टेशनों पर पूरी तरह चार्ज होते हैं। लेकिन क्या होगा यदि आप उनसे बहुत दूर यात्रा करते हैं और रिचार्ज करने का कोई तरीका नहीं है? विशेष रूप से ऐसे मामलों के लिए, अल्फाइनटेक विशेषज्ञों ने हाइड्रोजन भंडारण के लिए सिलेंडर विकसित किए हैं, जिसके साथ ईंधन कोशिकाएं अधिक समय तक काम करेंगी।

दो प्रकार के सिलेंडर उपलब्ध हैं: NS-MN200 और NS-MN1200। असेंबल किया गया NS-MN200 कोका-कोला कैन से थोड़ा बड़ा है, इसमें 230 लीटर हाइड्रोजन है, जो 40Ah (12V) के अनुरूप है, और इसका वजन केवल 2.5 किलोग्राम है। .मेटल हाइड्राइड सिलेंडर NS-MH1200 में 1200 लीटर हाइड्रोजन होता है, जो 220Ah (12V) से मेल खाता है। सिलेंडर का वजन 11 किलो है.

मेटल हाइड्राइड तकनीक हाइड्रोजन के भंडारण, परिवहन और उपयोग का एक सुरक्षित और आसान तरीका है। जब धातु हाइड्राइड के रूप में संग्रहीत किया जाता है, तो हाइड्रोजन गैसीय रूप के बजाय एक रासायनिक यौगिक के रूप में होता है। यह विधि पर्याप्त उच्च ऊर्जा घनत्व प्राप्त करना संभव बनाती है। मेटल हाइड्राइड का उपयोग करने का लाभ यह है कि सिलेंडर के अंदर दबाव केवल 2-4 बार होता है। सिलेंडर विस्फोटक नहीं होता है और पदार्थ की मात्रा को कम किए बिना वर्षों तक संग्रहीत किया जा सकता है। चूँकि हाइड्रोजन को धातु हाइड्राइड के रूप में संग्रहित किया जाता है, सिलेंडर से प्राप्त हाइड्रोजन की शुद्धता 99.999% पर बहुत अधिक होती है। धातु हाइड्राइड हाइड्रोजन भंडारण सिलेंडर का उपयोग न केवल एचसी 100,200,400 ईंधन कोशिकाओं के साथ किया जा सकता है, बल्कि अन्य मामलों में भी किया जा सकता है जहां शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। त्वरित-कनेक्ट कनेक्टर और लचीली नली का उपयोग करके सिलेंडर को आसानी से ईंधन सेल या अन्य डिवाइस से जोड़ा जा सकता है।

यह अफ़सोस की बात है कि ये ईंधन सेल रूस में नहीं बेचे जाते हैं। लेकिन हमारी आबादी के बीच ऐसे बहुत से लोग हैं जिन्हें उनकी ज़रूरत है। खैर, हम इंतजार करेंगे और देखेंगे, और आप देखेंगे, हमारे पास कुछ होगा। इस बीच, हम राज्य द्वारा लगाए गए ऊर्जा-बचत वाले प्रकाश बल्ब खरीदेंगे।

पी.एस. ऐसा लगता है कि विषय अंततः गुमनामी में चला गया है। इस लेख को लिखे जाने के इतने वर्षों बाद भी इसका कुछ पता नहीं चला है। बेशक, मैं हर जगह नहीं देख रहा हूँ, लेकिन जो चीज़ मेरी नज़र में आती है वह बिल्कुल भी सुखद नहीं है। तकनीक और विचार अच्छे हैं, लेकिन उन्हें अभी तक कोई विकास नहीं मिला है।

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ईंधन सेल एक ऐसा भविष्य है जो आज से शुरू हो रहा है!

21वीं सदी की शुरुआत पारिस्थितिकी को सबसे महत्वपूर्ण वैश्विक चुनौतियों में से एक मानती है। और वर्तमान परिस्थितियों में सबसे पहली बात जिस पर ध्यान देना चाहिए वह है वैकल्पिक ऊर्जा स्रोतों की खोज और उपयोग। वे ही हैं जो हमारे पर्यावरण के प्रदूषण को रोकने में सक्षम हैं, साथ ही हाइड्रोकार्बन आधारित ईंधन की लगातार बढ़ती कीमतों को भी पूरी तरह से त्यागने में सक्षम हैं।

आज पहले से ही, सौर सेल और पवन टरबाइन जैसे ऊर्जा स्रोतों का उपयोग हो चुका है। लेकिन, दुर्भाग्य से, उनका नुकसान मौसम के साथ-साथ मौसम और दिन के समय पर निर्भरता से जुड़ा है। इस कारण से, अंतरिक्ष यात्रियों, विमान और ऑटोमोटिव उद्योगों में उनका उपयोग धीरे-धीरे छोड़ा जा रहा है, और स्थिर उपयोग के लिए वे द्वितीयक ऊर्जा स्रोतों - बैटरी से सुसज्जित हैं।

हालाँकि, सबसे अच्छा समाधान ईंधन सेल है, क्योंकि इसे निरंतर ऊर्जा रिचार्जिंग की आवश्यकता नहीं होती है। यह एक ऐसा उपकरण है जो विभिन्न प्रकार के ईंधन (गैसोलीन, अल्कोहल, हाइड्रोजन, आदि) को संसाधित करने और सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने में सक्षम है।

ईंधन सेल निम्नलिखित सिद्धांत पर काम करता है: ईंधन की आपूर्ति बाहर से की जाती है, जिसे ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत किया जाता है, और जारी ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित किया जाता है। संचालन का यह सिद्धांत लगभग शाश्वत संचालन सुनिश्चित करता है।

19वीं शताब्दी के अंत से, वैज्ञानिकों ने ईंधन सेल का ही अध्ययन किया है और इसमें लगातार नए संशोधन विकसित किए हैं। तो, आज, परिचालन स्थितियों के आधार पर, क्षारीय या क्षारीय (एएफसी), डायरेक्ट बोरोहाइड्रेट (डीबीएफसी), इलेक्ट्रो-गैल्वेनिक (ईजीएफसी), डायरेक्ट मेथनॉल (डीएमएफसी), जिंक-एयर (जेडएएफसी), माइक्रोबियल (एमएफसी), मॉडल हैं। फॉर्मिक एसिड (डीएफएएफसी) और धातु हाइड्राइड (एमएचएफसी) पर आधारित भी जाना जाता है।

सबसे आशाजनक में से एक हाइड्रोजन ईंधन सेल है। बिजली संयंत्रों में हाइड्रोजन का उपयोग ऊर्जा की एक महत्वपूर्ण रिहाई के साथ होता है, और ऐसे उपकरण से निकलने वाला निकास शुद्ध जल वाष्प या पीने का पानी होता है, जो पर्यावरण के लिए कोई खतरा पैदा नहीं करता है।

अंतरिक्ष यान पर इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं के सफल परीक्षण ने हाल ही में इलेक्ट्रॉनिक्स और विभिन्न उपकरणों के निर्माताओं के बीच काफी रुचि पैदा की है। इस प्रकार, पॉलीफ्यूल कंपनी ने लैपटॉप के लिए एक लघु हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रस्तुत किया। लेकिन ऐसे उपकरण की बहुत अधिक लागत और निर्बाध ईंधन भरने में कठिनाइयाँ इसके औद्योगिक उत्पादन और व्यापक वितरण को सीमित करती हैं। होंडा 10 वर्षों से अधिक समय से ऑटोमोटिव ईंधन सेल का उत्पादन भी कर रहा है। हालाँकि, इस प्रकार का परिवहन बिक्री पर नहीं जाता है, बल्कि केवल कंपनी के कर्मचारियों के आधिकारिक उपयोग के लिए होता है। कारें इंजीनियरों की निगरानी में हैं।

बहुत से लोग आश्चर्य करते हैं कि क्या ईंधन सेल को अपने हाथों से इकट्ठा करना संभव है। आख़िरकार, औद्योगिक मॉडल के विपरीत, घरेलू उपकरण का एक महत्वपूर्ण लाभ मामूली निवेश होगा। लघु मॉडल के लिए, आपको 30 सेमी प्लैटिनम-लेपित निकल तार, प्लास्टिक या लकड़ी का एक छोटा टुकड़ा, एक 9-वोल्ट बैटरी क्लिप और बैटरी, स्पष्ट चिपकने वाला टेप, एक गिलास पानी और एक वोल्टमीटर की आवश्यकता होगी। ऐसा उपकरण आपको काम के सार को देखने और समझने की अनुमति देगा, लेकिन, निश्चित रूप से, कार के लिए बिजली उत्पन्न करना संभव नहीं होगा।

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हाइड्रोजन ईंधन सेल: थोड़ा इतिहास | हाइड्रोजन

आजकल, पारंपरिक ऊर्जा संसाधनों की कमी और उनके उपयोग के कारण समग्र रूप से ग्रह की पारिस्थितिकी में गिरावट की समस्या विशेष रूप से विकट है। इसीलिए, हाल ही में, हाइड्रोकार्बन ईंधन के संभावित आशाजनक विकल्प के विकास पर महत्वपूर्ण वित्तीय संसाधन और बौद्धिक संसाधन खर्च किए गए हैं। निकट भविष्य में हाइड्रोजन ऐसा विकल्प बन सकता है, क्योंकि बिजली संयंत्रों में इसका उपयोग बड़ी मात्रा में ऊर्जा की रिहाई के साथ होता है, और निकास जल वाष्प होता है, यानी यह पर्यावरण के लिए खतरा पैदा नहीं करता है।

हाइड्रोजन-आधारित ईंधन कोशिकाओं के कार्यान्वयन में अभी भी मौजूद कुछ तकनीकी कठिनाइयों के बावजूद, कई कार निर्माताओं ने प्रौद्योगिकी के वादे की सराहना की है और पहले से ही सक्रिय रूप से मुख्य ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने में सक्षम उत्पादन कारों के प्रोटोटाइप विकसित कर रहे हैं। दो हजार ग्यारह में, डेमलर एजी ने हाइड्रोजन पावर प्लांट के साथ वैचारिक मर्सिडीज-बेंज मॉडल प्रस्तुत किए। इसके अलावा, कोरियाई कंपनी Hyndayi ने आधिकारिक तौर पर घोषणा की है कि वह अब इलेक्ट्रिक कारों को विकसित करने का इरादा नहीं रखती है, बल्कि एक किफायती हाइड्रोजन कार विकसित करने पर अपने सभी प्रयासों पर ध्यान केंद्रित करेगी।

इस तथ्य के बावजूद कि हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने का विचार कई लोगों के लिए अजीब नहीं है, अधिकांश को पता नहीं है कि हाइड्रोजन का उपयोग करने वाली ईंधन कोशिकाएं कैसे काम करती हैं और उनके बारे में इतना उल्लेखनीय क्या है।

प्रौद्योगिकी के महत्व को समझने के लिए, हम हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के इतिहास को देखने का सुझाव देते हैं।

ईंधन सेल में हाइड्रोजन के उपयोग की क्षमता का वर्णन करने वाला पहला व्यक्ति एक जर्मन, क्रिश्चियन फ्रेडरिक था। 1838 में, उन्होंने अपना काम उस समय की एक प्रसिद्ध वैज्ञानिक पत्रिका में प्रकाशित किया।

अगले ही वर्ष, उहल्स के एक न्यायाधीश, सर विलियम रॉबर्ट ग्रोव द्वारा एक कार्यशील हाइड्रोजन बैटरी का एक प्रोटोटाइप बनाया गया। हालाँकि, डिवाइस की शक्ति उस समय के मानकों से भी बहुत कम थी, इसलिए इसका व्यावहारिक उपयोग प्रश्न से बाहर था।

जहाँ तक "ईंधन सेल" शब्द का प्रश्न है, इसके अस्तित्व का श्रेय वैज्ञानिकों लुडविग मोंड और चार्ल्स लैंगर को जाता है, जिन्होंने 1889 में हवा और कोक ओवन गैस पर चलने वाला ईंधन सेल बनाने का प्रयास किया था। अन्य स्रोतों के अनुसार, इस शब्द का प्रयोग सबसे पहले विलियम व्हाइट जैक्स द्वारा किया गया था, जिन्होंने सबसे पहले इलेक्ट्रोलाइट में फॉस्फोरिक एसिड का उपयोग करने का निर्णय लिया था।

1920 के दशक में, जर्मनी में कई अध्ययन किए गए, जिसके परिणामस्वरूप ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं और कार्बोनेट चक्र का उपयोग करने के तरीकों की खोज हुई। उल्लेखनीय है कि इन तकनीकों का हमारे समय में प्रभावी ढंग से उपयोग किया जाता है।

1932 में, इंजीनियर फ्रांसिस टी बेकन ने सीधे हाइड्रोजन-आधारित ईंधन कोशिकाओं पर शोध करना शुरू किया। उनसे पहले, वैज्ञानिकों ने एक स्थापित योजना का उपयोग किया था - छिद्रपूर्ण प्लैटिनम इलेक्ट्रोड को सल्फ्यूरिक एसिड में रखा गया था। ऐसी योजना का स्पष्ट नुकसान, सबसे पहले, प्लैटिनम के उपयोग के कारण इसकी अनुचित उच्च लागत में निहित है। इसके अलावा, कास्टिक सल्फ्यूरिक एसिड के उपयोग से शोधकर्ताओं के स्वास्थ्य और कभी-कभी जीवन को भी खतरा पैदा हो गया। बेकन ने सर्किट को अनुकूलित करने का निर्णय लिया और प्लैटिनम को निकल से बदल दिया, और इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक क्षारीय संरचना का उपयोग किया।

अपनी तकनीक को बेहतर बनाने के लिए उत्पादक कार्य के लिए धन्यवाद, बेकन ने 1959 में ही आम जनता के सामने अपना मूल हाइड्रोजन ईंधन सेल पेश किया, जो 5 किलोवाट का उत्पादन करता था और एक वेल्डिंग मशीन को बिजली दे सकता था। उन्होंने प्रस्तुत उपकरण को "बेकन सेल" कहा।

उसी वर्ष अक्टूबर में, एक अनोखा ट्रैक्टर बनाया गया जो हाइड्रोजन पर चलता था और बीस अश्वशक्ति का उत्पादन करता था।

बीसवीं सदी के साठ के दशक में, अमेरिकी कंपनी जनरल इलेक्ट्रिक ने बेकन द्वारा विकसित योजना विकसित की और इसे अपोलो और नासा जेमिनी अंतरिक्ष कार्यक्रमों में लागू किया। नासा के विशेषज्ञ इस निष्कर्ष पर पहुंचे कि परमाणु रिएक्टर का उपयोग करना बहुत महंगा, तकनीकी रूप से कठिन और असुरक्षित है। इसके अलावा, हमें उनके बड़े आयामों के कारण सौर पैनलों के साथ बैटरियों का उपयोग छोड़ना पड़ा। समस्या का समाधान हाइड्रोजन ईंधन सेल थे, जो अंतरिक्ष यान को ऊर्जा और उसके चालक दल को स्वच्छ पानी की आपूर्ति करने में सक्षम हैं।

ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने वाली पहली बस 1993 में बनाई गई थी। और हाइड्रोजन ईंधन सेल द्वारा संचालित यात्री कारों के प्रोटोटाइप टोयोटा और डेमलर बेंज जैसे वैश्विक ऑटोमोबाइल ब्रांडों द्वारा 1997 में ही प्रस्तुत किए गए थे।

यह थोड़ा अजीब है कि पंद्रह साल पहले एक कार में बेचा जाने वाला एक आशाजनक पर्यावरण अनुकूल ईंधन अभी तक व्यापक नहीं हुआ है। इसके कई कारण हैं, जिनमें मुख्य कारण शायद राजनीतिक और उचित बुनियादी ढांचा तैयार करने की मांग है। आइए आशा करते हैं कि हाइड्रोजन अभी भी अपनी बात रखेगा और इलेक्ट्रिक कारों के लिए एक महत्वपूर्ण प्रतियोगी बन जाएगा।

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ऊर्जा के बिना हमारा भौतिक समाज न केवल विकसित हो सकता है, बल्कि अस्तित्व में भी नहीं रह सकता। ऊर्जा कहाँ से आती है? कुछ समय पहले तक, लोग इसे प्राप्त करने के लिए केवल एक ही तरीका अपनाते थे; हमने प्रकृति के साथ संघर्ष किया, प्राप्त ट्राफियों को पहले घरेलू चूल्हों की भट्टियों में जलाया, फिर भाप इंजनों और शक्तिशाली ताप विद्युत संयंत्रों में।

आधुनिक औसत व्यक्ति द्वारा उपभोग किए गए किलोवाट-घंटे पर कोई लेबल नहीं है जो यह दर्शाता हो कि सभ्य मनुष्य को प्रौद्योगिकी के लाभों का आनंद लेने के लिए प्रकृति ने कितने वर्षों तक काम किया, और इससे होने वाले नुकसान को कम करने के लिए उसे अभी भी कितने वर्षों तक काम करना होगा उसे ऐसी सभ्यता द्वारा. हालाँकि, समाज में यह समझ बढ़ रही है कि देर-सबेर यह भ्रामक आदर्श समाप्त हो जाएगा। तेजी से, लोग प्रकृति को न्यूनतम नुकसान के साथ अपनी जरूरतों के लिए ऊर्जा प्रदान करने के तरीकों का आविष्कार कर रहे हैं।

हाइड्रोजन ईंधन सेल स्वच्छ ऊर्जा की पवित्र कब्र हैं। वे आवर्त सारणी के सामान्य तत्वों में से एक हाइड्रोजन को संसाधित करते हैं, और केवल पानी छोड़ते हैं, जो ग्रह पर सबसे आम पदार्थ है। एक पदार्थ के रूप में लोगों की हाइड्रोजन तक पहुंच की कमी के कारण गुलाबी तस्वीर खराब हो गई है। इसमें बहुत कुछ है, लेकिन केवल बंधी हुई अवस्था में, और इसे निकालना गहराई से तेल निकालने या कोयला खोदने से कहीं अधिक कठिन है।

हाइड्रोजन के स्वच्छ और पर्यावरण के अनुकूल उत्पादन के विकल्पों में से एक माइक्रोबियल ईंधन सेल (एमटीबी) है, जो पानी को ऑक्सीजन और हाइड्रोजन में विघटित करने के लिए सूक्ष्मजीवों का उपयोग करता है। यहां भी सब कुछ सहज नहीं है. सूक्ष्मजीव स्वच्छ ईंधन के उत्पादन का उत्कृष्ट कार्य करते हैं, लेकिन व्यवहार में आवश्यक दक्षता प्राप्त करने के लिए, एमटीबी को एक उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है जो प्रक्रिया की रासायनिक प्रतिक्रियाओं में से एक को तेज करता है।

यह उत्प्रेरक कीमती धातु प्लैटिनम है, जिसकी कीमत एमटीबी के उपयोग को आर्थिक रूप से अनुचित और व्यावहारिक रूप से असंभव बनाती है।

विस्कॉन्सिन-मिल्वौकी विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों ने महंगे उत्प्रेरक का प्रतिस्थापन ढूंढ लिया है। प्लैटिनम के बजाय, उन्होंने कार्बन, नाइट्रोजन और लोहे के संयोजन से बने सस्ते नैनोरोड का उपयोग करने का प्रस्ताव रखा। नए उत्प्रेरक में सतह परत और लौह कार्बाइड कोर में एम्बेडेड नाइट्रोजन के साथ ग्रेफाइट छड़ें शामिल हैं। नए उत्पाद के परीक्षण के तीन महीनों के दौरान, उत्प्रेरक ने प्लैटिनम की तुलना में अधिक क्षमताओं का प्रदर्शन किया। नैनोरोड्स का संचालन अधिक स्थिर और नियंत्रणीय निकला।

और सबसे महत्वपूर्ण बात यह है कि विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों के दिमाग की उपज बहुत सस्ती है। इस प्रकार, प्लैटिनम उत्प्रेरक की लागत एमटीबी की लागत का लगभग 60% है, जबकि नैनोरोड्स की लागत उनकी वर्तमान कीमत के 5% के भीतर है।

उत्प्रेरक नैनोरोड्स के निर्माता, प्रोफेसर जुनहोंग चेन के अनुसार: “ईंधन कोशिकाएं सीधे ईंधन को बिजली में परिवर्तित करने में सक्षम हैं। साथ में, नवीकरणीय स्रोतों से विद्युत ऊर्जा को स्वच्छ, कुशल और टिकाऊ तरीके से वहां पहुंचाया जा सकता है जहां इसकी आवश्यकता है।

प्रोफेसर चेन और उनके शोधकर्ताओं की टीम अब उत्प्रेरक की सटीक विशेषताओं का अध्ययन कर रही है। उनका लक्ष्य अपने आविष्कार को व्यावहारिक फोकस देना, इसे बड़े पैमाने पर उत्पादन और उपयोग के लिए उपयुक्त बनाना है।

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हाइड्रोजन ईंधन सेल और ऊर्जा प्रणालियाँ

पानी से चलने वाली कार जल्द ही वास्तविकता बन सकती है और कई घरों में हाइड्रोजन ईंधन सेल स्थापित किए जाएंगे...

हाइड्रोजन ईंधन सेल तकनीक नई नहीं है। इसकी शुरुआत 1776 में हुई, जब हेनरी कैवेंडिश ने धातुओं को तनु अम्लों में घोलते समय पहली बार हाइड्रोजन की खोज की। पहले हाइड्रोजन ईंधन सेल का आविष्कार 1839 में विलियम ग्रोव द्वारा किया गया था। तब से, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं में धीरे-धीरे सुधार किया गया है और अब उन्हें अंतरिक्ष शटलों में स्थापित किया गया है, जो उन्हें ऊर्जा प्रदान करते हैं और पानी के स्रोत के रूप में काम करते हैं। आज, हाइड्रोजन ईंधन सेल तकनीक 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 में डाला जाता है, जहां इसे प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग किया जाता है। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के कैथोड तक पहुंचने के अलग-अलग रास्ते होते हैं। प्रोटॉन इलेक्ट्रोड के माध्यम से कैथोड तक जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन कैथोड तक पहुंचने के लिए ईंधन कोशिकाओं के चारों ओर से गुजरते हैं। यह गति बाद में प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा बनाती है। दूसरी ओर, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं।

इलेक्ट्रोलाइज़र पानी से हाइड्रोजन निकालने का एक तरीका है। यह प्रक्रिया मूलतः हाइड्रोजन ईंधन सेल के साथ होने वाली प्रक्रिया के विपरीत 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 होकर कैथोड तक जाता है और ऑक्सीजन सीधे कैथोड को आपूर्ति की जाती है। वहां से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन निकालकर भंडारित किया जा सकता है। ऐसे समय में जब बिजली का उत्पादन करने की आवश्यकता नहीं होती है, संचित गैस को भंडारण सुविधा से हटाया 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 कारण 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 कि हाइड्रोजन का उपयोग बहुत खतरनाक है। हालाँकि, हाल के शोध से पता चला है कि इस त्रासदी का कारण निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्री के प्रकार से संबंधित था, न कि उस हाइड्रोजन से जिसे अंदर पंप किया गया था। हाइड्रोजन भंडारण की सुरक्षा का परीक्षण करने के बाद, यह पाया गया कि ईंधन कोशिकाओं में हाइड्रोजन का भंडारण कार ईंधन टैंक में गैसोलीन के भंडारण की तुलना में अधिक सुरक्षित है।

आधुनिक हाइड्रोजन ईंधन सेल की लागत कितनी है? कंपनियाँ वर्तमान में हाइड्रोजन ईंधन प्रणालियाँ पेश करती हैं जो लगभग 3,000 डॉलर प्रति किलोवाट की दर से बिजली का उत्पादन करती हैं। विपणन अनुसंधान ने स्थापित किया है कि जब लागत गिरकर 1,500 डॉलर प्रति किलोवाट हो जाएगी, 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 तुलनीय स्तर पर लाने के तरीके तलाश रहे हैं। कुछ दूरदराज के इलाकों में जहां बिजली की लाइनें नहीं हैं, ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करना या घर को स्वतंत्र रूप से बिजली देना, उदाहरण के लिए, पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के लिए बुनियादी ढांचे का निर्माण करने की तुलना में अभी अधिक किफायती हो सकता है।

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

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पानी से चलने वाली कार जल्द ही वास्तविकता बन सकती है और कई घरों में हाइड्रोजन ईंधन सेल स्थापित किए जाएंगे...

हाइड्रोजन प्रौद्योगिकी ईंधन कोशिकाएंनया नहीं। इसकी शुरुआत 1776 में हुई, जब हेनरी कैवेंडिश ने धातुओं को तनु अम्लों में घोलते समय पहली बार हाइड्रोजन की खोज की। पहले हाइड्रोजन ईंधन सेल का आविष्कार 1839 में विलियम ग्रोव द्वारा किया गया था। तब से, हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं में धीरे-धीरे सुधार किया गया है और अब उन्हें अंतरिक्ष शटलों में स्थापित किया गया है, जो उन्हें ऊर्जा प्रदान करते हैं और पानी के स्रोत के रूप में काम करते हैं। आज, हाइड्रोजन ईंधन सेल तकनीक 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 में डाला जाता है, जहां इसे प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग किया जाता है। प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के कैथोड तक पहुंचने के अलग-अलग रास्ते होते हैं। प्रोटॉन इलेक्ट्रोड के माध्यम से कैथोड तक जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन कैथोड तक पहुंचने के लिए ईंधन कोशिकाओं के चारों ओर से गुजरते हैं। यह गति बाद में प्रयोग करने योग्य विद्युत ऊर्जा बनाती है। दूसरी ओर, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं।

इलेक्ट्रोलाइज़र पानी से हाइड्रोजन निकालने का एक तरीका है। यह प्रक्रिया मूलतः हाइड्रोजन ईंधन सेल के साथ होने वाली प्रक्रिया के विपरीत 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 होकर कैथोड तक जाता है और ऑक्सीजन सीधे कैथोड को आपूर्ति की जाती है। वहां से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन निकालकर भंडारित किया जा सकता है। ऐसे समय में जब बिजली का उत्पादन करने की आवश्यकता नहीं होती है, संचित गैस को भंडारण सुविधा से हटाया 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 कारण 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 कि हाइड्रोजन का उपयोग बहुत खतरनाक है। हालाँकि, हाल के शोध से पता चला है कि इस त्रासदी का कारण निर्माण में उपयोग की जाने वाली सामग्री के प्रकार से संबंधित था, न कि उस हाइड्रोजन से जिसे अंदर पंप किया गया था। हाइड्रोजन भंडारण की सुरक्षा का परीक्षण करने के बाद यह पता चला ईंधन कोशिकाओं में हाइड्रोजन का भंडारण करना अधिक सुरक्षित हैकार के ईंधन टैंक में गैसोलीन संग्रहीत करने की तुलना में।

आधुनिक हाइड्रोजन ईंधन सेल की लागत कितनी है?? कंपनियां वर्तमान में हाइड्रोजन की पेशकश कर रही हैं ईंधन प्रणालीलगभग 3,000 डॉलर प्रति किलोवाट की लागत से ऊर्जा का उत्पादन। विपणन अनुसंधान ने स्थापित किया है कि जब लागत गिरकर 1,500 डॉलर प्रति किलोवाट हो जाएगी, 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 तुलनीय स्तर पर लाने के तरीके तलाश रहे हैं। कुछ दूरदराज के इलाकों में जहां बिजली की लाइनें नहीं हैं, ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करना या घर को स्वतंत्र रूप से बिजली देना, उदाहरण के लिए, पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों के लिए बुनियादी ढांचे का निर्माण करने की तुलना में अभी अधिक किफायती हो सकता है।

हाइड्रोजन ईंधन सेल का अभी भी व्यापक रूप से उपयोग क्यों नहीं किया जाता है? फिलहाल, उनकी उच्च लागत हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं के प्रसार के लिए मुख्य समस्या है। फिलहाल हाइड्रोजन ईंधन प्रणालियों की बड़े पैमाने पर मांग नहीं है। हालाँकि, विज्ञान स्थिर 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
संयुक्त राज्य अमेरिका और कनाडा में कारखानों में उत्पादित

ईंधन (हाइड्रोजन) कोशिकाएं/कोशिकाएं

कंपनी इंटेक जीएमबीएच / एलएलसी इंटेक जीएमबीएच 1997 से इंजीनियरिंग सेवा बाजार में है, जो विभिन्न औद्योगिक उपकरणों का आधिकारिक दीर्घकालिक आपूर्तिकर्ता है, और आपके ध्यान में विभिन्न ईंधन (हाइड्रोजन) तत्वों/कोशिकाओं को लाता है।

एक ईंधन सेल/सेल है

ईंधन सेल/सेल के लाभ

ईंधन सेल/सेल एक उपकरण है जो इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन युक्त ईंधन से कुशलतापूर्वक प्रत्यक्ष धारा और गर्मी उत्पन्न करता है।

ईंधन सेल एक बैटरी के समान है जिसमें यह रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में एक एनोड, एक कैथोड और एक इलेक्ट्रोलाइट शामिल होता है। हालाँकि, बैटरियों के विपरीत, ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा का भंडारण नहीं कर सकते हैं और रिचार्ज करने के लिए डिस्चार्ज या बिजली की आवश्यकता नहीं होती है। ईंधन सेल/सेल तब तक लगातार बिजली का उत्पादन कर सकते हैं जब तक उनमें ईंधन और हवा की आपूर्ति बनी रहती है।

अन्य बिजली जनरेटरों, जैसे आंतरिक दहन इंजन या गैस, कोयला, ईंधन तेल आदि द्वारा संचालित टर्बाइनों के विपरीत, ईंधन सेल/सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। इसका मतलब है कि कोई उच्च दबाव वाले रोटर नहीं, कोई तेज़ निकास शोर नहीं, कोई कंपन नहीं। ईंधन सेल/सेल एक मूक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली का उत्पादन करते हैं। ईंधन कोशिकाओं/सेलों 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 एकमात्र उत्सर्जन उत्पाद भाप के रूप में पानी और थोड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड होता है, जो ईंधन के रूप में शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग करने पर बिल्कुल भी जारी नहीं होता है। ईंधन तत्वों/सेलों को असेंबलियों में और फिर अलग-अलग कार्यात्मक मॉड्यूल में इकट्ठा किया जाता है।

ईंधन कोशिकाओं/सेलों के विकास का इतिहास

1950 और 1960 के दशक में, ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे बड़ी चुनौतियों में से एक नेशनल एयरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) की लंबी अवधि के अंतरिक्ष अभियानों के लिए ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता से उत्पन्न हुई थी। नासा का क्षारीय ईंधन सेल एक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया में दो रासायनिक तत्वों को मिलाकर ईंधन के रूप में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करता है। अंतरिक्ष उड़ान में प्रतिक्रिया के तीन उपयोगी उपोत्पाद हैं - अंतरिक्ष यान को बिजली देने के लिए बिजली, पीने और शीतलन प्रणाली के लिए पानी, और अंतरिक्ष यात्रियों को गर्म करने के लिए गर्मी।

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

1930 के दशक के अंत में, क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन कोशिकाओं पर काम शुरू हुआ और 1939 तक उच्च दबाव निकल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक सेल बनाया गया था। द्वितीय विश्व युद्ध के दौरान, ब्रिटिश नौसेना की पनडुब्बियों के लिए ईंधन सेल/सेल विकसित किए गए थे और 1958 में 25 सेमी से अधिक व्यास वाले क्षारीय ईंधन सेल/सेल से युक्त एक ईंधन असेंबली पेश की गई थी।

1950 और 1960 के दशक में और 1980 के दशक में भी रुचि बढ़ी, जब औद्योगिक जगत ने पेट्रोलियम ईंधन की कमी का अनुभव किया। इसी अवधि के दौरान विश्व के देश भी वायु प्रदूषण की समस्या को लेकर चिंतित हो गये और पर्यावरण के अनुकूल तरीके से बिजली पैदा करने के तरीकों पर विचार करने लगे। ईंधन सेल प्रौद्योगिकी वर्तमान में तेजी से विकास के दौर से गुजर रही है।

ईंधन कोशिकाओं/सेलों का संचालन सिद्धांत

ईंधन सेल/सेल एक इलेक्ट्रोलाइट, एक कैथोड और एक एनोड का उपयोग करके होने वाली विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण बिजली और गर्मी उत्पन्न करते हैं।

एनोड और कैथोड को एक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किया जाता है जो प्रोटॉन का संचालन करता है। एनोड पर हाइड्रोजन और कैथोड पर ऑक्सीजन पहुंचने के बाद एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप बिजली, गर्मी और पानी।

एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड तक ले जाया जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से पारित किया जाता है और बाहरी हिस्से से गुजारा जाता है। विद्युत सर्किट, प्रत्यक्ष धारा बनाना जिसका उपयोग बिजली उपकरणों में 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 संबंधित प्रतिक्रिया है:

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

ईंधन तत्वों/सेलों के प्रकार और विविधता

जिस प्रकार विभिन्न प्रकार के आंतरिक दहन इंजन होते हैं, उसी प्रकार विभिन्न प्रकार के ईंधन सेल भी होते हैं - सही प्रकार के ईंधन सेल का चयन उसके अनुप्रयोग पर निर्भर करता है।

ईंधन कोशिकाओं को उच्च तापमान और निम्न तापमान में विभाजित किया गया है। कम तापमान वाले ईंधन सेल को ईंधन के रूप में अपेक्षाकृत शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है। इसका अक्सर मतलब यह होता 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 विशेष उपकरण 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 ईंधन सेल/सेल (एमसीएफसी)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल उच्च तापमान वाले ईंधन सेल हैं। उच्च ऑपरेटिंग तापमान ईंधन प्रोसेसर और कम ईंधन गैस के बिना प्राकृतिक गैस के सीधे उपयोग की अनुमति देता है कैलोरी मानईंधन उत्पादन प्रक्रियाएंऔर अन्य स्रोतों से.

आरसीएफसी का संचालन अन्य ईंधन सेल से भिन्न है। ये कोशिकाएँ पिघले हुए कार्बोनेट लवण के मिश्रण से बने 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 उच्च स्तर की आयन गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन कोशिकाएं उच्च तापमान (650 डिग्री सेल्सियस) पर काम करती हैं। दक्षता 60-80% के बीच भिन्न होती है।

650°C के तापमान तक गर्म करने पर, लवण कार्बोनेट आयनों (CO 3 2-) के लिए संवाहक 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 बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से वापस कैथोड में भेजा जाता है, जिससे उप-उत्पाद के रूप में विद्युत प्रवाह और गर्मी उत्पन्न होती है।

एनोड पर प्रतिक्रिया: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (कैथोड) => H 2 O (g) + CO 2 (एनोड)

पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के उच्च परिचालन तापमान के कुछ फायदे हैं। उच्च तापमान पर, आंतरिक सुधार होता है प्राकृतिक गैस, ईंधन प्रोसेसर की आवश्यकता को समाप्त करना। इसके अलावा, फायदे में इलेक्ट्रोड पर स्टेनलेस स्टील शीट और निकल उत्प्रेरक जैसी मानक निर्माण सामग्री का उपयोग करने की क्षमता शामिल है। अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग विभिन्न औद्योगिक और वाणिज्यिक उद्देश्यों 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 उपयोग के लिए इष्टतम परिचालन स्थितियों को प्राप्त करने के लिए महत्वपूर्ण समय की आवश्यकता होती है, और सिस्टम ऊर्जा खपत में परिवर्तनों के प्रति अधिक धीमी गति से प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएँ निरंतर बिजली स्थितियों के तहत पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड को ईंधन सेल को नुकसान पहुंचाने से रोकता है।

पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। 3.0 मेगावाट की विद्युत उत्पादन शक्ति वाले थर्मल पावर प्लांट व्यावसायिक रूप से उत्पादित होते हैं। 110 मेगावाट तक आउटपुट पावर वाले प्रतिष्ठान विकसित किए जा रहे हैं।

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल/सेल (पीएएफसी)

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड ईंधन कोशिकाएं व्यावसायिक उपयोग के लिए पहली ईंधन कोशिकाएं थीं।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड ईंधन कोशिकाएं 100% तक की सांद्रता के साथ ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (एच 3 पीओ 4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, इस कारण से 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। एक समान प्रक्रिया प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन कोशिकाओं में होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से यात्रा करते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। नीचे ऐसी प्रतिक्रियाएँ दी गई हैं जो विद्युत धारा और ऊष्मा उत्पन्न करती हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
तत्व की सामान्य 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 के साथ, कुल दक्षता लगभग 85% है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान को देखते हुए, अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने और वायुमंडलीय दबाव भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

तापीय और विद्युत ऊर्जा के संयुक्त उत्पादन में फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने वाले ताप विद्युत संयंत्रों का उच्च प्रदर्शन इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के फायदों में से एक है। इकाइयाँ लगभग 1.5% की सांद्रता के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करती हैं, जो ईंधन की पसंद को महत्वपूर्ण रूप से बढ़ाती है। इसके अलावा, CO2 इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है; इस प्रकार की सेल सुधारित प्राकृतिक ईंधन के साथ काम करती है। सरल डिज़ाइन, इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता की कम डिग्री और बढ़ी हुई स्थिरता भी इस प्रकार के ईंधन सेल के फायदे हैं।

500 किलोवाट तक की विद्युत उत्पादन शक्ति वाले थर्मल पावर प्लांट व्यावसायिक रूप से उत्पादित किए जाते हैं। 11 मेगावाट की स्थापनाओं ने उचित परीक्षण पास कर लिया है। 100 मेगावाट तक आउटपुट पावर वाले प्रतिष्ठान विकसित किए जा रहे हैं।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी)

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल उच्चतम ऑपरेटिंग तापमान वाले ईंधन सेल हैं। ऑपरेटिंग तापमान 600°C से 1000°C तक भिन्न हो सकता है, जिससे विशेष पूर्व-उपचार के बिना विभिन्न प्रकार के ईंधन के उपयोग की अनुमति मिलती है। ऐसे उच्च तापमान को संभालने के लिए, उपयोग किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट सिरेमिक बेस पर एक पतली ठोस धातु ऑक्साइड होता है, जो अक्सर येट्रियम और ज़िरकोनियम का एक मिश्र धातु होता है, जो ऑक्सीजन आयनों (O2-) का संवाहक होता है।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक गैस का सीलबंद संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट एक छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक ऑक्सीजन आयन (O 2-) है। कैथोड पर, हवा से ऑक्सीजन अणुओं को एक ऑक्सीजन आयन और चार इलेक्ट्रॉनों में अलग किया जाता है। 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 भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट ताप उत्पन्न होता है।

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

उत्पादित विद्युत ऊर्जा की दक्षता सभी ईंधन कोशिकाओं में सबसे अधिक है - लगभग 60-70%। उच्च परिचालन तापमान उच्च दबाव वाली भाप उत्पन्न करने के लिए तापीय और विद्युत ऊर्जा के संयुक्त उत्पादन की अनुमति देता है। उच्च तापमान वाले ईंधन सेल को टरबाइन के साथ मिलाने से विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने की दक्षता को 75% तक बढ़ाने के लिए हाइब्रिड ईंधन सेल बनाना संभव हो जाता 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 काफी समय लगता है और ऊर्जा खपत में बदलाव के लिए सिस्टम की प्रतिक्रिया धीमी हो जाती है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे थर्मल पावर प्लांट कोयले या अपशिष्ट गैसों आदि के गैसीकरण के परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ काम कर सकता है। ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए भी उत्कृष्ट है। 100 किलोवाट की विद्युत उत्पादन शक्ति वाले मॉड्यूल व्यावसायिक रूप से उत्पादित किए जाते हैं।

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण ईंधन सेल/सेल (डीओएमएफसी)

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

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का डिज़ाइन प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमईपीएफसी) के साथ ईंधन कोशिकाओं के समान है, यानी। एक पॉलिमर का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, और एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) का उपयोग चार्ज वाहक के रूप में किया जाता है। हालाँकि, तरल मेथनॉल (सीएच 3 ओएच) एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकरण करता है, जिससे सीओ 2, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, जिन्हें बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और हवा से ऑक्सीजन और बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके एनोड पर पानी बनाते हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O

तरल ईंधन के उपयोग और कनवर्टर का उपयोग करने की आवश्यकता की अनुपस्थिति के कारण इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का लाभ उनका छोटा आकार है।

क्षारीय ईंधन सेल/सेल (एएलएफसी)

क्षारीय ईंधन कोशिकाएं बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे कुशल कोशिकाओं में से एक हैं, जिनकी बिजली उत्पादन दक्षता 70% तक पहुंच जाती है।

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

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

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

एसएचटीई की एक विशेषता सीओ 2 के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता है, जो ईंधन या हवा में निहित हो सकती है। सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे तुरंत जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को काफी कम कर देता है। इसलिए, SHTE का उपयोग संलग्न स्थानों, जैसे अंतरिक्ष और पानी के नीचे के वाहनों तक ही सीमित है, उन्हें शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर चलना चाहिए। इसके अलावा, CO, H 2 O और CH4 जैसे अणु, जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए सुरक्षित हैं, और उनमें से कुछ के लिए ईंधन के रूप में भी कार्य करते हैं, SHFC के लिए हानिकारक हैं।

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल (पीईएफसी)

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के मामले में, पॉलिमर झिल्ली में पानी के क्षेत्रों के साथ पॉलिमर फाइबर होते हैं जिसमें पानी के आयनों H2O+ (प्रोटॉन, लाल) का संचालन होता है जो पानी के अणु से जुड़ता है)। पानी के अणु धीमे आयन विनिमय के कारण समस्या उत्पन्न करते हैं। इसलिए, ईंधन और आउटलेट इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जिससे ऑपरेटिंग तापमान 100°C तक सीमित हो जाता है।

ठोस अम्ल ईंधन सेल/सेल (एसएफसी)

ठोस अम्ल ईंधन कोशिकाओं में, इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300°C है। ऑक्सी आयनों SO 4 2- का घूर्णन प्रोटॉन (लाल) को चित्र में दिखाए अनुसार गति करने की अनुमति देता है। आमतौर पर, एक ठोस एसिड ईंधन सेल एक सैंडविच होता है जिसमें ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत दो इलेक्ट्रोडों के बीच सैंडविच होती है जिन्हें अच्छे संपर्क को सुनिश्चित करने के लिए एक साथ कसकर दबाया जाता है। गर्म होने पर, कार्बनिक घटक वाष्पित हो जाता है, इलेक्ट्रोड में छिद्रों के माध्यम से बाहर निकलता है, जिससे ईंधन (या तत्व के दूसरे छोर पर ऑक्सीजन), इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच कई संपर्कों की क्षमता बनी रहती है।

नवीन ऊर्जा-कुशल नगरपालिका ताप और बिजली संयंत्र आमतौर पर ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं (एसओएफसी), पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं (पीईएफसी), फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं (पीएएफसी), प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (पीईएमएफसी) और क्षारीय ईंधन कोशिकाओं ( एएलएफसी) . आमतौर पर निम्नलिखित विशेषताएं होती हैं:

सबसे उपयुक्त ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) माना जाना चाहिए, जो:

• उच्च तापमान पर काम करते हैं, जिससे महंगी कीमती धातुओं (जैसे प्लैटिनम) की आवश्यकता कम हो जाती है
• के लिए काम कर सकते हैं विभिन्न प्रकार केहाइड्रोकार्बन ईंधन, मुख्यतः प्राकृतिक गैस
• इनका स्टार्ट-अप समय लंबा होता है और इसलिए ये लंबी अवधि की कार्रवाई के लिए बेहतर अनुकूल होते हैं
• उच्च विद्युत उत्पादन दक्षता (70% तक) प्रदर्शित करें
• उच्च परिचालन तापमान के कारण, इकाइयों को गर्मी हस्तांतरण प्रणालियों के साथ जोड़ा जा सकता है, जिससे समग्र प्रणाली दक्षता 85% तक पहुंच जाती है।
• वस्तुतः शून्य उत्सर्जन है, चुपचाप काम करते हैं और मौजूदा बिजली उत्पादन प्रौद्योगिकियों की तुलना में कम परिचालन आवश्यकताएं हैं

चूंकि छोटे ताप विद्युत संयंत्रों को पारंपरिक गैस आपूर्ति नेटवर्क से जोड़ा जा सकता है, इसलिए ईंधन कोशिकाओं की आवश्यकता नहीं होती है अलग प्रणालीहाइड्रोजन आपूर्ति. ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं पर आधारित छोटे थर्मल पावर प्लांटों 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। यह नवोन्मेषी तकनीक महंगे बुनियादी ढांचे और जटिल उपकरण एकीकरण की आवश्यकता के बिना कुशलतापूर्वक बिजली उत्पन्न करने के लिए सबसे उपयुक्त है।

ईंधन कोशिकाओं/सेलों का अनुप्रयोग

दूरसंचार प्रणालियों में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

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

पारंपरिक टेलीकॉम पावर बैकअप समाधानों में अल्पकालिक बैकअप पावर के लिए बैटरी (वाल्व-विनियमित लीड-एसिड बैटरी सेल) और लंबी अवधि के बैकअप पावर के लिए डीजल और प्रोपेन जनरेटर शामिल हैं। बैटरियां 1 - 2 घंटे के लिए बैकअप पावर का अपेक्षाकृत सस्ता स्रोत हैं। हालाँकि, बैटरियाँ लंबी अवधि के बैकअप पावर के लिए उपयुक्त नहीं हैं क्योंकि उनका रखरखाव महंगा होता है, लंबे समय तक उपयोग के बाद अविश्वसनीय हो जाती हैं, तापमान के प्रति संवेदनशील होती हैं और निपटान के बाद पर्यावरण के लिए खतरनाक होती हैं। डीजल और प्रोपेन जनरेटर दीर्घकालिक पावर बैकअप प्रदान कर सकते हैं। हालाँकि, जनरेटर अविश्वसनीय हो सकते हैं, उन्हें व्यापक रखरखाव की आवश्यकता होती है, और उच्च स्तर के प्रदूषक और ग्रीनहाउस गैसें छोड़ते हैं।

पारंपरिक पावर बैकअप समाधानों की सीमाओं को दूर करने के लिए, नवीन हरित ईंधन सेल प्रौद्योगिकी विकसित की गई है। ईंधन सेल विश्वसनीय, शांत होते हैं, जनरेटर की तुलना में कम चलने वाले हिस्से होते हैं, बैटरी की तुलना में ऑपरेटिंग तापमान की व्यापक सीमा होती है: -40°C से +50°C तक और, परिणामस्वरूप, अत्यधिक उच्च स्तर की ऊर्जा बचत प्रदान करते हैं। इसके अलावा, ऐसी स्थापना की जीवनकाल लागत जनरेटर की तुलना में कम होती है। प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव दौरे से ईंधन सेल की लागत कम होती है और संयंत्र उत्पादकता काफी अधिक होती है। आख़िरकार, ईंधन सेल न्यूनतम पर्यावरणीय प्रभाव वाला एक हरित प्रौद्योगिकी समाधान है।

ईंधन सेल इंस्टॉलेशन दूरसंचार प्रणाली में वायरलेस, स्थायी और ब्रॉडबैंड संचार के लिए महत्वपूर्ण संचार नेटवर्क बुनियादी ढांचे के लिए बैकअप पावर प्रदान करते हैं, 250 डब्ल्यू से 15 किलोवाट तक, वे कई बेजोड़ नवीन विशेषताएं प्रदान करते हैं:

• विश्वसनीयता- कुछ हिलने वाले हिस्से और स्टैंडबाय मोड में कोई डिस्चार्ज नहीं
• ऊर्जा की बचत
• मौन– कम शोर स्तर
• वहनीयता- ऑपरेटिंग रेंज -40°C से +50°C तक
• अनुकूलनशीलता- बाहर और अंदर स्थापना (कंटेनर/सुरक्षात्मक कंटेनर)
• उच्च शक्ति- 15 किलोवाट तक
• कम रखरखाव की आवश्यकता- न्यूनतम वार्षिक रखरखाव
• किफायती- स्वामित्व की आकर्षक कुल लागत
• हरित ऊर्जा-पर्यावरण पर न्यूनतम प्रभाव के साथ कम उत्सर्जन

सिस्टम हर समय डीसी बस वोल्टेज को महसूस करता है और यदि डीसी बस वोल्टेज उपयोगकर्ता द्वारा परिभाषित सेट बिंदु से नीचे चला जाता है तो आसानी से महत्वपूर्ण भार स्वीकार करता है। प्रणाली हाइड्रोजन पर चलती है, जिसे ईंधन सेल स्टैक को दो तरीकों से आपूर्ति की जाती है - या तो एक औद्योगिक हाइड्रोजन स्रोत से या मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन से, एक एकीकृत सुधार प्रणाली का उपयोग करके।

बिजली का उत्पादन ईंधन सेल स्टैक द्वारा प्रत्यक्ष धारा के रूप में किया जाता है। डीसी पावर को एक कनवर्टर में स्थानांतरित किया जाता है, जो ईंधन सेल स्टैक से आने वाली अनियमित डीसी पावर को आवश्यक भार के लिए उच्च गुणवत्ता वाली विनियमित डीसी पावर में परिवर्तित करता है। ईंधन सेल इंस्टॉलेशन कई दिनों तक बैकअप पावर प्रदान कर सकता है क्योंकि अवधि केवल 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 बचत, बेहतर सिस्टम विश्वसनीयता, जलवायु की एक विस्तृत श्रृंखला में अधिक पूर्वानुमानित प्रदर्शन और विश्वसनीय परिचालन स्थायित्व प्रदान करते हैं। काफी कम रखरखाव और प्रतिस्थापन आवश्यकताओं के कारण जीवनकाल की लागत भी कम होती है। ईंधन सेल अंतिम उपयोगकर्ता को पर्यावरणीय लाभ प्रदान करते हैं क्योंकि सीसा-एसिड कोशिकाओं से जुड़ी निपटान लागत और दायित्व जोखिम एक बढ़ती हुई चिंता है।

इलेक्ट्रिक बैटरियों का प्रदर्शन चार्ज स्तर, तापमान, साइकिल चालन, जीवन और अन्य चर जैसे कारकों की एक विस्तृत श्रृंखला से प्रतिकूल रूप से प्रभावित हो सकता है। प्रदान की गई ऊर्जा इन कारकों के आधार पर अलग-अलग होगी और इसका अनुमान लगाना आसान नहीं है। प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (पीईएमएफसी) का प्रदर्शन इन कारकों से अपेक्षाकृत अप्रभावित रहता है और जब तक ईंधन उपलब्ध है तब तक यह महत्वपूर्ण शक्ति प्रदान कर सकता है। मिशन-महत्वपूर्ण बैकअप पावर अनुप्रयोगों के लिए ईंधन कोशिकाओं की ओर बढ़ते समय बढ़ी हुई पूर्वानुमानशीलता एक महत्वपूर्ण लाभ है।

गैस टरबाइन जनरेटर के समान, ईंधन सेल केवल तभी बिजली उत्पन्न करते हैं जब ईंधन की आपूर्ति की जाती है, लेकिन उत्पादन क्षेत्र में कोई गतिशील भाग नहीं होता है। इसलिए, जनरेटर के विपरीत, वे तेजी से खराब नहीं होते हैं और उन्हें निरंतर रखरखाव और स्नेहन की आवश्यकता नहीं होती है।

विस्तारित अवधि के ईंधन कनवर्टर को चलाने के लिए उपयोग किया जाने वाला ईंधन मेथनॉल और पानी का ईंधन मिश्रण है। मेथनॉल एक व्यापक रूप से उपलब्ध, व्यावसायिक रूप से उत्पादित ईंधन है जिसके वर्तमान में कई उपयोग हैं, जिनमें विंडशील्ड वॉशर, प्लास्टिक की बोतलें, इंजन एडिटिव्स और इमल्शन पेंट्स शामिल हैं। मेथनॉल को आसानी से ले जाया जा सकता है, इसे पानी के साथ मिलाया जा सकता है, इसमें अच्छी बायोडिग्रेडेबिलिटी होती है और इसमें सल्फर नहीं होता है। इसका हिमांक बिंदु (-71°C) कम होता है और यह लंबे समय तक भंडारण के दौरान विघटित नहीं होता है।

संचार नेटवर्क में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

सुरक्षित संचार नेटवर्क को विश्वसनीय बैकअप पावर समाधान की आवश्यकता होती है जो पावर ग्रिड उपलब्ध नहीं होने पर आपातकालीन स्थितियों में घंटों या दिनों तक काम कर सके।

कुछ चलने वाले हिस्सों और बिना किसी अतिरिक्त बिजली हानि के, नवोन्वेषी ईंधन सेल तकनीक वर्तमान बैकअप पावर सिस्टम के लिए एक आकर्षक समाधान प्रदान करती है।

संचार नेटवर्क में ईंधन सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग करने के लिए सबसे सम्मोहक तर्क समग्र विश्वसनीयता और सुरक्षा में वृद्धि है। बिजली कटौती, भूकंप, तूफान और तूफान जैसी घटनाओं के दौरान, यह महत्वपूर्ण है कि सिस्टम काम करना जारी रखें और तापमान या बैकअप पावर सिस्टम की उम्र की परवाह किए बिना, लंबे समय तक विश्वसनीय बैकअप पावर प्रदान की जाए।

वर्गीकृत संचार नेटवर्क का समर्थन करने के लिए ईंधन सेल-आधारित बिजली उपकरणों की श्रृंखला आदर्श है। अपने ऊर्जा-बचत डिजाइन सिद्धांतों के लिए धन्यवाद, वे 250 डब्ल्यू से 15 किलोवाट तक की बिजली रेंज 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 महत्व रखती है। ऐसे नेटवर्क पर प्रसारित जानकारी में बैंकों, एयरलाइंस या चिकित्सा केंद्रों जैसे संस्थानों के लिए महत्वपूर्ण डेटा शामिल होता है। ऐसे नेटवर्क में पावर आउटेज न केवल प्रसारित जानकारी के लिए खतरा पैदा करता है, बल्कि, एक नियम के रूप में, महत्वपूर्ण वित्तीय नुकसान भी होता है। विश्वसनीय, नवोन्वेषी ईंधन सेल संस्थापन जो बैकअप बिजली आपूर्ति प्रदान करते हैं, निर्बाध बिजली आपूर्ति सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक विश्वसनीयता प्रदान करते हैं।

मेथनॉल और पानी के तरल ईंधन मिश्रण द्वारा संचालित ईंधन सेल इकाइयाँ, कई दिनों तक विस्तारित अवधि के साथ विश्वसनीय बैकअप शक्ति प्रदान करती हैं। इसके अलावा, इन इकाइयों ने जनरेटर और बैटरियों की तुलना में रखरखाव आवश्यकताओं को काफी कम कर दिया है, जिससे प्रति वर्ष केवल एक रखरखाव यात्रा की आवश्यकता होती है।

डेटा नेटवर्क में ईंधन सेल इंस्टॉलेशन का उपयोग करने के लिए विशिष्ट एप्लिकेशन साइट विशेषताएँ:

• 100 वॉट से 15 किलोवाट तक बिजली खपत मात्रा वाले अनुप्रयोग
• बैटरी जीवन आवश्यकताओं वाले अनुप्रयोग > 4 घंटे
• फाइबर ऑप्टिक सिस्टम में रिपीटर्स (सिंक्रोनस डिजिटल सिस्टम का पदानुक्रम, हाई-स्पीड इंटरनेट, वॉयस ओवर आईपी...)
• हाई-स्पीड डेटा ट्रांसमिशन के लिए नेटवर्क नोड्स
• वाईमैक्स ट्रांसमिशन नोड्स

ईंधन सेल पावर बैकअप इंस्टॉलेशन पारंपरिक बैटरी या डीजल जनरेटर की तुलना में मिशन-महत्वपूर्ण डेटा नेटवर्क बुनियादी ढांचे के लिए कई लाभ प्रदान करते हैं, जिससे ऑन-साइट तैनाती विकल्पों में वृद्धि की अनुमति मिलती है:

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

सुरक्षा प्रणालियों में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

सबसे सावधानी से डिज़ाइन की गई भवन सुरक्षा और संचार प्रणालियाँ उतनी ही विश्वसनीय हैं जितनी बिजली आपूर्ति जो उनका समर्थन करती है। जबकि अधिकांश प्रणालियों में अल्पकालिक बिजली हानि के लिए कुछ प्रकार की निर्बाध पावर बैकअप प्रणाली शामिल होती है, वे प्राकृतिक आपदाओं या आतंकवादी हमलों के बाद होने वाली लंबी अवधि की बिजली कटौती को समायोजित नहीं करते हैं। यह कई कॉर्पोरेट और सरकारी एजेंसियों के लिए एक गंभीर मुद्दा हो सकता है।

सीसीटीवी एक्सेस मॉनिटरिंग और कंट्रोल सिस्टम (आईडी कार्ड रीडर, डोर लॉक डिवाइस, बायोमेट्रिक पहचान तकनीक, आदि), स्वचालित फायर अलार्म और आग बुझाने की प्रणाली, एलिवेटर नियंत्रण प्रणाली और दूरसंचार नेटवर्क जैसी महत्वपूर्ण प्रणालियाँ, के अभाव में खतरे में हैं। विश्वसनीय, लंबे समय तक चलने वाली वैकल्पिक बिजली आपूर्ति।

डीज़ल जनरेटर बहुत शोर करते हैं, उन्हें स्थापित करना कठिन होता है, और उनकी विश्वसनीयता के साथ प्रसिद्ध समस्याएं हैं तकनीकी रखरखाव. इसके विपरीत, एक ईंधन सेल इंस्टॉलेशन जो बैकअप पावर प्रदान करता है वह शांत, विश्वसनीय है, शून्य या बहुत कम उत्सर्जन पैदा करता है, और इसे छत पर या किसी इमारत के बाहर आसानी से स्थापित किया जा सकता है। यह स्टैंडबाय मोड में डिस्चार्ज नहीं होता है या बिजली नहीं खोता है। यह महत्वपूर्ण प्रणालियों के निरंतर संचालन को सुनिश्चित करता है, भले ही सुविधा का संचालन बंद हो जाए और इमारत खाली हो जाए।

नवोन्मेषी ईंधन सेल संस्थापन महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में महंगे निवेश की रक्षा करते हैं। वे 250 डब्ल्यू से 15 किलोवाट तक की बिजली रेंज में उपयोग के लिए विस्तारित अवधि (कई दिनों तक) के साथ पर्यावरण के अनुकूल, विश्वसनीय बैकअप पावर प्रदान करते हैं, जो कई बेजोड़ विशेषताओं और विशेष रूप से, ऊर्जा बचत के उच्च स्तर के साथ संयुक्त है।

ईंधन सेल पावर बैकअप इंस्टॉलेशन मिशन-महत्वपूर्ण अनुप्रयोगों में उपयोग के लिए कई फायदे प्रदान करते हैं जैसे कि पारंपरिक बैटरी चालित या डीजल जनरेटर अनुप्रयोगों पर सुरक्षा और भवन नियंत्रण प्रणाली। तरल ईंधन प्रौद्योगिकी हाइड्रोजन प्लेसमेंट की समस्या का समाधान करती है और वस्तुतः असीमित बैकअप पावर प्रदान करती है।

नगरपालिका हीटिंग और बिजली उत्पादन में ईंधन कोशिकाओं/सेलों का अनुप्रयोग

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी) व्यापक रूप से उपलब्ध प्राकृतिक गैस और नवीकरणीय ईंधन स्रोतों से बिजली और गर्मी उत्पन्न करने के लिए विश्वसनीय, ऊर्जा-कुशल और उत्सर्जन मुक्त थर्मल पावर प्लांट प्रदान करते हैं। इन नवोन्मेषी प्रतिष्ठानों का उपयोग घरेलू बिजली उत्पादन से लेकर दूरस्थ बिजली आपूर्ति, साथ ही सहायक बिजली आपूर्ति तक, विभिन्न बाजारों में किया जाता है।

ये ऊर्जा-बचत इकाइयाँ अंतरिक्ष हीटिंग और पानी हीटिंग के लिए गर्मी पैदा करती हैं, साथ ही बिजली भी पैदा करती हैं जिसका उपयोग घर में किया जा सकता है और ग्रिड में वापस भेजा जा सकता है। वितरित बिजली उत्पादन स्रोतों में फोटोवोल्टिक (सौर) सेल और माइक्रोविंड टर्बाइन शामिल हो सकते हैं। ये प्रौद्योगिकियाँ दृश्यमान और व्यापक रूप से ज्ञात हैं, लेकिन उनका संचालन मौसम की स्थिति पर निर्भर है और वे पूरे वर्ष लगातार बिजली उत्पन्न नहीं कर सकते हैं। थर्मल पावर प्लांट की बिजली 1 किलोवाट से कम से लेकर 6 मेगावाट या उससे अधिक तक हो सकती है।

वितरण नेटवर्क में ईंधन सेल/सेल का अनुप्रयोग

छोटे थर्मल पावर प्लांटों 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 होते हैं।

नीचे दिया गया आंकड़ा बिजली उत्पादन की दक्षता में कमी को दर्शाता है जब इसे थर्मल पावर प्लांट में उत्पन्न किया जाता है और वर्तमान में उपयोग में आने वाले पारंपरिक बिजली ट्रांसमिशन नेटवर्क के माध्यम से घरों में प्रेषित किया जाता है। केंद्रीकृत उत्पादन में दक्षता हानियों में बिजली संयंत्र से होने वाली हानियाँ, कम-वोल्टेज और उच्च-वोल्टेज ट्रांसमिशन, और वितरण हानियाँ शामिल हैं।

यह आंकड़ा छोटे ताप विद्युत संयंत्रों के एकीकरण के परिणाम दिखाता है: उपयोग के बिंदु पर 60% तक की उत्पादन दक्षता के साथ बिजली उत्पन्न होती है। इसके अलावा, एक घर पानी और स्थान को गर्म करने के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न गर्मी का उपयोग कर सकता है, जिससे ईंधन ऊर्जा प्रसंस्करण की समग्र दक्षता बढ़ जाती है और ऊर्जा बचत बढ़ जाती है।

पर्यावरण की रक्षा के लिए ईंधन कोशिकाओं का उपयोग - संबंधित पेट्रोलियम गैस का उपयोग

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

ईंधन के रूप में संबद्ध पेट्रोलियम गैस का उपयोग करके ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने वाले नवोन्मेषी थर्मल पावर प्लांट संबंधित पेट्रोलियम गैस उपयोग की समस्याओं के लिए एक कट्टरपंथी और लागत प्रभावी समाधान का रास्ता खोलते हैं।

1. ईंधन सेल प्रतिष्ठानों का एक मुख्य लाभ यह है कि वे परिवर्तनीय संरचना की संबद्ध पेट्रोलियम गैस पर विश्वसनीय और स्थिर रूप से काम कर सकते हैं। ज्वलनहीन रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण जो ईंधन सेल के संचालन को रेखांकित करती है, उदाहरण के लिए, मीथेन के प्रतिशत में कमी केवल बिजली उत्पादन में कमी का कारण बनती है।
2. उपभोक्ताओं के विद्युत भार, गिरावट, भार वृद्धि के संबंध में लचीलापन।
3. ईंधन कोशिकाओं पर ताप विद्युत संयंत्रों की स्थापना और कनेक्शन के लिए, उनके कार्यान्वयन के लिए पूंजीगत लागत की आवश्यकता नहीं होती है, क्योंकि इकाइयों को खेतों के पास बिना तैयारी वाली जगहों पर आसानी से स्थापित किया जा सकता है, उपयोग में आसान, विश्वसनीय और कुशल हैं।
4. उच्च स्वचालन और आधुनिक रिमोट कंट्रोल के लिए संस्थापन में कर्मियों की स्थायी उपस्थिति की आवश्यकता नहीं होती है।
5. डिज़ाइन की सरलता और तकनीकी पूर्णता: चलती भागों, घर्षण और स्नेहन प्रणालियों की अनुपस्थिति ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के संचालन से महत्वपूर्ण आर्थिक लाभ प्रदान करती है।
6. पानी की खपत: +30 डिग्री सेल्सियस तक परिवेश के तापमान पर कोई नहीं और उच्च तापमान पर नगण्य।
7. जल आउटलेट: कोई नहीं.
8. इसके अलावा, ईंधन सेल का उपयोग करने वाले थर्मल पावर प्लांट शोर नहीं करते, कंपन नहीं करते,

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

वर्तमान में ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किया जाने वाला हाइड्रोजन ईंधन आम तौर पर मीथेन के भाप सुधार (यानी, भाप और गर्मी का उपयोग करके हाइड्रोकार्बन को मीथेन में परिवर्तित करना) से उत्पन्न होता है, हालांकि हरित दृष्टिकोण का उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि सौर ऊर्जा का उपयोग करके पानी का इलेक्ट्रोलिसिस।

ईंधन सेल के मुख्य घटक हैं:

• एक एनोड जिसमें हाइड्रोजन ऑक्सीकरण होता है;
• कैथोड, जहां ऑक्सीजन की कमी होती है;
• एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली जिसके माध्यम से प्रोटॉन या हाइड्रॉक्साइड आयनों का परिवहन होता 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।

उदाहरण के लिए, एक कार को बिजली देने के लिए, कई ईंधन कोशिकाओं को एक बैटरी में इकट्ठा किया जाता है, और उस 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 इसमें से 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 निकालने की अनुमति देता है।

सृष्टि का इतिहास

ईंधन सेल का इतिहास 1930 के दशक का है, जब पहला हाइड्रोजन ईंधन सेल विलियम आर. ग्रोव द्वारा डिजाइन किया गया था। यह सेल इलेक्ट्रोलाइट के रूप में सल्फ्यूरिक एसिड का उपयोग करता था। ग्रोव ने कॉपर सल्फेट के जलीय घोल से तांबे को लोहे की सतह पर जमा करने का प्रयास किया। उन्होंने देखा कि इलेक्ट्रॉन धारा के प्रभाव में पानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में टूट जाता है। इस खोज के बाद, ग्रोव और उनके सहकर्मी क्रिश्चियन शॉनबीन, जो बेसल विश्वविद्यालय (स्विट्जरलैंड) के एक रसायनज्ञ थे, ने 1839 में एक साथ एसिड इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करके हाइड्रोजन-ऑक्सीजन ईंधन सेल में ऊर्जा उत्पादन की संभावना का प्रदर्शन किया। ये पहले प्रयास, हालांकि प्रकृति में काफी आदिम थे, माइकल फैराडे सहित उनके कई समकालीनों का ध्यान आकर्षित किया।

ईंधन कोशिकाओं पर अनुसंधान जारी रहा और 1930 के दशक में एफ.टी. बेकन ने क्षारीय ईंधन सेल (एक प्रकार का ईंधन सेल) में एक नया घटक पेश किया - हाइड्रॉक्साइड आयनों के परिवहन को सुविधाजनक बनाने के लिए एक आयन विनिमय झिल्ली।

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

नासा ने उन्हें उनके टिकाऊपन और तकनीकी स्थिरता के कारण चुना। उन्होंने एक हाइड्रॉक्साइड-संचालन झिल्ली का उपयोग किया, जो अपनी प्रोटॉन विनिमय बहन की तुलना में दक्षता में बेहतर थी।

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

1) प्लैटिनम तारों को कार्बन-आधारित इलेक्ट्रोड के साथ प्लैटिनम नैनोकणों से बदलना; 2) आयन परिवहन को सुविधाजनक बनाने के लिए नेफियन जैसी अत्यधिक प्रवाहकीय और चयनात्मक झिल्लियों का आविष्कार; 3) एक उत्प्रेरक परत का संयोजन, उदाहरण के लिए, कार्बन बेस पर वितरित प्लैटिनम नैनोकणों को आयन-विनिमय झिल्ली के साथ, जिसके परिणामस्वरूप न्यूनतम आंतरिक प्रतिरोध के साथ एक झिल्ली-इलेक्ट्रोड इकाई बनती है; 4) उत्प्रेरक सतह पर हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पहुंचाने के लिए प्रवाह क्षेत्रों का उपयोग और अनुकूलन, बजाय उन्हें समाधान में सीधे पतला करने के।

इन और अन्य सुधारों ने अंततः टोयोटा मिराई जैसी कारों में उपयोग करने के लिए पर्याप्त कुशल तकनीक का उत्पादन किया।

हाइड्रॉक्सी एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन कोशिकाएं

डेलावेयर विश्वविद्यालय हाइड्रॉक्साइड एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (एचईएमएफसी) के विकास पर शोध कर रहा है। प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लियों के बजाय हाइड्रॉक्सी एक्सचेंज झिल्लियों वाली ईंधन कोशिकाएं - पीईएमएफसी (प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाएं) - पीईएमएफसी की बड़ी समस्याओं में से एक - उत्प्रेरक स्थिरता की समस्या का कम सामना करती हैं, क्योंकि कई आधार धातु उत्प्रेरक क्षारीय स्थितियों में स्थिर होते हैं अम्लीय परिस्थितियों में. क्षारीय समाधानों में उत्प्रेरक की स्थिरता इस तथ्य के कारण अधिक होती है कि धातुओं के विघटन से उच्च पीएच की तुलना में कम पीएच पर अधिक ऊर्जा निकलती है। इस प्रयोगशाला में अधिकांश काम हाइड्रोजन ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन कटौती प्रतिक्रियाओं के लिए नए एनोडिक और कैथोडिक उत्प्रेरक के विकास के लिए भी समर्पित है ताकि उन्हें और भी प्रभावी ढंग से तेज किया जा सके। इसके अलावा, प्रयोगशाला नई हाइड्रॉक्सी एक्सचेंज झिल्ली विकसित कर रही है, क्योंकि प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ प्रतिस्पर्धा करने के लिए ऐसी झिल्ली की चालकता और स्थायित्व में अभी भी सुधार की आवश्यकता है।

नए उत्प्रेरकों की खोज करें

ऑक्सीजन कमी प्रतिक्रिया में ओवरवॉल्टेज हानि 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 क्रमिक रूप से कम हो जाती है, जिससे मध्यवर्ती OOH*, O* और OH* बनते हैं, और अंततः उत्प्रेरक सतह पर पानी (H2O) बनता है। चूंकि किसी व्यक्तिगत उत्प्रेरक के लिए मध्यवर्ती उत्पादों की सोखने की ऊर्जा एक-दूसरे के साथ अत्यधिक सहसंबद्ध होती है, इसलिए अभी तक कोई उत्प्रेरक नहीं पाया गया है, कम से कम सिद्धांत रूप में, ओवरवॉल्टेज के कारण नुकसान नहीं होगा। यद्यपि इस प्रतिक्रिया की दर कम है, अम्लीय वातावरण को क्षारीय वातावरण से बदलने से, जैसे कि एचईएमएफसी में, इस पर विशेष प्रभाव नहीं पड़ता है। हालाँकि, हाइड्रोजन ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया की दर लगभग आधी हो जाती है, और यह तथ्य इस कमी का कारण खोजने और नए उत्प्रेरक की खोज करने के उद्देश्य से अनुसंधान को प्रेरित करता है।

ईंधन सेल के लाभ

हाइड्रोकार्बन ईंधन के विपरीत, ईंधन सेल, यदि पूरी तरह से नहीं तो, अधिक पर्यावरण के अनुकूल हैं और अपने संचालन के परिणामस्वरूप ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। इसके अलावा, उनका ईंधन (हाइड्रोजन) सैद्धांतिक रूप से नवीकरणीय है क्योंकि इसे पानी को हाइड्रोलाइज़ करके उत्पादित किया जा सकता है। इस प्रकार, भविष्य में हाइड्रोजन ईंधन सेल ऊर्जा उत्पादन प्रक्रिया का 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 पानी का उत्पादन करने के लिए ईंधन सेल में उपयोग किया जाता है। इससे चक्र बंद हो जाता है और कोई कार्बन पदचिह्न नहीं छूटता।

रिचार्जेबल बैटरियों के विपरीत, ईंधन कोशिकाओं का लाभ यह है कि उन्हें रिचार्ज करने की आवश्यकता नहीं होती है - जरूरत पड़ने पर वे तुरंत ऊर्जा की आपूर्ति शुरू कर सकते हैं। अर्थात्, यदि उनका उपयोग किया जाता है, उदाहरण के लिए, वाहनों के क्षेत्र में, तो उपभोक्ता पक्ष पर लगभग कोई बदलाव नहीं होगा। सौर 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 ही उपलब्ध है, जबकि ईंधन कोशिकाओं में फिर से यह समस्या नहीं है।

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

हाइड्रोजन भंडारण की कठिनाई

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

क्षेत्र के लिए संभावनाएँ

सौर ऊर्जा का उपयोग करके पानी से हाइड्रोजन के उत्पादन में वर्तमान तकनीकी कठिनाइयों और चुनौतियों के कारण, निकट भविष्य में अनुसंधान मुख्य रूप से हाइड्रोजन के वैकल्पिक स्रोतों को खोजने पर केंद्रित होगा। एक लोकप्रिय विचार हाइड्रोजन के बजाय सीधे ईंधन सेल में अमोनिया (हाइड्रोजन नाइट्राइड) का उपयोग करना या अमोनिया से हाइड्रोजन बनाना है। इसका कारण यह है कि अमोनिया दबाव के मामले में कम मांग वाला होता है, जो इसे भंडारण और परिवहन के लिए अधिक सुविधाजनक बनाता है। इसके अलावा, अमोनिया हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में आकर्षक है क्योंकि इसमें कोई कार्बन नहीं है। इससे मीथेन से उत्पन्न हाइड्रोजन में कुछ CO के कारण उत्प्रेरक विषाक्तता की समस्या हल हो जाती है।

भविष्य में, ईंधन कोशिकाओं का गतिशीलता प्रौद्योगिकी और वितरित ऊर्जा उत्पादन में व्यापक अनुप्रयोग हो सकता है, जैसे कि आवासीय क्षेत्रों में। यद्यपि ऊर्जा के मुख्य स्रोत के रूप में ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए वर्तमान में बहुत अधिक धन की आवश्यकता होती है, यदि सस्ते और अधिक कुशल उत्प्रेरक, उच्च चालकता वाले स्थिर झिल्ली और हाइड्रोजन के वैकल्पिक स्रोतों की खोज की जाती है, तो हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाएं आर्थिक रूप से अत्यधिक आकर्षक बन सकती हैं।

ईंधन सेल में रासायनिक प्रक्रियाएँ

ईंधन सेल हवा से प्राप्त ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन को संयोजित करने के लिए एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करते हैं। बैटरी की तरह, ईंधन सेल 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 एनोड प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। प्रोटॉन एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीओईएम) से होकर ईंधन सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) तक गुजरते हैं, जिससे बिजली पैदा होती है। इस प्रतिक्रिया के उपोत्पाद के रूप में पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अणुओं का एक रासायनिक संयोजन होता है। ईंधन सेल से उत्सर्जन का एकमात्र प्रकार जल वाष्प है।
वाहन को चलाने के लिए यांत्रिक ऊर्जा प्रदान करने के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित बिजली का उपयोग वाहन के विद्युत पावरट्रेन (एक विद्युत ऊर्जा कनवर्टर और एक एसी प्रेरण मोटर से मिलकर) में किया जा सकता है। विद्युत शक्ति कनवर्टर का काम ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित प्रत्यक्ष धारा को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करना है जो वाहन की कर्षण मोटर को चलाता है।

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के साथ ईंधन सेल का आरेख:
1 - एनोड;
2 - प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम);
3 - उत्प्रेरक (लाल);
4 - कैथोड

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

एकल कोशिका ईंधन सेल

आइए देखें कि ईंधन सेल कैसे काम करता है। एनोड, ईंधन सेल का नकारात्मक टर्मिनल, हाइड्रोजन अणुओं से मुक्त इलेक्ट्रॉनों का संचालन करता है ताकि उनका उपयोग बाहरी विद्युत सर्किट में किया जा सके। ऐसा करने के लिए, इसमें चैनल उकेरे गए हैं, जो उत्प्रेरक की पूरी सतह पर समान रूप से हाइड्रोजन वितरित करते हैं। कैथोड (ईंधन सेल का सकारात्मक ध्रुव) में नक्काशीदार चैनल होते हैं जो उत्प्रेरक की सतह पर ऑक्सीजन वितरित करते हैं। यह इलेक्ट्रॉनों को बाहरी लूप (सर्किट) से वापस उत्प्रेरक तक ले जाता है, जहां वे हाइड्रोजन आयनों और ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बना सकते हैं। इलेक्ट्रोलाइट एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली है। यह एक विशेष सामग्री है जो सामान्य प्लास्टिक के समान होती है, लेकिन इसमें सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों को पारित करने और इलेक्ट्रॉनों के मार्ग को अवरुद्ध करने की क्षमता होती है।
उत्प्रेरक एक विशेष पदार्थ है जो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के बीच प्रतिक्रिया को सुविधाजनक बनाता है। उत्प्रेरक आमतौर पर प्लैटिनम पाउडर से बनाया जाता है जिसे कार्बन पेपर या कपड़े पर बहुत पतली परत में लगाया जाता है। उत्प्रेरक खुरदरा और छिद्रपूर्ण होना चाहिए ताकि इसकी सतह हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के अधिकतम संपर्क में आ सके। उत्प्रेरक का प्लैटिनम-लेपित पक्ष प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) के सामने है।
एनोड के दबाव में ईंधन सेल को हाइड्रोजन गैस (H2) की आपूर्ति की जाती है। जब एक 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 उपयोगी कार्य (जैसे इलेक्ट्रिक मोटर चलाना) करते हुए एक बाहरी लूप (सर्किट) से गुजरते हैं और ईंधन सेल के कैथोड पक्ष पर लौट आते हैं।
इस बीच, ईंधन सेल के कैथोड पक्ष पर, उत्प्रेरक के माध्यम से ऑक्सीजन गैस (ओ 2) को मजबूर किया जाता है, जहां यह दो ऑक्सीजन परमाणु बनाता है। इनमें से प्रत्येक परमाणु पर एक मजबूत नकारात्मक चार्ज होता है, जो झिल्ली के पार दो H+ आयनों को आकर्षित करता है, जहां वे एक ऑक्सीजन परमाणु और बाहरी सर्किट से दो इलेक्ट्रॉनों के साथ मिलकर एक पानी का अणु (H 2 O) बनाते हैं।
एकल ईंधन सेल में यह प्रतिक्रिया लगभग 0.7 W बिजली पैदा करती है। बिजली को आवश्यक स्तर तक बढ़ाने के लिए, कई व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं को ईंधन सेल स्टैक बनाने के लिए संयोजित किया जाना चाहिए।
पीओएम ईंधन सेल अपेक्षाकृत कम तापमान (लगभग 80 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें जल्दी से ऑपरेटिंग तापमान तक लाया जा सकता है और उन्हें महंगी शीतलन प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। इन कोशिकाओं में उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकी और सामग्रियों में निरंतर सुधार ने उनकी शक्ति को उस स्तर के करीब ला दिया है जहां ऐसे ईंधन कोशिकाओं की बैटरी, कार के ट्रंक के एक छोटे से हिस्से पर कब्जा करके, कार को चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान कर सकती है।
पिछले वर्षों में, दुनिया के अधिकांश अग्रणी ऑटोमोबाइल निर्माता ईंधन सेल का उपयोग करने वाले वाहन डिज़ाइन के विकास में भारी निवेश कर रहे हैं। कई लोग पहले ही संतोषजनक शक्ति और प्रदर्शन विशेषताओं वाले ईंधन सेल वाहनों का प्रदर्शन कर चुके हैं, हालांकि वे काफी महंगे थे।
ऐसी कारों के डिज़ाइन में सुधार बहुत गहन है।

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

एनईसीएआर वी मर्सिडीज-बेंज ए-क्लास कार पर आधारित है, जिसमें पूरा पावर प्लांट, ईंधन कोशिकाओं के साथ, कार के फर्श के नीचे स्थित है। यह डिज़ाइन समाधान कार में चार यात्रियों और सामान को समायोजित करना संभव बनाता है। यहां कार में ईंधन के तौर पर हाइड्रोजन नहीं बल्कि मेथनॉल का इस्तेमाल किया जाता है। मेथनॉल, एक सुधारक (एक उपकरण जो मेथनॉल को हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है) का उपयोग करके, ईंधन सेल को बिजली देने के लिए आवश्यक हाइड्रोजन में परिवर्तित किया जाता है। कार में एक सुधारक का उपयोग करने से ईंधन के रूप में लगभग किसी भी हाइड्रोकार्बन का उपयोग करना संभव हो जाता है, जो आपको गैस स्टेशनों के मौजूदा नेटवर्क का उपयोग करके ईंधन सेल कार को ईंधन भरने की अनुमति देता है। सिद्धांत रूप में, ईंधन सेल बिजली और पानी के अलावा कुछ भी उत्पन्न नहीं करते हैं। ईंधन सेल के लिए आवश्यक ईंधन (गैसोलीन या मेथनॉल) को हाइड्रोजन में परिवर्तित करने से ऐसी कार की पर्यावरणीय अपील कुछ हद तक कम हो जाती है।
होंडा, जो 1989 से ईंधन सेल में शामिल है, ने 2003 में प्रोटॉन एक्सचेंज ईंधन सेल के साथ होंडा एफसीएक्स-वी4 कारों का एक छोटा बैच तैयार किया। झिल्ली प्रकारबैलार्ड से. ये ईंधन सेल 78 किलोवाट का उत्पादन करते हैं विद्युत शक्ति, और ड्राइव पहियों को चलाने के लिए, 60 किलोवाट की शक्ति और 272 एनएम के टॉर्क के साथ ट्रैक्शन इलेक्ट्रिक मोटर का उपयोग किया जाता है। पारंपरिक कार की तुलना में एक ईंधन सेल कार का द्रव्यमान लगभग 40% कम होता है, जो इसे प्रदान करता है उत्कृष्ट गतिशीलता, और संपीड़ित हाइड्रोजन का भंडार 355 किमी तक की सीमा की अनुमति देता है।

होंडा एफसीएक्स ड्राइव करने के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न विद्युत ऊर्जा का उपयोग करता है।
होंडा एफसीएक्स संयुक्त राज्य अमेरिका में सरकारी प्रमाणन प्राप्त करने वाला दुनिया का पहला ईंधन सेल वाहन है। कार ZEV - शून्य उत्सर्जन वाहन मानकों के अनुसार प्रमाणित है। होंडा अभी इन कारों को बेचने नहीं जा रही है, लेकिन प्रति यूनिट लगभग 30 कारों को पट्टे पर दे रही है। कैलिफोर्निया और टोक्यो, जहां हाइड्रोजन ईंधन भरने का बुनियादी ढांचा पहले से मौजूद है।

जनरल मोटर्स के हाई वायर कॉन्सेप्ट वाहन में ईंधन सेल पावरट्रेन है

जनरल मोटर्स ईंधन सेल वाहनों के विकास और निर्माण में व्यापक शोध कर रहा है।

हाई वायर कार चेसिस

जीएम हाई वायर कॉन्सेप्ट कार को 26 पेटेंट जारी किए गए थे। कार का आधार 150 मिमी मोटा एक कार्यात्मक प्लेटफ़ॉर्म है। प्लेटफ़ॉर्म के अंदर हाइड्रोजन सिलेंडर, एक ईंधन सेल पावर प्लांट और वाहन नियंत्रण प्रणाली का उपयोग किया जाता है नवीनतम प्रौद्योगिकियाँतार द्वारा इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण। हाई वायर वाहन की चेसिस एक पतला मंच है जिसमें वाहन की संरचना के सभी मुख्य तत्व शामिल हैं: हाइड्रोजन टैंक, ईंधन सेल, बैटरी, इलेक्ट्रिक मोटर और नियंत्रण प्रणाली। डिज़ाइन के प्रति यह दृष्टिकोण ऑपरेशन के दौरान कार बॉडी को बदलना संभव बनाता है। कंपनी प्रोटोटाइप ओपल ईंधन सेल कारों का भी परीक्षण कर रही है और ईंधन सेल के उत्पादन के लिए एक संयंत्र डिजाइन कर रही है।

एक "सुरक्षित" तरलीकृत हाइड्रोजन ईंधन टैंक का डिज़ाइन:
1 - भरने का 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 - माउंटिंग बॉक्स

बीएमडब्ल्यू कारों के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग की समस्या पर बहुत ध्यान देता है। अंतरिक्ष अन्वेषण में तरलीकृत हाइड्रोजन के उपयोग पर अपने काम के लिए प्रसिद्ध मैग्ना स्टेयेर के साथ मिलकर, बीएमडब्ल्यू ने तरलीकृत हाइड्रोजन के लिए एक ईंधन टैंक विकसित किया है जिसका उपयोग कारों में किया जा सकता है।

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

कंपनी ने मानक तरीकों का उपयोग करके संरचना की सुरक्षा के लिए परीक्षणों की एक श्रृंखला आयोजित की और इसकी विश्वसनीयता की पुष्टि की।
2002 में, फ्रैंकफर्ट एम मेन (जर्मनी) में मोटर शो में, मिनी कूपर हाइड्रोजन दिखाया गया था, जो ईंधन के रूप में तरलीकृत हाइड्रोजन का उपयोग करता है। ईंधन टैंकयह कार एक नियमित गैस टैंक जितनी ही जगह लेती 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 प्रोडक्शन कार

2003 में, बीएमडब्ल्यू ने ईंधन सेल के साथ पहली उत्पादन कार, बीएमडब्ल्यू 750 एचएल के उत्पादन की घोषणा की। पारंपरिक बैटरी के स्थान पर 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, जो कार को लंबे समय तक बिना इंजन चलाए पार्क करने पर एयर कंडीशनर और अन्य विद्युत उपभोक्ताओं को संचालित करने की अनुमति देता है।

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

उसी बीएमडब्ल्यू कंपनी ने रोबोटिक ईंधन भरने वाले डिस्पेंसर भी विकसित किए हैं जो तरलीकृत हाइड्रोजन के साथ कारों में तेजी से और सुरक्षित ईंधन भरने की सुविधा प्रदान करते हैं।
हाल के वर्षों में वैकल्पिक ईंधन और वैकल्पिक पावरट्रेन का उपयोग करके कारें बनाने के उद्देश्य से बड़ी संख्या में विकास के उद्भव से पता चलता है कि आंतरिक दहन इंजन, जो पिछली शताब्दी से कारों पर हावी रहे हैं, अंततः क्लीनर, अधिक कुशल और मूक डिजाइनों को रास्ता देंगे। उनका व्यापक रूप से अपनाया जाना वर्तमान में तकनीकी नहीं, बल्कि आर्थिक और सामाजिक समस्याओं के कारण बाधित 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 ढांचा बनाना आवश्यक है। वाहन ईंधन के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग के लिए गंभीर सुरक्षा उपायों के साथ भंडारण, वितरण और वितरण मुद्दों को संबोधित करने की आवश्यकता होगी।
हाइड्रोजन सैद्धांतिक रूप से असीमित मात्रा में उपलब्ध है, लेकिन इसका उत्पादन बहुत ऊर्जा गहन है। इसके अलावा, कारों को हाइड्रोजन ईंधन पर चलाने के लिए परिवर्तित करने के लिए, बिजली प्रणाली में दो बड़े बदलाव करना आवश्यक है: पहला, इसके संचालन को गैसोलीन से मेथनॉल में बदलना, और फिर, कुछ समय के बाद, हाइड्रोजन में बदलना। इस मुद्दे के सुलझने में अभी कुछ समय लगेगा.

विवरण:

यह आलेख उनके डिज़ाइन, वर्गीकरण, फायदे और नुकसान, आवेदन का दायरा, प्रभावशीलता, निर्माण का इतिहास और उपयोग के लिए आधुनिक संभावनाओं की अधिक विस्तार से जांच करता है।

इमारतों को बिजली देने के लिए ईंधन सेल का उपयोग करना

भाग ---- पहला

यह आलेख ईंधन कोशिकाओं के संचालन के सिद्धांत, उनके डिजाइन, वर्गीकरण, फायदे और नुकसान, आवेदन का दायरा, दक्षता, निर्माण का इतिहास और उपयोग के लिए आधुनिक संभावनाओं की अधिक विस्तार से जांच करता है। लेख के दूसरे भाग में, जो एबीओके पत्रिका के अगले अंक में प्रकाशित किया जाएगा, उन सुविधाओं के उदाहरण प्रदान करता है जहां विभिन्न प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का उपयोग गर्मी और बिजली आपूर्ति (या केवल बिजली आपूर्ति) के स्रोत 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 का उपयोग अब विभिन्न क्षेत्रों में तेजी से किया जा रहा है - स्थिर बिजली संयंत्रों, इमारतों के लिए गर्मी और बिजली की आपूर्ति, वाहन इंजन, लैपटॉप और मोबाइल फोन के लिए बिजली की आपूर्ति के रूप में। इनमें से कुछ उपकरण प्रयोगशाला प्रोटोटाइप हैं, कुछ पूर्व-उत्पादन 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।

ईंधन सेल (इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर) एक उपकरण है जो ठोस, तरल और गैसीय ईंधन के दहन का उपयोग करने वाली पारंपरिक प्रौद्योगिकियों के विपरीत, विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से सीधे ईंधन (हाइड्रोजन) की रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करता है। पर्यावरण के दृष्टिकोण से ईंधन का प्रत्यक्ष विद्युत रासायनिक रूपांतरण बहुत प्रभावी और आकर्षक है, क्योंकि संचालन प्रक्रिया में न्यूनतम मात्रा में प्रदूषक पैदा होते हैं और कोई तेज़ शोर या कंपन नहीं होता है।

व्यावहारिक दृष्टिकोण से, ईंधन सेल एक पारंपरिक वोल्टाइक बैटरी जैसा दिखता है। अंतर यह है कि बैटरी शुरू में चार्ज होती है, यानी "ईंधन" से भरी होती है। ऑपरेशन के दौरान, "ईंधन" की खपत होती है और बैटरी डिस्चार्ज हो 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 का उत्पादन करने के लिए, न केवल शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग किया जा सकता है, बल्कि अन्य हाइड्रोजन युक्त कच्चे माल, उदाहरण के लिए, प्राकृतिक गैस, अमोनिया, मेथनॉल या गैसोलीन का भी उपयोग किया जा सकता है। साधारण हवा का उपयोग ऑक्सीजन के स्रोत के रूप में किया जाता है, जो प्रतिक्रिया के लिए भी आवश्यक है।

ईंधन के रूप में शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग करते समय, प्रतिक्रिया उत्पाद, विद्युत ऊर्जा के अलावा, गर्मी और पानी (या जल वाष्प) होते हैं, यानी, गैसें जो वायु प्रदूषण का कारण बनती हैं या ग्रीनहाउस प्रभाव का कारण बनती हैं, वायुमंडल में उत्सर्जित नहीं होती हैं। यदि हाइड्रोजन युक्त फीडस्टॉक, जैसे कि प्राकृतिक गैस, का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, तो कार्बन और नाइट्रोजन ऑक्साइड जैसी अन्य गैसें प्रतिक्रिया का उप-उत्पाद होंगी, लेकिन प्राकृतिक गैस को समान मात्रा में जलाने की तुलना में यह मात्रा बहुत कम होती है। गैस.

हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए ईंधन को रासायनिक रूप से परिवर्तित करने की प्रक्रिया को सुधारक कहा जाता है, और संबंधित उपकरण को सुधारक कहा जाता है।

ईंधन सेल के फायदे और नुकसान

ईंधन सेल आंतरिक दहन इंजन की तुलना में अधिक ऊर्जा कुशल हैं क्योंकि ईंधन सेल के लिए कोई थर्मोडायनामिक ऊर्जा दक्षता सीमा नहीं 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 कोशिकाओं की दक्षता और बढ़ जाती है।

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

ईंधन कोशिकाओं का एक महत्वपूर्ण लाभ उनकी पर्यावरण मित्रता है। ईंधन सेल उत्सर्जन इतना कम है कि संयुक्त राज्य अमेरिका के कुछ क्षेत्रों में, उनके संचालन के लिए सरकारी वायु गुणवत्ता नियामकों से विशेष अनुमोदन की आवश्यकता नहीं होती है।

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

ईंधन सेल के फायदे ईंधन की उपलब्धता, विश्वसनीयता (ईंधन सेल में कोई गतिशील भाग नहीं होते), स्थायित्व और संचालन में आसानी भी हैं।

आज ईंधन कोशिकाओं के मुख्य नुकसानों में से एक उनकी अपेक्षाकृत उच्च लागत है, लेकिन इस नुकसान को जल्द ही दूर किया जा सकता है - अधिक से अधिक कंपनियां ईंधन कोशिकाओं के वाणिज्यिक नमूने तैयार कर रही हैं, उनमें लगातार सुधार किया जा रहा है, और उनकी लागत कम हो रही है।

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

ईंधन कोशिकाओं की एक और विशेषता यह है कि वे विद्युत और तापीय ऊर्जा दोनों का एक साथ उपयोग करते समय सबसे अधिक कुशल होते हैं। हालाँकि, हर सुविधा में तापीय ऊर्जा का उपयोग करने का अवसर नहीं है। यदि ईंधन कोशिकाओं का उपयोग केवल विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है, तो उनकी दक्षता कम हो जाती है, हालांकि यह "पारंपरिक" प्रतिष्ठानों की दक्षता से अधिक है।

ईंधन सेल का इतिहास और आधुनिक उपयोग

ईंधन कोशिकाओं के संचालन का सिद्धांत 1839 में खोजा गया था। अंग्रेजी वैज्ञानिक विलियम रॉबर्ट ग्रोव (1811-1896) ने पता लगाया कि इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया - विद्युत प्रवाह के माध्यम से पानी का हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में अपघटन - प्रतिवर्ती है, यानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिना दहन के, लेकिन रिलीज के साथ पानी के अणुओं में जोड़ा जा सकता है। ताप और विद्युत धारा का. ग्रोव ने उस उपकरण को "गैस बैटरी" कहा जिसमें ऐसी प्रतिक्रिया संभव थी, जो पहला ईंधन सेल था।

ईंधन सेल के उपयोग के लिए प्रौद्योगिकियों का सक्रिय विकास द्वितीय विश्व युद्ध के बाद शुरू हुआ और यह एयरोस्पेस उद्योग से जुड़ा है। इस समय, एक प्रभावी और विश्वसनीय, लेकिन साथ ही काफी कॉम्पैक्ट, ऊर्जा के स्रोत की खोज चल रही थी। 1960 के दशक में, नासा (नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन, नासा) के विशेषज्ञों ने अपोलो (चंद्रमा के लिए मानवयुक्त उड़ानें), अपोलो-सोयुज, जेमिनी और स्काईलैब कार्यक्रमों के अंतरिक्ष यान के लिए ऊर्जा स्रोत के रूप में ईंधन कोशिकाओं को चुना। अपोलो अंतरिक्ष यान ने बिजली, गर्मी और पानी का उत्पादन करने के लिए क्रायोजेनिक हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करके तीन 1.5 किलोवाट (2.2 किलोवाट शिखर) संयंत्रों का उपयोग किया। प्रत्येक स्थापना का द्रव्यमान 113 किलोग्राम था। ये तीन कोशिकाएँ समानांतर में संचालित होती थीं, लेकिन एक इकाई द्वारा उत्पन्न ऊर्जा सुरक्षित वापसी के लिए पर्याप्त थी। 18 उड़ानों के दौरान, ईंधन सेल बिना किसी विफलता के कुल 10,000 घंटों तक संचालित हुए। वर्तमान में, अंतरिक्ष शटल में ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया जाता है, जो अंतरिक्ष यान पर सभी विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए तीन 12 डब्ल्यू इकाइयों का उपयोग करता है (चित्र 2)। विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप प्राप्त पानी का उपयोग पीने के पानी और शीतलन उपकरणों के लिए भी किया जाता है।

हमारे देश में अंतरिक्ष विज्ञान में उपयोग के लिए ईंधन कोशिकाओं के निर्माण पर भी काम किया गया। उदाहरण के लिए, सोवियत बुरान पुन: प्रयोज्य अंतरिक्ष यान को शक्ति प्रदान करने के लिए ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया गया था।

ईंधन सेल के व्यावसायिक उपयोग के तरीकों का विकास 1960 के दशक के मध्य में 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 आगे बढ़ रहा है। यह ईंधन कोशिकाओं (केंद्रीकृत और विकेन्द्रीकृत ऊर्जा आपूर्ति दोनों के लिए) पर स्थिर बिजली संयंत्रों का निर्माण है, वाहनों के लिए बिजली संयंत्र (हमारे देश सहित ईंधन कोशिकाओं पर कारों और बसों के नमूने बनाए गए हैं) (चित्र 3), और विभिन्न मोबाइल उपकरणों (लैपटॉप कंप्यूटर, 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। 1.

इमारतों को स्वायत्त ताप और बिजली आपूर्ति के लिए डिज़ाइन किए गए पहले वाणिज्यिक ईंधन सेल मॉडल में से एक ONSI कॉर्पोरेशन (अब यूनाइटेड टेक्नोलॉजीज, इंक.) द्वारा निर्मित PC25 मॉडल A था। 200 किलोवाट की रेटेड शक्ति वाला यह ईंधन सेल फॉस्फोरिक एसिड (फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल, पीएएफसी) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वाला एक प्रकार का सेल है। मॉडल नाम में संख्या "25" का अर्थ डिज़ाइन की क्रम संख्या है। अधिकांश पिछले मॉडल प्रायोगिक या परीक्षण इकाइयाँ थे, जैसे कि 1970 के दशक में पेश किया गया 12.5 किलोवाट "पीसी11" मॉडल। नए मॉडलों ने व्यक्तिगत ईंधन सेल से निकाली गई बिजली में वृद्धि की, और उत्पादित ऊर्जा की प्रति किलोवाट लागत भी कम कर दी। वर्तमान में, सबसे कुशल वाणिज्यिक मॉडल में से एक PC25 मॉडल C ईंधन सेल है। मॉडल ए की तरह, यह पूरी तरह से स्वचालित 200 किलोवाट पीएएफसी ईंधन सेल है जिसे गर्मी और बिजली के स्व-निहित स्रोत के रूप में ऑन-साइट स्थापना के लिए डिज़ाइन किया गया है। ऐसा ईंधन सेल किसी इमारत के बाहर स्थापित किया जा सकता है। बाह्य रूप से, यह 5.5 मीटर लंबा, 3 मीटर चौड़ा और ऊंचा एक समानांतर चतुर्भुज है, जिसका वजन 18,140 किलोग्राम है। पिछले मॉडलों से अंतर एक बेहतर सुधारक और उच्च वर्तमान घनत्व है।

कुछ प्रकार के ईंधन कोशिकाओं में, रासायनिक प्रक्रिया को उलटा किया जा सकता है: इलेक्ट्रोड पर संभावित अंतर लागू करके, पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में तोड़ा जा सकता है, जो छिद्रपूर्ण इलेक्ट्रोड पर एकत्र होते हैं। जब कोई लोड जुड़ा होता है, तो ऐसा पुनर्योजी ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा का उत्पादन शुरू कर देगा।

ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए एक आशाजनक दिशा नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों, उदाहरण के लिए, फोटोवोल्टिक पैनल या पवन ऊर्जा संयंत्रों के संयोजन में उनका उपयोग है। यह तकनीक हमें वायु प्रदूषण से पूरी तरह बचने की अनुमति देती है। एक समान प्रणाली बनाने की योजना बनाई गई है, उदाहरण के लिए, ओबेरलिन में एडम जोसेफ लुईस प्रशिक्षण केंद्र में (एबीओके, 2002, संख्या 5, पृष्ठ 10 देखें)। वर्तमान में, इस इमारत में ऊर्जा स्रोतों में से एक के रूप में सौर पैनलों का उपयोग 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 है। फिर हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए किया जाता है गर्म पानी. यह इमारत को बादल वाले दिनों और रात में सभी प्रणालियों की कार्यक्षमता बनाए रखने की अनुमति देगा।

ईंधन कोशिकाओं का संचालन सिद्धांत

आइए एक प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन, पीईएम) के साथ एक साधारण तत्व के उदाहरण का उपयोग करके ईंधन सेल के संचालन के सिद्धांत पर विचार करें। इस तरह के सेल में एनोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड) और कैथोड (नेगेटिव इलेक्ट्रोड) के बीच एनोड और कैथोड उत्प्रेरक के साथ एक पॉलिमर झिल्ली रखी जाती है। पॉलिमर झिल्ली का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है। PEM तत्व का आरेख चित्र में दिखाया गया है। 5.

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

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

एनोड और कैथोड को दो धातु प्लेटों के बीच रखा जाता है, 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 गुजरते हैं, जहां अणु अलग-अलग परमाणुओं में विघटित हो जाते हैं (चित्र 6)।

फिर, एक उत्प्रेरक की उपस्थिति में रसायन अवशोषण के परिणामस्वरूप, हाइड्रोजन परमाणु, प्रत्येक एक इलेक्ट्रॉन ई छोड़ रहे हैं, सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन आयन एच +, यानी प्रोटॉन (छवि 7) में परिवर्तित हो जाते हैं।

सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) झिल्ली के माध्यम से कैथोड तक फैलते हैं, और इलेक्ट्रॉनों का प्रवाह एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से कैथोड की ओर निर्देशित होता है, जिससे लोड (विद्युत ऊर्जा का उपभोक्ता) जुड़ा होता है (चित्र 8)।

उत्प्रेरक की उपस्थिति में कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली से हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) और बाहरी विद्युत सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया में प्रवेश करती है (चित्र 9)। रासायनिक प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप पानी बनता है।

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

किसी भी ईंधन सेल में, रासायनिक प्रतिक्रिया से कुछ ऊर्जा ऊष्मा के रूप में निकलती है।

बाहरी सर्किट 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 अलग ईंधन सेल 1.16 वी से कम का ईएमएफ प्रदान करता है। ईंधन कोशिकाओं का आकार बढ़ाया जा सकता है, लेकिन व्यवहार में बैटरी से जुड़े कई तत्वों का उपयोग किया जाता है (चित्र 10)।

ईंधन सेल डिजाइन

आइए एक उदाहरण के रूप में PC25 मॉडल C का उपयोग करके ईंधन सेल के डिज़ाइन को देखें। ईंधन सेल आरेख चित्र में दिखाया गया है। ग्यारह।

PC25 मॉडल C ईंधन सेल में तीन मुख्य भाग होते हैं: ईंधन प्रोसेसर, वास्तविक बिजली उत्पादन अनुभाग और वोल्टेज कनवर्टर।

ईंधन सेल का मुख्य भाग - बिजली उत्पादन अनुभाग - 256 व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं से बनी एक बैटरी है। ईंधन सेल इलेक्ट्रोड में प्लैटिनम उत्प्रेरक होता है। ये सेल 155 वोल्ट पर 1,400 एम्पीयर की निरंतर विद्युत धारा उत्पन्न करते हैं। बैटरी का आयाम लगभग 2.9 मीटर लंबाई और 0.9 मीटर चौड़ाई और ऊंचाई है।

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

ईंधन प्रोसेसर प्राकृतिक गैस को विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है। इस प्रक्रिया को सुधार कहा जाता है। ईंधन प्रोसेसर का मुख्य तत्व सुधारक है। सुधारक में, प्राकृतिक गैस (या अन्य हाइड्रोजन युक्त ईंधन) निकल उत्प्रेरक की उपस्थिति में उच्च तापमान (900 डिग्री सेल्सियस) और उच्च दबाव पर जल वाष्प के साथ प्रतिक्रिया करता है। इस स्थिति में, निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रियाएँ होती हैं:

सीएच 4 (मीथेन) + एच 2 ओ 3 एच 2 + सीओ

(प्रतिक्रिया ऊष्मा अवशोषण के साथ एंडोथर्मिक है);

सीओ + एच 2 ओ एच 2 + सीओ 2

(प्रतिक्रिया ऊष्माक्षेपी होती है, जिससे ऊष्मा निकलती है)।

समग्र प्रतिक्रिया समीकरण द्वारा व्यक्त की गई है:

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

(प्रतिक्रिया ऊष्मा अवशोषण के साथ एंडोथर्मिक है)।

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

सुधार के लिए आवश्यक भाप ईंधन सेल के संचालन के दौरान उत्पन्न घनीभूत से उत्पन्न होती है। यह ईंधन कोशिकाओं की बैटरी से निकाली गई गर्मी का उपयोग करता है (चित्र 12)।

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

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

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

ईंधन कोशिकाओं के प्रकार

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

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

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

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

4. ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी)। वर्तमान में, ईंधन सेल का सबसे बड़ा बेड़ा PAFC तकनीक पर आधारित है।

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

इमारतों की स्वायत्त बिजली आपूर्ति के लिए, उच्च स्थापित शक्ति की ईंधन कोशिकाओं की आवश्यकता होती है, और साथ ही थर्मल ऊर्जा का उपयोग करने की संभावना होती है, इसलिए इन उद्देश्यों के लिए अन्य प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है।

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (पीईएमएफसी)

ये ईंधन सेल अपेक्षाकृत कम ऑपरेटिंग तापमान (60-160 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। उनके पास उच्च शक्ति घनत्व है, जो आपको आउटपुट पावर को तुरंत समायोजित करने की अनुमति देता है, और जल्दी से चालू किया जा सकता है। इस प्रकार के तत्व का नुकसान ईंधन की गुणवत्ता के लिए उच्च आवश्यकताएं हैं, क्योंकि दूषित ईंधन झिल्ली को नुकसान पहुंचा सकता है। इस प्रकार के ईंधन सेल की रेटेड शक्ति 1-100 किलोवाट है।

प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल मूल रूप से 1960 के दशक में नासा के लिए जनरल इलेक्ट्रिक द्वारा विकसित किए गए थे। इस प्रकार का ईंधन सेल एक ठोस-अवस्था पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करता है जिसे प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएम) 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 मानवयुक्त जेमिनी अंतरिक्ष यान पर एक शक्ति स्रोत के रूप में किया गया था।

इस प्रकार के ईंधन सेल का उपयोग मोबाइल फोन से लेकर बसों और स्थिर बिजली प्रणालियों तक, प्रोटोटाइप और प्रोटोटाइप सहित विभिन्न उपकरणों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए एक शक्ति स्रोत के रूप में किया जाता है। 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 में गर्मी और बिजली की आपूर्ति के स्रोत के रूप में उनका उपयोग कम प्रभावी है, जहां बड़ी मात्रा में थर्मल ऊर्जा की आवश्यकता होती है। साथ ही, ऐसे तत्व गर्म जलवायु वाले क्षेत्रों में बने कॉटेज जैसे छोटे आवासीय भवनों के लिए बिजली आपूर्ति के एक स्वायत्त स्रोत के रूप में आशाजनक हैं।

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (पीएएफसी)

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

ये ईंधन कोशिकाएं इलेक्ट्रोलाइट के रूप में फॉस्फोरिक एसिड समाधान का उपयोग करती हैं। इलेक्ट्रोड कार्बन से लेपित कागज से बने होते हैं जिसमें एक प्लैटिनम उत्प्रेरक फैला हुआ होता है।

पीएएफसी ईंधन कोशिकाओं की विद्युत दक्षता 37-42% है। हालाँकि, चूंकि ये ईंधन सेल काफी 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 उत्पादन के लिए, हाइड्रोजन युक्त फीडस्टॉक को एक 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 युक्त यौगिकों को हटाना आवश्यक है, क्योंकि सल्फर प्लैटिनम उत्प्रेरक को नुकसान पहुंचा सकता है।

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

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन कोशिकाओं का उपयोग वाहनों में ऊर्जा स्रोत के रूप में भी किया जाता है। उदाहरण के लिए, 1994 में, एच-पावर कॉर्पोरेशन, जॉर्जटाउन यूनिवर्सिटी और अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने एक बस को 50 किलोवाट बिजली संयंत्र से 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 के उपयोग के बिना, ईंधन को सीधे सेल में ही उपयोग करने की अनुमति देते हैं। इस प्रक्रिया को "आंतरिक सुधार" कहा गया। यह ईंधन सेल के डिज़ाइन को महत्वपूर्ण रूप से सरल बनाना संभव बनाता है।

पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित ईंधन कोशिकाओं को एक महत्वपूर्ण स्टार्ट-अप समय की आवश्यकता होती है और आउटपुट पावर के त्वरित समायोजन की अनुमति नहीं देते हैं, इसलिए उनके आवेदन का मुख्य क्षेत्र थर्मल और विद्युत ऊर्जा के बड़े स्थिर स्रोत हैं। हालाँकि, उनकी विशेषता उच्च ईंधन रूपांतरण दक्षता है - 60% विद्युत दक्षता और 85% तक समग्र दक्षता।

इस प्रकार के ईंधन सेल में, इलेक्ट्रोलाइट में पोटेशियम कार्बोनेट और लिथियम कार्बोनेट लवण होते हैं जिन्हें लगभग 650 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है। इन परिस्थितियों में, लवण पिघली हुई अवस्था में होते हैं, जिससे इलेक्ट्रोलाइट बनता है। एनोड पर, हाइड्रोजन CO 3 आयनों के साथ प्रतिक्रिया करता है, पानी, कार्बन डाइऑक्साइड बनाता है और इलेक्ट्रॉनों को छोड़ता है, जो बाहरी सर्किट में भेजे जाते हैं, और कैथोड पर, ऑक्सीजन बाहरी सर्किट से कार्बन डाइऑक्साइड और इलेक्ट्रॉनों के साथ बातचीत करता है, जिससे फिर से CO 3 आयन बनते हैं। .

इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं के प्रयोगशाला नमूने 1950 के दशक के अंत में डच वैज्ञानिकों जी.एच.जे. ब्रोअर्स और जे.ए.ए. केटेलार द्वारा बनाए गए थे। 1960 के दशक में, 17वीं शताब्दी के प्रसिद्ध अंग्रेजी लेखक और वैज्ञानिक के वंशज, इंजीनियर फ्रांसिस टी. बेकन ने इन कोशिकाओं के साथ काम किया, यही कारण है कि एमसीएफसी ईंधन कोशिकाओं को कभी-कभी बेकन सेल भी कहा जाता है। नासा अपोलो, अपोलो-सोयुज और स्काइलैब कार्यक्रमों में, इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग ऊर्जा आपूर्ति के स्रोत के रूप में किया गया था (चित्र 14)। इन्हीं वर्षों के दौरान, अमेरिकी सैन्य विभाग ने टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स द्वारा उत्पादित एमसीएफसी ईंधन कोशिकाओं के कई नमूनों का परीक्षण किया, जो ईंधन के रूप में सैन्य ग्रेड गैसोलीन का उपयोग करते थे। 1970 के दशक के मध्य में, अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित एक स्थिर ईंधन सेल बनाने के लिए अनुसंधान शुरू किया, जो उपयुक्त हो। व्यावहारिक अनुप्रयोग. 1990 के दशक में, 250 किलोवाट तक रेटेड पावर वाले कई वाणिज्यिक प्रतिष्ठान पेश किए गए थे, उदाहरण के लिए कैलिफोर्निया में यूएस नेवल एयर स्टेशन मिरामार में। 1996 में, फ्यूलसेल एनर्जी, इंक. कैलिफोर्निया के सांता क्लारा में प्री-प्रोडक्शन 2 मेगावाट का प्लांट लॉन्च किया।

ठोस-अवस्था ऑक्साइड ईंधन सेल (एसओएफसी)

सॉलिड-स्टेट ऑक्साइड ईंधन सेल डिजाइन में सरल होते हैं और बहुत उच्च तापमान - 700-1,000 डिग्री सेल्सियस पर संचालित होते हैं। इतना उच्च तापमान अपेक्षाकृत "गंदे", अपरिष्कृत ईंधन के उपयोग की अनुमति देता है। पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की समान विशेषताएं अनुप्रयोग के समान क्षेत्र को निर्धारित करती हैं - थर्मल और विद्युत ऊर्जा के बड़े स्थिर स्रोत।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल संरचनात्मक रूप से पीएएफसी और एमसीएफसी प्रौद्योगिकियों पर आधारित ईंधन सेल से भिन्न होते हैं। एनोड, कैथोड और इलेक्ट्रोलाइट विशेष ग्रेड के सिरेमिक से बने होते हैं। सबसे अधिक इस्तेमाल किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट ज़िरकोनियम ऑक्साइड और कैल्शियम ऑक्साइड का मिश्रण है, लेकिन अन्य ऑक्साइड का भी उपयोग किया जा सकता है। इलेक्ट्रोलाइट एक क्रिस्टल जाली बनाता है जो दोनों तरफ झरझरा इलेक्ट्रोड सामग्री से लेपित होती है। संरचनात्मक रूप से, ऐसे तत्व ट्यूब या फ्लैट बोर्ड के रूप में बनाए जाते हैं, जिससे उनके उत्पादन में इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में व्यापक रूप से उपयोग की जाने वाली प्रौद्योगिकियों का उपयोग करना संभव हो जाता है। परिणामस्वरूप, ठोस-अवस्था ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान पर काम कर सकते हैं, जिससे वे विद्युत और तापीय ऊर्जा दोनों के उत्पादन के लिए फायदेमंद हो जाते हैं।

उच्च ऑपरेटिंग 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 इलेक्ट्रॉन छोड़ते हैं। इस मामले में, हाइड्रोजन को सीधे सेल में प्राकृतिक गैस से अलग किया जाता है, यानी अलग से सुधारक की कोई आवश्यकता नहीं होती है।

ठोस-अवस्था ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के निर्माण की सैद्धांतिक नींव 1930 के दशक के अंत में रखी गई थी, जब स्विस वैज्ञानिकों एमिल बाउर और एच. प्रीस ने जिरकोनियम, येट्रियम, सेरियम, लैंथेनम और टंगस्टन के साथ प्रयोग किया, उन्हें इलेक्ट्रोलाइट्स के रूप में उपयोग किया।

ऐसे ईंधन सेल के पहले प्रोटोटाइप 1950 के दशक के अंत में कई अमेरिकी और डच कंपनियों द्वारा बनाए गए थे। इनमें से अधिकांश कंपनियों ने तकनीकी कठिनाइयों के कारण जल्द ही आगे का शोध छोड़ दिया, लेकिन उनमें से एक, वेस्टिंगहाउस इलेक्ट्रिक कॉर्प। (अब सीमेंस वेस्टिंगहाउस पावर कॉर्पोरेशन), ने काम जारी रखा। कंपनी वर्तमान में ट्यूबलर सॉलिड-स्टेट ऑक्साइड ईंधन सेल के वाणिज्यिक मॉडल के लिए प्री-ऑर्डर स्वीकार कर रही है, जिसके इस साल उपलब्ध होने की उम्मीद है (चित्र 15)। ऐसे तत्वों का बाजार खंड है स्थिर स्थापनाएँ 250 किलोवाट से 5 मेगावाट तक की क्षमता के साथ तापीय और विद्युत ऊर्जा के उत्पादन के लिए।

एसओएफसी ईंधन कोशिकाओं ने बहुत उच्च विश्वसनीयता का प्रदर्शन किया है। उदाहरण के लिए, सीमेंस वेस्टिंगहाउस द्वारा निर्मित एक प्रोटोटाइप ईंधन सेल ने 16,600 घंटे का संचालन हासिल किया है और यह लगातार काम कर रहा है, जिससे यह दुनिया में सबसे लंबे समय तक निरंतर ईंधन सेल जीवन बन गया है।

एसओएफसी ईंधन कोशिकाओं का उच्च तापमान, उच्च दबाव ऑपरेटिंग मोड हाइब्रिड संयंत्रों के निर्माण की अनुमति देता है जिसमें ईंधन सेल उत्सर्जन विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली गैस टर्बाइनों को चलाता है। इस तरह का पहला हाइब्रिड इंस्टॉलेशन इरविन, कैलिफ़ोर्निया में चल रहा है। इस इंस्टॉलेशन की रेटेड पावर 220 किलोवाट है, जिसमें से 200 किलोवाट ईंधन सेल से और 20 किलोवाट माइक्रोटर्बाइन जनरेटर से है।