क्षारीय पानी इलेक्ट्रोलिसिस: Difference between revisions

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क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस एक प्रकार का [[electrolyzer|इलेक्ट्रोलाइज़र]] है जिसे [[पोटेशियम हाइड्रोक्साइड]] (केओएच) या [[सोडियम हाइड्रॉक्साइड]] (एनएओएच) के तरल क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट समाधान में संचालित दो [[इलेक्ट्रोड]] होने की विशेषता है। इन इलेक्ट्रोडों को एक डायाफ्राम के माध्यम से अलग किया जाता है, उत्पाद गैसों को अलग किया जाता है और हाइड्रॉक्साइड आयनों (ओएच) को परिवहन किया जाता है।<sup>−</sup>) एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक।<ref name="carmo2013a">{{cite journal|last=Carmo|first=M|author2=Fritz D |author3=Mergel J |author4=Stolten D |title=पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस पर एक व्यापक समीक्षा|journal=Journal of Hydrogen Energy|volume=38|issue=12|pages=4901|year=2013|doi=10.1016/j.ijhydene.2013.01.151}}</ref><ref>{{cite web|title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस|url=http://www.eolss.net/sample-chapters/c08/e3-13-03-02.pdf|publisher=Energy Carriers and Conversion Systems|accessdate=19 October 2014}}</ref> एक हालिया समानता से पता चला है कि क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अत्याधुनिक निकेल आधारित जल इलेक्ट्रोलाइज़र अम्लीय [[बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस]] की समानता में प्रतिस्पर्धी या बेहतर क्षमता प्रदान करते हैं।{{cn|date=September 2020}} प्लैटिनम समूह धातु आधारित विद्युत उत्प्रेरकों के साथ।<ref name="schalenbach2016">{{cite journal|last=Schalenbach|first=M|author2=Tjarks G |author3=Carmo M | author4=Lueke W |author5=Mueller M |author6=Stolten D|title=Acidic or Alkaline? Towards a New Perspective on the Efficiency of Water Electrolysis|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=163|issue=11|pages=F3197|year=2016|doi=10.1149/2.0271611jes|s2cid=35846371|url=https://publications.rwth-aachen.de/record/681185}}</ref>
क्षारीय जल विद्युतपघटन [[electrolyzer|विद्युदपघटक]] का प्रकार है जिसमें दो अल्कली विद्युतअपघट्य सोल्यूशन, [[इलेक्ट्रोड]] [[पोटेशियम हाइड्रोक्साइड]] (KOH) या [[सोडियम हाइड्रॉक्साइड]] (NaOH) में काम करते हैं। इन इलेक्ट्रोडों को एक डायाफ्राम के माध्यम से अलग किया जाता है, जो उत्पाद गैसों को अलग करता है और हाइड्रॉक्साइड आयन (OH<sup>−</sup>) को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक ले जाता है।<ref name="carmo2013a">{{cite journal|last=Carmo|first=M|author2=Fritz D |author3=Mergel J |author4=Stolten D |title=पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस पर एक व्यापक समीक्षा|journal=Journal of Hydrogen Energy|volume=38|issue=12|pages=4901|year=2013|doi=10.1016/j.ijhydene.2013.01.151}}</ref><ref>{{cite web|title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस|url=http://www.eolss.net/sample-chapters/c08/e3-13-03-02.pdf|publisher=Energy Carriers and Conversion Systems|accessdate=19 October 2014}}</ref> हालिया समानता से पता चला है कि क्षारीय विद्युतअपघट्य्स के साथ अत्याधुनिक निकेल आधारित जल विद्युदपघटक अम्लीय [[बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस|बहुलक विद्युतअपघट्य झिल्ली विद्युतपघटन]] की समानता में प्रतिस्पर्धी या जो प्लैटिनम समूह के धातु आधारित विद्युत उत्प्रेरकों के साथ उत्तम क्षमता प्रदान करते हैं ।<ref name="schalenbach2016">{{cite journal|last=Schalenbach|first=M|author2=Tjarks G |author3=Carmo M | author4=Lueke W |author5=Mueller M |author6=Stolten D|title=Acidic or Alkaline? Towards a New Perspective on the Efficiency of Water Electrolysis|journal=Journal of the Electrochemical Society|volume=163|issue=11|pages=F3197|year=2016|doi=10.1149/2.0271611jes|s2cid=35846371|url=https://publications.rwth-aachen.de/record/681185}}</ref>
 
रासायनिक उद्योग में प्रौद्योगिकी का एक लंबा इतिहास रहा है। हाइड्रोजन की पहली बड़े पैमाने पर मांग 19वीं शताब्दी के अंत में हवा से हल्के गैस उठाने वाले विमानों के लिए उभरी, और 1930 के दशक में [[भाप सुधार]] के आगमन से पहले, तकनीक प्रतिस्पर्धी थी।
 
निम्न-कार्बन अर्थव्यवस्था के संदर्भ में क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस को कुशल ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण को सक्षम करने वाली एक महत्वपूर्ण तकनीक के रूप में माना जा सकता है।<ref>{{Cite journal|date=2021-05-01|title=क्षारीय और तटस्थ मीडिया में हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया के लिए विद्युत उत्प्रेरक। एक तुलनात्मक समीक्षा|journal=Journal of Power Sources|language=en|volume=493|pages=229708|doi=10.1016/j.jpowsour.2021.229708|issn=0378-7753 | last1 = Ďurovič | first1 = Martin | last2 = Hnát | first2 = Jaromír | last3 = Bouzek | first3 = Karel|s2cid=233570530 |doi-access=free}}</ref>


रासायनिक उद्योग में इस प्रौद्योगिकी का इतिहास बहुत पुराना है। हाइड्रोजन के लिए पहली बड़ी मांग 19वीं शताब्दी में हवाई जहाजों के लिए उत्पन्न हुई थी, और 1930 के दशक में [[भाप सुधार]] के आगमन से पहले इस विधि का प्रतिस्पर्धी था।


उद्योग के डीकार्बनाइजेशन के सन्दर्भ में, एल्कलाइन जल इलेक्ट्रोलाइसिस एक महत्वपूर्ण विधि के रूप में देखा जा सकता है, जो अधिक दक्ष ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण की संभावना प्रदान करती है।<ref>{{Cite journal|date=2021-05-01|title=क्षारीय और तटस्थ मीडिया में हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया के लिए विद्युत उत्प्रेरक। एक तुलनात्मक समीक्षा|journal=Journal of Power Sources|language=en|volume=493|pages=229708|doi=10.1016/j.jpowsour.2021.229708|issn=0378-7753 | last1 = Ďurovič | first1 = Martin | last2 = Hnát | first2 = Jaromír | last3 = Bouzek | first3 = Karel|s2cid=233570530 |doi-access=free}}</ref>
== संरचना और सामग्री ==
== संरचना और सामग्री ==
इलेक्ट्रोड को सामान्यतः एक पतली झरझरा पन्नी (0.050 से 0.5 मिमी के बीच की मोटाई के साथ) से अलग किया जाता है, जिसे सामान्यतः डायाफ्राम या विभाजक कहा जाता है।{{cn|date=September 2020}} डायाफ्राम इलेक्ट्रॉनों के लिए गैर-प्रवाहकीय है, इस प्रकार इलेक्ट्रोड के बीच छोटी दूरी की अनुमति देते हुए इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत शॉर्ट्स से बचा जाता है। आयनिक चालकता जलीय क्षारीय घोल  के माध्यम से  प्रदान की जाती है, जो डायाफ्राम के छिद्रों में प्रवेश करती है। अत्याधुनिक डायाफ्राम [[ zirconia | ज़र्कोनिया]] और पॉलीसल्फोन की मिश्रित सामग्री जिरफॉन है।<ref>{{cite web|title=एजीएफए जिरफॉन पर्ल उत्पाद विनिर्देश| url=http://www.agfa.com/specialty-products/solutions/membranes/zirfon-perl-utp-500/|accessdate=29 January 2019 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180423012500/http://www.agfa.com/specialty-products/solutions/membranes/zirfon-perl-utp-500/ |archive-date=2018-04-23 |url-status=dead}}</ref>
इलेक्ट्रोड प्रायः नारंगी जंग के लिए दो मोटों में बटोही प्रयुक्त होते हैं जो पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (KOH) या सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) के एक तरल नारंगी विद्युतअपघट्य विलयन में कार्यरत होते हैं। इन इलेक्ट्रोडों को एक जबरदस्त न्यूनतम विसंगति बचाने वाले डायाफ्राम के माध्यम से अलग किया जाता है, जो पोरस फिल्म के रूप में जाना जाता है। डायाफ्राम इलेक्ट्रॉन के लिए निष्क्रिय होता है, इसलिए इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत शॉर्ट से बचता है, चूँकि अल्कली विलयन दो इलेक्ट्रोडों के बीच कम दूरी तक प्रवेश करता है। जिससे इयोनिक चालकता प्रदान की जाती है। सबसे अधुनिक डायाफ्राम [[ zirconia |ज़र्कोनिया]] है, जो जिरकोनिया और पॉलीसल्फोन के एक संयुक्त सामग्री होती है।<ref>{{cite web|title=एजीएफए जिरफॉन पर्ल उत्पाद विनिर्देश| url=http://www.agfa.com/specialty-products/solutions/membranes/zirfon-perl-utp-500/|accessdate=29 January 2019 |archive-url=https://web.archive.org/web/20180423012500/http://www.agfa.com/specialty-products/solutions/membranes/zirfon-perl-utp-500/ |archive-date=2018-04-23 |url-status=dead}}</ref> डायाफ्राम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पाद न मात्र अलग-अलग होते हैं किंतु इनके मिश्रण को भी रोकता है।<ref name="schalenbach2016zirfon">{{cite journal|last=Schalenbach|first=M|author2=Lueke W |author3=Stolten D| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए ज़िरफ़ोन पर्ल सेपरेटर की हाइड्रोजन डिफ्यूसिविटी और इलेक्ट्रोलाइट पारगम्यता|journal= Journal of the Electrochemical Society |volume=163|issue=14|pages=F1480–F1488|year=2016|doi= 10.1149/2.1251613jes|s2cid=55017229|url=http://jes.ecsdl.org/content/163/14/F1480.full.pdf}}</ref><ref name="Haug2017">{{cite journal|last=Haug|first=P|author2=Koj M |author3=Turek T| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस में गैस की शुद्धता पर प्रक्रिया की स्थिति का प्रभाव|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=42|issue=15|pages=9406–9418|year=2017|doi=10.1016/j.ijhydene.2016.12.111}}</ref>
 
डायाफ्राम आगे कैथोड और एनोड पर उत्पादित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के मिश्रण से बचा जाता है,<ref name="schalenbach2016zirfon">{{cite journal|last=Schalenbach|first=M|author2=Lueke W |author3=Stolten D| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए ज़िरफ़ोन पर्ल सेपरेटर की हाइड्रोजन डिफ्यूसिविटी और इलेक्ट्रोलाइट पारगम्यता|journal= Journal of the Electrochemical Society |volume=163|issue=14|pages=F1480–F1488|year=2016|doi= 10.1149/2.1251613jes|s2cid=55017229|url=http://jes.ecsdl.org/content/163/14/F1480.full.pdf}}</ref><ref name="Haug2017">{{cite journal|last=Haug|first=P|author2=Koj M |author3=Turek T| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस में गैस की शुद्धता पर प्रक्रिया की स्थिति का प्रभाव|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=42|issue=15|pages=9406–9418|year=2017|doi=10.1016/j.ijhydene.2016.12.111}}</ref>


सामान्यतः, निकेल आधारित धातुओं का उपयोग क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए इलेक्ट्रोड के रूप में किया जाता है।<ref>{{Cite journal |last1=Zhou |first1=Daojin |last2=Li |first2=Pengsong |display-authors=et al. |date=2020 |title=Recent Advances in Non‐Precious Metal‐Based Electrodes for Alkaline Water Electrolysis |url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cnma.202000010 |journal=ChemNanoMat |language=en |volume=6 |issue=3 |pages=336–355 |doi=10.1002/cnma.202000010 |s2cid=213442277 |issn=2199-692X}}</ref> शुद्ध धातुओं को ध्यान में रखते हुए, नी सबसे कम सक्रिय गैर-महान धातु है।<ref name="Quanio2014">{{cite journal|last=Quaino|first=P|author2=Juarez F |author3=Santos E| author4=Schmickler W| title=Volcano plots in hydrogen electrocatalysis–uses and abuses |journal=Beilstein Journal of Nanotechnology |volume=42|pages=846–854|year=2014|doi= 10.3762/bjnano.5.96 |pmid=24991521| pmc=4077405 }}</ref> प्लेटिनम समूह धातुओं और ऑक्सीजन विकास के समय उनके विघटन जैसे अच्छे महान धातु विद्युत उत्प्रेरकों की उच्च कीमत<ref name="Schalenbach-dissolution">{{cite journal|last=Schalenbach |first=M |display-authors=et al | title=क्षारीय मीडिया में महान धातुओं का विद्युत रासायनिक विघटन|journal= Electrocatalysis|volume=9|issue=2 |pages=153–161|year=2018|doi=10.1007/s12678-017-0438-y |s2cid=104106046 }}</ref> एक कमी है। ऑक्सीजन के विकास के समय नी को अधिक स्थिर माना जाता है,<ref name="Cherevko2016">{{cite journal|last=Cherevko |first=S |display-authors=et al | title=Oxygen and hydrogen evolution reactions on Ru, RuO2, Ir, and IrO2 thin film electrodes in acidic and alkaline electrolytes: A comparative study on activity and stability |journal=Catalysis Today |volume=262|pages=170–180|year=2016|doi= 10.1016/j.cattod.2015.08.014}}</ref> किन्तु स्टेनलेस स्टील ने हेटेरोजेनियस_वाटर_ऑक्सीडेशन | ऑक्सीजन इवोल्यूशन रिएक्शन (ओईआर) के समय उच्च तापमान पर नी की समानता में अच्छी स्थिरता और बेहतर उत्प्रेरक गतिविधि दिखाई है।<ref name="Colli et al.">{{cite journal|last=Colli |first=A.N. |display-authors=et al | title=व्यावहारिक क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए गैर-कीमती इलेक्ट्रोड|journal= Materials|volume=12|issue=8 |pages=1336|year=2019|doi=10.3390/ma12081336 |pmid=31022944 |doi-access=free |pmc=6515460 |bibcode=2019Mate...12.1336C }}</ref>
सामान्यतः, अल्कलाइन वाटर इलेक्ट्रोलाइसिस के लिए निकेल आधारित धातु ही उपयोग किए जाते हैं।<ref>{{Cite journal |last1=Zhou |first1=Daojin |last2=Li |first2=Pengsong |display-authors=et al. |date=2020 |title=Recent Advances in Non‐Precious Metal‐Based Electrodes for Alkaline Water Electrolysis |url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cnma.202000010 |journal=ChemNanoMat |language=en |volume=6 |issue=3 |pages=336–355 |doi=10.1002/cnma.202000010 |s2cid=213442277 |issn=2199-692X}}</ref> शुद्ध धातुओं को ध्यान में रखते हुए, एनआई सबसे कम गतिशील गैर-महत्वपूर्ण धातु है।<ref name="Quanio2014">{{cite journal|last=Quaino|first=P|author2=Juarez F |author3=Santos E| author4=Schmickler W| title=Volcano plots in hydrogen electrocatalysis–uses and abuses |journal=Beilstein Journal of Nanotechnology |volume=42|pages=846–854|year=2014|doi= 10.3762/bjnano.5.96 |pmid=24991521| pmc=4077405 }}</ref> महान नोबल मेटल इलेक्ट्रोकैटलिस्ट जैसे प्लेटिनम समूह के अच्छे मूल्य की वजह से और ऑक्सीजन विस्फोट के समय उनके घुलने की वजह से हानि है। <ref name="Schalenbach-dissolution">{{cite journal|last=Schalenbach |first=M |display-authors=et al | title=क्षारीय मीडिया में महान धातुओं का विद्युत रासायनिक विघटन|journal= Electrocatalysis|volume=9|issue=2 |pages=153–161|year=2018|doi=10.1007/s12678-017-0438-y |s2cid=104106046 }}</ref> एनआई को ऑक्सीजन विस्फोट के समय अधिक स्थायी माना जाता है,<ref name="Cherevko2016">{{cite journal|last=Cherevko |first=S |display-authors=et al | title=Oxygen and hydrogen evolution reactions on Ru, RuO2, Ir, and IrO2 thin film electrodes in acidic and alkaline electrolytes: A comparative study on activity and stability |journal=Catalysis Today |volume=262|pages=170–180|year=2016|doi= 10.1016/j.cattod.2015.08.014}}</ref> किन्तु ऑक्सीजन विस्फोट के समय स्टेनलेस स्टील ने उच्च तापमान पर एनआई से उत्तम कैटलिटिक गतिविधि दिखाई है।<ref name="Colli et al.">{{cite journal|last=Colli |first=A.N. |display-authors=et al | title=व्यावहारिक क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए गैर-कीमती इलेक्ट्रोड|journal= Materials|volume=12|issue=8 |pages=1336|year=2019|doi=10.3390/ma12081336 |pmid=31022944 |doi-access=free |pmc=6515460 |bibcode=2019Mate...12.1336C }}</ref>


निकेल-जिंक की डील करके उच्च सतह क्षेत्र नी उत्प्रेरक प्राप्त किए जा सकते हैं<ref name="Colli et al." /> या निकेल-एल्युमीनियम मिश्र धातु क्षारीय घोल में, जिसे सामान्यतः रेनी निकल कहा जाता है। सेल परीक्षणों में अब तक सबसे अच्छा प्रदर्शन करने वाले इलेक्ट्रोड में नी मेश पर प्लाज्मा वैक्यूम स्प्रे नी मिश्र धातु सम्मलित है<ref name="Schiller1995">{{cite journal|last=Schiller |first=G |author2=Henne R|author3=Borock V| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रोड का वैक्यूम प्लाज्मा छिड़काव|journal=Journal of Thermal Spray Technology |volume=4|issue=2 |pages=185|year=1995|bibcode=1995JTST....4..185S|doi=10.1007/BF02646111|s2cid=137144045 }}</ref><ref name="Schiller1998">{{cite journal|last=Schiller |first=G |author2=Henne R|author3=Mohr P| author4=Peinecke V| title=एक उन्नत आंतरायिक रूप से संचालित 10-kW क्षारीय जल इलेक्ट्रोलाइज़र के लिए उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोड|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=23|issue=9 |pages=761–765|year=1998|doi= 10.1016/S0360-3199(97)00122-5}}</ref>
उच्च सतह क्षेत्र वाले निकेल कैटलिस्ट को निकेल-जिंक<ref name="Colli et al." /> या निकेल-एल्यूमिनियम एलॉय को ऐल्कलाइन सल्यूशन में डीलॉयिंग करके प्राप्त किया जा सकता है, जिसे रेनी निकेल के नाम से जाना जाता है। सेल टेस्ट में अब तक सबसे अच्छी प्रदर्शन करने वाले इलेक्ट्रोड में निकेल मेश पर प्लाज्मा वैक्यूम स्प्रे किए निकेल एलॉय और हॉट डिप जल्वाया निकेल मेश सम्मलित हैं। अंतिम दृष्टिकोण से, इस प्रकार का दृष्टिकोण उद्योगीय स्थितियों में बड़े मापदंड पर उत्पादन के लिए सस्ता और आसानी से विस्तारयोग्य हो सकता है।<ref name="Schiller1995">{{cite journal|last=Schiller |first=G |author2=Henne R|author3=Borock V| title=क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रोड का वैक्यूम प्लाज्मा छिड़काव|journal=Journal of Thermal Spray Technology |volume=4|issue=2 |pages=185|year=1995|bibcode=1995JTST....4..185S|doi=10.1007/BF02646111|s2cid=137144045 }}</ref><ref name="Schiller1998">{{cite journal|last=Schiller |first=G |author2=Henne R|author3=Mohr P| author4=Peinecke V| title=एक उन्नत आंतरायिक रूप से संचालित 10-kW क्षारीय जल इलेक्ट्रोलाइज़र के लिए उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोड|journal=International Journal of Hydrogen Energy|volume=23|issue=9 |pages=761–765|year=1998|doi= 10.1016/S0360-3199(97)00122-5}}</ref>


और गर्म डुबकी गैल्वेनाइज्ड नी मेश।<ref name="Schalenbach2018-3">{{cite journal|last=Schalenbach |first=M |display-authors=et al | title= निकल इलेक्ट्रोड के साथ एक क्षारीय पानी इलेक्ट्रोलाइज़र कुशल उच्च वर्तमान घनत्व संचालन को सक्षम बनाता है|journal= International Journal of Hydrogen Energy |volume=43 |issue=27 |pages=11932–11938 | year=2018|doi= 10.1016/j.ijhydene.2018.04.219 |s2cid=103477803 }}</ref> बड़े पैमाने पर औद्योगिक निर्माण के लिए बाद वाला दृष्टिकोण रोचक हो सकता है क्योंकि यह सस्ता और आसानी से स्केलेबल है।
== पीईएम जल विद्युतपघटन की समानता में लाभ ==
पॉलिमर विद्युतअपघट्य जल इलेक्ट्रोलाइसिस की समानता में, अल्कलाइन जल इलेक्ट्रोलाइसिस के फायदे मुख्य रूप से हैं:


== पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस == की समानता में लाभ
# प्लेटिनम मेटल ग्रुप के कैटलिस्ट की समानता में सस्ते कैटलिस्ट का उपयोग किया जा सकता है।
 
# विनिमेय विद्युतअपघट्य और एनोडिक कैटलिस्ट के कम विघटन से उच्च टिकाऊता।
पॉलिमर_इलेक्ट्रोलाइट_मेम्ब्रेन_इलेक्ट्रोलिसिस की समानता में, क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के फायदे मुख्य रूप से हैं:
# अल्कलाइन विद्युतअपघट्य में गैस विस्तार कम होने के कारण अधिक गैस पवित्रता।                                                       
 
# पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उपयोग किए जाने वाले प्लेटिनम धातु समूह आधारित उत्प्रेरक के संबंध में सस्ता उत्प्रेरक।
# विनिमेय इलेक्ट्रोलाइट और एनोडिक उत्प्रेरक के कम विघटन के कारण उच्च स्थायित्व।
# क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट में कम गैस प्रसार के कारण उच्च गैस शुद्धता।


==संदर्भ==
==संदर्भ==
{{Reflist}}
{{Reflist}}
[[Category: रासायनिक प्रक्रियाएं]] [[Category: इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री]] [[Category: इलेक्ट्रोलीज़]] [[Category: औद्योगिक गैसें]] [[Category: हाइड्रोजन उत्पादन]]


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Latest revision as of 09:47, 19 April 2023

क्षारीय पानी इलेक्ट्रोलिसिस
Typical Materials
Type of Electrolysis:क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस
Style of membrane/diaphragmएनआईओ
Bipolar/separator plate materialStainless steel
Catalyst material on the anodeनी/को/फे
Catalyst material on the cathodeनी/सी-पं
Anode PTL materialतिवारी / नी / जिरकोनियम
Cathode PTL materialस्टेनलेस स्टील जाल
State-of-the-art Operating Ranges
Cell temperature60-80C[1]
Stack pressure<30 बार <रेफरी नाम = "कार्मो2013 ए" />
Current density0.2-0.4 A/cm2[1][2]
Cell voltage1.8-2.40 V[1][2]
Power densityसे 1.0 W/cm2[1]
Part-load range20-40%[1]
Specific energy consumption stack4.2-5.9 kWh/Nm3[1]
Specific energy consumption system4.5-7.0 kWh/Nm3[1]
Cell voltage efficiency52-69%[1]
System hydrogen production rate<760 एनएम3/h[1]
Lifetime stack<90,000 घंटे<रेफरी नाम="कार्मो2013ए" />
Acceptable degradation rate<3 µV/h[1]
System lifetime20-30 a[1]

क्षारीय जल विद्युतपघटन विद्युदपघटक का प्रकार है जिसमें दो अल्कली विद्युतअपघट्य सोल्यूशन, इलेक्ट्रोड पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (KOH) या सोडियम हाइड्रॉक्साइड (NaOH) में काम करते हैं। इन इलेक्ट्रोडों को एक डायाफ्राम के माध्यम से अलग किया जाता है, जो उत्पाद गैसों को अलग करता है और हाइड्रॉक्साइड आयन (OH−) को एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड तक ले जाता है।[1][3] हालिया समानता से पता चला है कि क्षारीय विद्युतअपघट्य्स के साथ अत्याधुनिक निकेल आधारित जल विद्युदपघटक अम्लीय बहुलक विद्युतअपघट्य झिल्ली विद्युतपघटन की समानता में प्रतिस्पर्धी या जो प्लैटिनम समूह के धातु आधारित विद्युत उत्प्रेरकों के साथ उत्तम क्षमता प्रदान करते हैं ।[4]

रासायनिक उद्योग में इस प्रौद्योगिकी का इतिहास बहुत पुराना है। हाइड्रोजन के लिए पहली बड़ी मांग 19वीं शताब्दी में हवाई जहाजों के लिए उत्पन्न हुई थी, और 1930 के दशक में भाप सुधार के आगमन से पहले इस विधि का प्रतिस्पर्धी था।

उद्योग के डीकार्बनाइजेशन के सन्दर्भ में, एल्कलाइन जल इलेक्ट्रोलाइसिस एक महत्वपूर्ण विधि के रूप में देखा जा सकता है, जो अधिक दक्ष ऊर्जा रूपांतरण और भंडारण की संभावना प्रदान करती है।[5]

संरचना और सामग्री

इलेक्ट्रोड प्रायः नारंगी जंग के लिए दो मोटों में बटोही प्रयुक्त होते हैं जो पोटेशियम हाइड्रोक्साइड (KOH) या सोडियम हाइड्रोक्साइड (NaOH) के एक तरल नारंगी विद्युतअपघट्य विलयन में कार्यरत होते हैं। इन इलेक्ट्रोडों को एक जबरदस्त न्यूनतम विसंगति बचाने वाले डायाफ्राम के माध्यम से अलग किया जाता है, जो पोरस फिल्म के रूप में जाना जाता है। डायाफ्राम इलेक्ट्रॉन के लिए निष्क्रिय होता है, इसलिए इलेक्ट्रोड के बीच विद्युत शॉर्ट से बचता है, चूँकि अल्कली विलयन दो इलेक्ट्रोडों के बीच कम दूरी तक प्रवेश करता है। जिससे इयोनिक चालकता प्रदान की जाती है। सबसे अधुनिक डायाफ्राम ज़र्कोनिया है, जो जिरकोनिया और पॉलीसल्फोन के एक संयुक्त सामग्री होती है।[6] डायाफ्राम से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के उत्पाद न मात्र अलग-अलग होते हैं किंतु इनके मिश्रण को भी रोकता है।[7][8]

सामान्यतः, अल्कलाइन वाटर इलेक्ट्रोलाइसिस के लिए निकेल आधारित धातु ही उपयोग किए जाते हैं।[9] शुद्ध धातुओं को ध्यान में रखते हुए, एनआई सबसे कम गतिशील गैर-महत्वपूर्ण धातु है।[10] महान नोबल मेटल इलेक्ट्रोकैटलिस्ट जैसे प्लेटिनम समूह के अच्छे मूल्य की वजह से और ऑक्सीजन विस्फोट के समय उनके घुलने की वजह से हानि है। [11] एनआई को ऑक्सीजन विस्फोट के समय अधिक स्थायी माना जाता है,[12] किन्तु ऑक्सीजन विस्फोट के समय स्टेनलेस स्टील ने उच्च तापमान पर एनआई से उत्तम कैटलिटिक गतिविधि दिखाई है।[2]

उच्च सतह क्षेत्र वाले निकेल कैटलिस्ट को निकेल-जिंक[2] या निकेल-एल्यूमिनियम एलॉय को ऐल्कलाइन सल्यूशन में डीलॉयिंग करके प्राप्त किया जा सकता है, जिसे रेनी निकेल के नाम से जाना जाता है। सेल टेस्ट में अब तक सबसे अच्छी प्रदर्शन करने वाले इलेक्ट्रोड में निकेल मेश पर प्लाज्मा वैक्यूम स्प्रे किए निकेल एलॉय और हॉट डिप जल्वाया निकेल मेश सम्मलित हैं। अंतिम दृष्टिकोण से, इस प्रकार का दृष्टिकोण उद्योगीय स्थितियों में बड़े मापदंड पर उत्पादन के लिए सस्ता और आसानी से विस्तारयोग्य हो सकता है।[13][14]

पीईएम जल विद्युतपघटन की समानता में लाभ

पॉलिमर विद्युतअपघट्य जल इलेक्ट्रोलाइसिस की समानता में, अल्कलाइन जल इलेक्ट्रोलाइसिस के फायदे मुख्य रूप से हैं:

  1. प्लेटिनम मेटल ग्रुप के कैटलिस्ट की समानता में सस्ते कैटलिस्ट का उपयोग किया जा सकता है।
  2. विनिमेय विद्युतअपघट्य और एनोडिक कैटलिस्ट के कम विघटन से उच्च टिकाऊता।
  3. अल्कलाइन विद्युतअपघट्य में गैस विस्तार कम होने के कारण अधिक गैस पवित्रता।

संदर्भ

  1. ↑ 1.00 1.01 1.02 1.03 1.04 1.05 1.06 1.07 1.08 1.09 1.10 1.11 Carmo, M; Fritz D; Mergel J; Stolten D (2013). "पीईएम जल इलेक्ट्रोलिसिस पर एक व्यापक समीक्षा". Journal of Hydrogen Energy. 38 (12): 4901. doi:10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
  2. ↑ 2.0 2.1 2.2 2.3 Colli, A.N.; et al. (2019). "व्यावहारिक क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए गैर-कीमती इलेक्ट्रोड". Materials. 12 (8): 1336. Bibcode:2019Mate...12.1336C. doi:10.3390/ma12081336. PMC 6515460. PMID 31022944.
  3. ↑ "क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस" (PDF). Energy Carriers and Conversion Systems. Retrieved 19 October 2014.
  4. ↑ Schalenbach, M; Tjarks G; Carmo M; Lueke W; Mueller M; Stolten D (2016). "Acidic or Alkaline? Towards a New Perspective on the Efficiency of Water Electrolysis". Journal of the Electrochemical Society. 163 (11): F3197. doi:10.1149/2.0271611jes. S2CID 35846371.
  5. ↑ Ďurovič, Martin; Hnát, Jaromír; Bouzek, Karel (2021-05-01). "क्षारीय और तटस्थ मीडिया में हाइड्रोजन विकास प्रतिक्रिया के लिए विद्युत उत्प्रेरक। एक तुलनात्मक समीक्षा". Journal of Power Sources (in English). 493: 229708. doi:10.1016/j.jpowsour.2021.229708. ISSN 0378-7753. S2CID 233570530.
  6. ↑ "एजीएफए जिरफॉन पर्ल उत्पाद विनिर्देश". Archived from the original on 2018-04-23. Retrieved 29 January 2019.
  7. ↑ Schalenbach, M; Lueke W; Stolten D (2016). "क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए ज़िरफ़ोन पर्ल सेपरेटर की हाइड्रोजन डिफ्यूसिविटी और इलेक्ट्रोलाइट पारगम्यता" (PDF). Journal of the Electrochemical Society. 163 (14): F1480–F1488. doi:10.1149/2.1251613jes. S2CID 55017229.
  8. ↑ Haug, P; Koj M; Turek T (2017). "क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस में गैस की शुद्धता पर प्रक्रिया की स्थिति का प्रभाव". International Journal of Hydrogen Energy. 42 (15): 9406–9418. doi:10.1016/j.ijhydene.2016.12.111.
  9. ↑ Zhou, Daojin; Li, Pengsong; et al. (2020). "Recent Advances in Non‐Precious Metal‐Based Electrodes for Alkaline Water Electrolysis". ChemNanoMat (in English). 6 (3): 336–355. doi:10.1002/cnma.202000010. ISSN 2199-692X. S2CID 213442277.
  10. ↑ Quaino, P; Juarez F; Santos E; Schmickler W (2014). "Volcano plots in hydrogen electrocatalysis–uses and abuses". Beilstein Journal of Nanotechnology. 42: 846–854. doi:10.3762/bjnano.5.96. PMC 4077405. PMID 24991521.
  11. ↑ Schalenbach, M; et al. (2018). "क्षारीय मीडिया में महान धातुओं का विद्युत रासायनिक विघटन". Electrocatalysis. 9 (2): 153–161. doi:10.1007/s12678-017-0438-y. S2CID 104106046.
  12. ↑ Cherevko, S; et al. (2016). "Oxygen and hydrogen evolution reactions on Ru, RuO2, Ir, and IrO2 thin film electrodes in acidic and alkaline electrolytes: A comparative study on activity and stability". Catalysis Today. 262: 170–180. doi:10.1016/j.cattod.2015.08.014.
  13. ↑ Schiller, G; Henne R; Borock V (1995). "क्षारीय जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए उच्च-प्रदर्शन इलेक्ट्रोड का वैक्यूम प्लाज्मा छिड़काव". Journal of Thermal Spray Technology. 4 (2): 185. Bibcode:1995JTST....4..185S. doi:10.1007/BF02646111. S2CID 137144045.
  14. ↑ Schiller, G; Henne R; Mohr P; Peinecke V (1998). "एक उन्नत आंतरायिक रूप से संचालित 10-kW क्षारीय जल इलेक्ट्रोलाइज़र के लिए उच्च प्रदर्शन इलेक्ट्रोड". International Journal of Hydrogen Energy. 23 (9): 761–765. doi:10.1016/S0360-3199(97)00122-5.
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