प्रत्यक्ष-इथेनॉल ईंधन सेल

प्रत्यक्ष-इथेनॉल ईंधन सेल या DEFC ईंधन सेल की एक श्रेणी है जिसमें इथेनॉल को सीधे सेल में डाला जाता है। इन्हें PEM के उपयोग सहित ईंधन सेल अवधारणाओं की एक श्रृंखला की जांच के लिए एक मॉडल के रूप में उपयोग किया गया है।

फायदे

DEFC अधिक विषैले मेथनॉल के बजाय ईंधन सेल में इथेनॉल का उपयोग करता है। इथेनॉल मेथनॉल का एक आकर्षक विकल्प है क्योंकि यह एक आपूर्ति श्रृंखला के साथ आता है जो पहले से ही उपस्थित है। उपभोक्ताओं द्वारा व्यापक उपयोग के लिए इथेनॉल काम करने में आसान ईंधन के रूप में नहीं प्रयोग होता है।

इथेनॉल एक हाइड्रोजन युक्त तरल है और इसमें मेथनॉल (6.1 kWh/किग्रा) की तुलना में उच्च विशिष्ट ऊर्जा (8.0 kWh/किग्रा) है।FR जैसे नवीकरणीय संसाधनों से किण्वन प्रक्रिया के माध्यम से बायोमास से बड़ी मात्रा में इथेनॉल प्राप्त किया जा सकता है।जैव-जनित इथेनॉल (या जैव-इथेनॉल) इस प्रकार आकर्षक है क्योंकि जैव ईंधन के लिए फसलें उगाने से जैव ईंधन का उत्पादन करने के लिए उपयोग किए जाने वाले ईंधन और स्वयं जैव ईंधन को जलाने से वातावरण में उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड का अधिकांश हिस्सा अवशोषित हो जाता है। यह जीवाश्म ईंधन के उपयोग के बिल्कुल विपरीत है। इथेनॉल के उपयोग से ईंधन सेल अनुप्रयोगों के लिए हाइड्रोजन के भंडारण और बुनियादी ढांचे की चुनौती दोनों पर भी काबू पाया जा सकेगा। ईंधन सेल में, किसी भी ईंधन के ऑक्सीकरण के लिए उत्प्रेरक के उपयोग की आवश्यकता होती है और प्लैटिनम-आधारित उत्प्रेरक छोटे कार्बनिक अणुओं के ऑक्सीकरण के लिए सबसे कुशल सामग्रियों में से कुछ हैं।

अभिक्रिया

DEFC में अभिक्रिया का फ़्लोचार्ट

DEFC के समान डीईएफसी, कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए उत्प्रेरक परत पर इथेनॉल के ऑक्सीकरण पर निर्भर करता है। एनोड पर जल की खपत होती है और कैथोड पर इसका उत्पादन होता है। प्रोटॉन (H) को प्रोटॉन स्थानांतरण झिल्ली से कैथोड तक ले जाया जाता है जहां ये जल का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीजन के साथ अभिक्रिया करते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी सर्किट के माध्यम से एनोड से कैथोड तक ले जाया जाता है, जो जुड़े उपकरणों को शक्ति प्रदान करता है।

आधी अभिक्रियाएँ हैं:

	समीकरण
एनोड	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ H_{2}O\to 12\ H^{+}+12\ e^{-}+2\ CO_{2}}$ oxidation
कैथोड	$\mathrm {3\ O_{2}+12\ H^{+}+12\ e^{-}\to 6\ H_{2}O}$ reduction
सम्पूर्ण अभिक्रिया	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ O_{2}\to 3\ H_{2}O+2\ CO_{2}}$ redox reaction

मुद्दे

प्लैटिनम-आधारित उत्प्रेरक महंगे हैं, इसलिए PEM ईंधन सेल के लिए ईंधन के रूप में इथेनॉल के व्यावहारिक उपयोग के लिए एक नए उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। नए नैनोस्ट्रक्चर्ड विद्युत् उत्प्रेरक  (उदाहरण के लिए ACTA SpA द्वारा HYPERMEC) विकसित किए गए हैं, जो गैर-दृढ़ धातुओं पर आधारित हैं, अधिमानतः एनोड पर Fe, Co, Ni और कैथोड पर अकेले Ni, Fe या Co का मिश्रण उपस्थित होता है। इथेनॉल के साथ, 0.5 V पर 140 मेगावाट/सेमी² जितनी अधिक बिजली घनत्व 25 डिग्री सेल्सियस पर वाणिज्यिक आयन स्थानांरण युक्त स्व-श्वास कोशिकाओं के साथ प्राप्त की गई है। इस उत्प्रेरक में कोई भी कीमती धातु नहीं है।इस उत्प्रेरक में कोई भी कीमती धातु नहीं है। व्यवहार में छोटे धातु के कणों को एक कार्यद्रव्य पर इस तरह से तय किया जाता है कि वे एक बहुत सक्रिय उत्प्रेरक का उत्पादन करते हैं।

एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है। आवेश हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) द्वारा वहन किया जाता है। तरल इथेनॉल (C₂H₅OH) जल की उपस्थिति में एनोड पर ऑक्सीकृत होता है, जिससे CO₂, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉन उत्पन्न होते हैं। हाइड्रोजन आयन विद्युत् अपघट्य के माध्यम से यात्रा करते हैं तो ये  कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन और इलेक्ट्रॉनों के साथ अभिक्रिया करते हैं।

आंतरिक दहन इंजन की तुलना में ईंधन सेल की बढ़ी हुई रूपांतरण दर के कारण बायो-इथेनॉल आधारित ईंधन सेल इस जैव ईंधन के व्हील-टू-व्हील संतुलन में सुधार कर सकते हैं। लेकिन वास्तविक दुनिया के आंकड़े केवल कुछ वर्षों में ही प्राप्त किए जा सकते हैं क्योंकि प्रत्यक्ष मेथनॉल और इथेनॉल ईंधन कोशिकाओं का विकास हाइड्रोजन संचालित ईंधन कोशिकाओं से पीछे चल रहा है।

हाल की उपलब्धियाँ

13 मई 2007 को ऑफेनबर्ग में एप्लाइड साइंसेज विश्वविद्यालय की एक टीम ने फ्रांस में शेल के इको-मैराथन में DEFC द्वारा संचालित दुनिया का पहला वाहन प्रस्तुत किया। कार "श्लकस्पेच" ने नोगारो सर्किट पर एक सफल परीक्षण ड्राइव पूरी की, जो DEFC स्टैक द्वारा संचालित होकर 20 से 45 V (लोड के आधार पर) का आउटपुट वोल्टेज देता है।प्रत्यक्ष इथेनॉल फ्यूल सेल स्टैक मोबाइल फोन चार्जर के विभिन्न प्रोटोटाइप बनाए गए हैंजिसमें 2V से 7V तक वोल्टेज और 800 मेगावाट से 2 डब्ल्यू तक की शक्ति सम्मिलित है इसका निर्माण और परीक्षण किया गया।

स्रोत

• Cells.html DEFC के लिए मेम्ब्रेन -फ्रौनहोफर इंटरफेशियल इंजीनियरिंग और जैव प्रौद्योगिकी संस्थान
• DEFC झिल्ली

यह भी देखें

• क्षार आयन विनिमय झिल्ली
• ईंधन सेल शब्दों की शब्दावली
• अल्कोहल ईंधन की समयरेखा

अग्रिम पठन

• "New catalyst boosts hydrogen as transport fuel". By Alok Jha. 21 August 2008. The Guardian.