प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन सेल: Difference between revisions
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प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाएं ( | प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाएं (DBFC) क्षारीय ईंधन कोशिकाओं की एक उपश्रेणी हैं जो ईंधन के रूप में सोडियम बोरोहाइड्राइड या पोटेशियम बोरोहाइड्राइड और ऑक्सीकारक के रूप में वायु/ऑक्सीजन।<ref>Amendola S.C., Onnerud P., Kelly M., Petillo P., Sharp-Goldman S. L and Binder M. (1999) ‘A novel high power density borohydride-air cell’, J. Power Sources, 84, pp. 130–133.</ref> या हाइड्रोजन पेरोक्साइड<ref>Choudhury, N.A.; Raman, R.K.; Sampath, S.; Shukla, A.K. An alkaline direct borohydride fuel cell with hydrogen peroxide as oxidant. J. Power Sources 2005, 143, 1-8.</ref> द्वारा पोषित होती हैं। DBFC अपेक्षाकृत नए प्रकार के ईंधन सेल हैं जो वर्तमान में विकासात्मक चरण में हैं और अन्य प्रकार के ईंधन सेल के संबंध में अपनी उच्च परिचालन क्षमता के कारण आकर्षक हैं। हाल ही में, DBFC चरम शक्ति में प्रोटॉन-स्थानांतरण झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (PEMFC) को प्रतिद्वंद्वी करती है परन्तु यह दोगुने वोल्टेज पर काम करती है।<ref name=":0">{{Cite journal|last1=Wang|first1=Zhongyang|last2=Parrondo|first2=Javier|last3=He|first3=Cheng|last4=Sankarasubramanian|first4=Shrihari|last5=Ramani|first5=Vijay|date=April 2019|title=प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाओं में कुशल पीएच-ग्रेडिएंट-सक्षम सूक्ष्म द्विध्रुवी इंटरफेस|journal=Nature Energy|volume=4|issue=4|pages=281–289|doi=10.1038/s41560-019-0330-5|bibcode=2019NatEn...4..281W|s2cid=139154235|issn=2058-7546}}</ref> | ||
===रसायन शास्त्र=== | |||
सोडियम बोरोहाइड्राइड का उपयोग संभावित रूप से हाइड्रोजन भंडारण के साधन के रूप में अधिक पारंपरिक हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रणालियों में किया जा सकता है। बोरोहाइड्राइड के उत्प्रेरक अपघटन द्वारा ईंधन सेल के लिए हाइड्रोजन को पुनर्जीवित किया जा सकता है: | |||
NaBH<sub>4</sub>+ 2H<sub>2</sub>O → NaBO<sub>2</sub>+ 4H<sub>2</sub> | |||
प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाएं सीधे बोरोहाइड्राइड को विघटित और ऑक्सीकृत करती हैं, जिससे हाइड्रोजन का उत्पादन कम हो जाता है और यहां तक कि थोड़ी अधिक ऊर्जा पैदावार भी होती है::<ref>[https://www.researchgate.net/publication/222656844_A_comprehensive_review_of_direct_borohydride_fuel_cells Ma, Choudhury, Sahai - A comprehensive review of direct borohydride fuel cells]</ref> | |||
:कैथोड: 2O<sub>2</sub> +4H<sub>2</sub>O+ 8e<sup>−</sup> → 8OH<sup>−</sup> (E<sub>0</sub> = 0.4V) एनोड: NaBH<sub>4</sub> +8OH<sup>−</sup> → NaBO<sub>2</sub>+ 6H<sub>2</sub>O+ 8e<sup>−</sup> (E<sub>0</sub> = -1.24 V) कुल E<sub>0</sub> = 1.64V | |||
सरलीकृत अभिक्रिया इस प्रकार है: | |||
NaBH<sub>4</sub> +2O<sub>2</sub> → NaBO<sub>2</sub> +2H<sub>2</sub>O+ बिजली | |||
प्रत्यक्ष सोडियम बोरोहाइड्राइड ईंधन सेल का कार्य तापमान 70 डिग्री सेल्सियस (158 डिग्री फारेनहाइट) है। | |||
===फायदे=== | |||
DBFC का उत्पादन पारंपरिक ईंधन सेल की तुलना में अधिक सस्ते में किया जा सकता है क्योंकि इन्हे महंगे प्लैटिनम उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती है। इसकेअतिरिक्त उनके पास उच्च शक्ति घनत्व है। DBFC का उच्च ऑपरेटिंग वोल्टेज वांछित रेटेड वोल्टेज प्राप्त करने के लिए स्टैक में आवश्यक कोशिकाओं (एक श्रृंखला सर्किट में) की संख्या को कम कर देता है और इस प्रकार यह स्टैक लागत को काफी कम कर देता है।<ref name=":0" /> | |||
===नुकसान=== | |||
दुर्भाग्य से, DBFC ईंधन सेल द्वारा गर्म किए गए जल के साथ NaBH<sub>4</sub> की पार्श्व अभिक्रिया से हाइड्रोजन का उत्पादन करते हैं। इस हाइड्रोजन को या तो निकास तक पाइप से भेजा जा सकता है या पारंपरिक हाइड्रोजन ईंधन सेल तक पहुंचाया जा सकता है या तो ईंधन सेल जल का उत्पादन करेगा, और NaBH<sub>4</sub> की उच्च सांद्रता के लिए जल को पुनर्चक्रित किया जा सकता है। | |||
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि DBFC के माध्यम से बिजली बनाने की प्रक्रिया को आसानी से उलटा नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH<sub>4</sub>) द्वारा हाइड्रोजन छोड़ने और ऑक्सीकरण होने के बाद, उत्पाद NaBO<sub>2</sub> (सोडियम मेटाबोरेट) प्राप्त होता है। सोडियम मेटाबोरेट को कई अलग-अलग तकनीकों द्वारा सोडियम बोरोहाइड्राइड ईंधन में वापस हाइड्रोजनीकृत किया जा सकता है, जिनमें से कुछ को सैद्धांतिक रूप से जल और बिजली या ऊष्मा से ज्यादा कुछ नहीं चाहिए यद्यपि ये तकनीकें अभी भी सक्रिय विकास में हैं। 30 जून, 2010 तक, सोडियम मेटाबोरेट को सोडियम बोरोहाइड्राइड में प्रभावी ढंग से परिवर्तित करने का दावा करने वाले कई पेटेंटों की जांच की गई है, लेकिन किसी की भी पुष्टि नहीं की गई है - "बोरॉन हाइड्राइड रीसाइक्लिंग" की वर्तमान दक्षता 1% से काफी नीचे प्रतीत होती है, जो एक वाहन को रिचार्ज करने के लिए अनुपयुक्त है।<ref>[http://www.osti.gov/bridge/servlets/purl/984730-7DgquU/984730.pdf Final Report: Electrochemical Hydrogen Storage Systems, MacDonald 2010]</ref> | |||
===लागत=== | |||
ईंधन के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमानित कीमतें 5 अमेरिकी डॉलर/किग्रा जितनी कम हैं, जो हाइड्रोकार्बन ईंधन की लागत के बराबर है।<ref>{{Cite journal|url=https://www.osti.gov/biblio/1022594|osti = 1022594|doi = 10.2172/1022594|title = नवीन हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के लिए कम लागत वाले अग्रदूत|year = 2010|last1 = Suzanne w. Linehan|last2 = Arthur a. Chin|last3 = Nathan t. Allen|last4 = Robert Butterick|last5 = Nathan t. Kendall|last6 = i. Leo Klawiter|last7 = Francis j. Lipiecki|last8 = Dean m. Millar|last9 = David c. Molzahn|last10 = Samuel j. November|last11 = Puja Jain|last12 = Sara Nadeau|last13 = Scott Mancroni}}</ref> | |||
===यह भी देखें=== | |||
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि | |||
==लागत== | |||
ईंधन के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमानित कीमतें 5 अमेरिकी डॉलर/किग्रा जितनी कम हैं, जो हाइड्रोकार्बन ईंधन की लागत के बराबर है। | |||
<ref>{{Cite journal|url=https://www.osti.gov/biblio/1022594|osti = 1022594|doi = 10.2172/1022594|title = नवीन हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के लिए कम लागत वाले अग्रदूत|year = 2010|last1 = Suzanne w. Linehan|last2 = Arthur a. Chin|last3 = Nathan t. Allen|last4 = Robert Butterick|last5 = Nathan t. Kendall|last6 = i. Leo Klawiter|last7 = Francis j. Lipiecki|last8 = Dean m. Millar|last9 = David c. Molzahn|last10 = Samuel j. November|last11 = Puja Jain|last12 = Sara Nadeau|last13 = Scott Mancroni}}</ref> | |||
==यह भी देखें== | |||
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Revision as of 14:02, 30 July 2023
प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाएं (DBFC) क्षारीय ईंधन कोशिकाओं की एक उपश्रेणी हैं जो ईंधन के रूप में सोडियम बोरोहाइड्राइड या पोटेशियम बोरोहाइड्राइड और ऑक्सीकारक के रूप में वायु/ऑक्सीजन।[1] या हाइड्रोजन पेरोक्साइड[2] द्वारा पोषित होती हैं। DBFC अपेक्षाकृत नए प्रकार के ईंधन सेल हैं जो वर्तमान में विकासात्मक चरण में हैं और अन्य प्रकार के ईंधन सेल के संबंध में अपनी उच्च परिचालन क्षमता के कारण आकर्षक हैं। हाल ही में, DBFC चरम शक्ति में प्रोटॉन-स्थानांतरण झिल्ली ईंधन कोशिकाओं (PEMFC) को प्रतिद्वंद्वी करती है परन्तु यह दोगुने वोल्टेज पर काम करती है।[3]
रसायन शास्त्र
सोडियम बोरोहाइड्राइड का उपयोग संभावित रूप से हाइड्रोजन भंडारण के साधन के रूप में अधिक पारंपरिक हाइड्रोजन ईंधन सेल प्रणालियों में किया जा सकता है। बोरोहाइड्राइड के उत्प्रेरक अपघटन द्वारा ईंधन सेल के लिए हाइड्रोजन को पुनर्जीवित किया जा सकता है:
NaBH4+ 2H2O → NaBO2+ 4H2
प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाएं सीधे बोरोहाइड्राइड को विघटित और ऑक्सीकृत करती हैं, जिससे हाइड्रोजन का उत्पादन कम हो जाता है और यहां तक कि थोड़ी अधिक ऊर्जा पैदावार भी होती है::[4]
- कैथोड: 2O2 +4H2O+ 8e− → 8OH− (E0 = 0.4V) एनोड: NaBH4 +8OH− → NaBO2+ 6H2O+ 8e− (E0 = -1.24 V) कुल E0 = 1.64V
सरलीकृत अभिक्रिया इस प्रकार है:
NaBH4 +2O2 → NaBO2 +2H2O+ बिजली
प्रत्यक्ष सोडियम बोरोहाइड्राइड ईंधन सेल का कार्य तापमान 70 डिग्री सेल्सियस (158 डिग्री फारेनहाइट) है।
फायदे
DBFC का उत्पादन पारंपरिक ईंधन सेल की तुलना में अधिक सस्ते में किया जा सकता है क्योंकि इन्हे महंगे प्लैटिनम उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती है। इसकेअतिरिक्त उनके पास उच्च शक्ति घनत्व है। DBFC का उच्च ऑपरेटिंग वोल्टेज वांछित रेटेड वोल्टेज प्राप्त करने के लिए स्टैक में आवश्यक कोशिकाओं (एक श्रृंखला सर्किट में) की संख्या को कम कर देता है और इस प्रकार यह स्टैक लागत को काफी कम कर देता है।[3]
नुकसान
दुर्भाग्य से, DBFC ईंधन सेल द्वारा गर्म किए गए जल के साथ NaBH4 की पार्श्व अभिक्रिया से हाइड्रोजन का उत्पादन करते हैं। इस हाइड्रोजन को या तो निकास तक पाइप से भेजा जा सकता है या पारंपरिक हाइड्रोजन ईंधन सेल तक पहुंचाया जा सकता है या तो ईंधन सेल जल का उत्पादन करेगा, और NaBH4 की उच्च सांद्रता के लिए जल को पुनर्चक्रित किया जा सकता है।
इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि DBFC के माध्यम से बिजली बनाने की प्रक्रिया को आसानी से उलटा नहीं किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, सोडियम बोरोहाइड्राइड (NaBH4) द्वारा हाइड्रोजन छोड़ने और ऑक्सीकरण होने के बाद, उत्पाद NaBO2 (सोडियम मेटाबोरेट) प्राप्त होता है। सोडियम मेटाबोरेट को कई अलग-अलग तकनीकों द्वारा सोडियम बोरोहाइड्राइड ईंधन में वापस हाइड्रोजनीकृत किया जा सकता है, जिनमें से कुछ को सैद्धांतिक रूप से जल और बिजली या ऊष्मा से ज्यादा कुछ नहीं चाहिए यद्यपि ये तकनीकें अभी भी सक्रिय विकास में हैं। 30 जून, 2010 तक, सोडियम मेटाबोरेट को सोडियम बोरोहाइड्राइड में प्रभावी ढंग से परिवर्तित करने का दावा करने वाले कई पेटेंटों की जांच की गई है, लेकिन किसी की भी पुष्टि नहीं की गई है - "बोरॉन हाइड्राइड रीसाइक्लिंग" की वर्तमान दक्षता 1% से काफी नीचे प्रतीत होती है, जो एक वाहन को रिचार्ज करने के लिए अनुपयुक्त है।[5]
लागत
ईंधन के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन की अनुमानित कीमतें 5 अमेरिकी डॉलर/किग्रा जितनी कम हैं, जो हाइड्रोकार्बन ईंधन की लागत के बराबर है।[6]
यह भी देखें
संदर्भ
- ↑ Amendola S.C., Onnerud P., Kelly M., Petillo P., Sharp-Goldman S. L and Binder M. (1999) ‘A novel high power density borohydride-air cell’, J. Power Sources, 84, pp. 130–133.
- ↑ Choudhury, N.A.; Raman, R.K.; Sampath, S.; Shukla, A.K. An alkaline direct borohydride fuel cell with hydrogen peroxide as oxidant. J. Power Sources 2005, 143, 1-8.
- ↑ 3.0 3.1 Wang, Zhongyang; Parrondo, Javier; He, Cheng; Sankarasubramanian, Shrihari; Ramani, Vijay (April 2019). "प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन कोशिकाओं में कुशल पीएच-ग्रेडिएंट-सक्षम सूक्ष्म द्विध्रुवी इंटरफेस". Nature Energy. 4 (4): 281–289. Bibcode:2019NatEn...4..281W. doi:10.1038/s41560-019-0330-5. ISSN 2058-7546. S2CID 139154235.
- ↑ Ma, Choudhury, Sahai - A comprehensive review of direct borohydride fuel cells
- ↑ Final Report: Electrochemical Hydrogen Storage Systems, MacDonald 2010
- ↑ Suzanne w. Linehan; Arthur a. Chin; Nathan t. Allen; Robert Butterick; Nathan t. Kendall; i. Leo Klawiter; Francis j. Lipiecki; Dean m. Millar; David c. Molzahn; Samuel j. November; Puja Jain; Sara Nadeau; Scott Mancroni (2010). "नवीन हाइड्रोजन भंडारण सामग्री के लिए कम लागत वाले अग्रदूत". doi:10.2172/1022594. OSTI 1022594.
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