क्षारीय पानी इलेक्ट्रोलिसिस

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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 इलेक्ट्रोलिसिस इलेक्ट्रोलाइज़र का प्रकार है जिसमें दो अल्कली इलेक्ट्रोलाइट 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 इलेक्ट्रोलाइट्स के साथ अत्याधुनिक निकेल आधारित जल इलेक्ट्रोलाइज़र अम्लीय बहुलक इलेक्ट्रोलाइट झिल्ली इलेक्ट्रोलिसिस 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 इलेक्ट्रोलाइट 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 इलेक्ट्रोलिसिस की समानता में लाभ

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट 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 इलेक्ट्रोलाइट और एनोडिक कैटलिस्ट के कम विघटन से उच्च टिकाऊता।
  3. अल्कलाइन इलेक्ट्रोलाइट 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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