प्रत्यक्ष-इथेनॉल ईंधन सेल

डायरेक्ट-इथेनॉल ईंधन सेल या डीईएफसी ईंधन सेल की एक श्रेणी है जिसमें इथेनॉल को सीधे सेल में डाला जाता है। उनका उपयोग प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के उपयोग सहित ईंधन सेल अवधारणाओं की एक श्रृंखला की जांच के लिए एक मॉडल के रूप में 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 मौजूद है। उपभोक्ताओं द्वारा व्यापक उपयोग के लिए इथेनॉल काम करने में आसान ईंधन भी बना हुआ 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। गन्ना, गेहूं, मक्का या यहां तक ​​कि भूसे जैसे नवीकरणीय संसाधनों से किण्वन (खाद्य) 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 डाईऑक्साइड 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 व्यावसायिक रूप से व्यवहार्य ईंधन कोशिकाओं के लिए आवश्यक वर्तमान घनत्व प्राप्त करने 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।

प्रतिक्रिया

DEFC में प्रतिक्रिया का फ़्लोचार्ट

प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल के समान डीईएफसी, कार्बन डाइऑक्साइड बनाने के लिए उत्प्रेरक परत पर इथेनॉल के रिडॉक्स पर निर्भर करता है। एनोड पर पानी की खपत होती है और कैथोड पर इसका उत्पादन होता है। प्रोटोन (एच⁺) को प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के माध्यम से कैथोड में ले जाया जाता है जहां वे पानी का उत्पादन करने के लिए ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया 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 प्रतिक्रियाएँ हैं:

	Equation
Anode	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ H_{2}O\to 12\ H^{+}+12\ e^{-}+2\ CO_{2}}$ oxidation
Cathode	$\mathrm {3\ O_{2}+12\ H^{+}+12\ e^{-}\to 6\ H_{2}O}$ reduction
Overall reaction	$\mathrm {C_{2}H_{5}OH+3\ O_{2}\to 3\ H_{2}O+2\ CO_{2}}$ redox reaction

मुद्दे

प्लैटिनम-आधारित उत्प्रेरक महंगे हैं, इसलिए प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल के लिए ईंधन के रूप में इथेनॉल के व्यावहारिक उपयोग के लिए एक नए उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है। नए नैनोस्ट्रक्चर्ड इलेक्ट्रोकैटलिस्ट (उदाहरण के लिए ACTA SpA द्वारा HYPERMEC) विकसित किए गए हैं, जो गैर-महान धातुओं पर आधारित हैं, अधिमानतः एनोड पर आयरन, कोबाल्ट, निकल और कैथोड पर अकेले Ni, Fe या Co का मिश्रण। इथेनॉल के साथ, बिजली घनत्व 140 मेगावाट/सेमी तक उच्च है²0.5 V पर 25 डिग्री सेल्सियस पर वाणिज्यिक आयन विनिमय झिल्ली युक्त स्व-श्वास कोशिकाओं के साथ प्राप्त किया गया है। इस उत्प्रेरक में कोई भी कीमती धातु नहीं है। व्यवहार में छोटे धातु के कणों को एक सब्सट्रेट पर इस तरह से तय किया जाता है कि वे एक बहुत सक्रिय उत्प्रेरक का उत्पादन करते हैं।

एक पॉलीमर इलेक्ट्रोलाइट के रूप में कार्य करता है। आवेश हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) द्वारा वहन किया जाता है। तरल इथेनॉल (सी₂H₅OH) पानी की उपस्थिति में एनोड पर ऑक्सीकृत होता है, जिससे CO उत्पन्न होती है₂, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉन। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से यात्रा करते हैं। वे कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन और पानी बनाने वाले बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया 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 स्लक्सस्पेच ने नोगारो सर्किट पर एक सफल परीक्षण ड्राइव पूरी की, जो डीईएफसी स्टैक द्वारा संचालित है और 20 से 45 वी (लोड के आधार पर) का आउटपुट वोल्टेज देती है। डायरेक्ट इथेनॉल फ्यूल सेल स्टैक मोबाइल फोन चार्जर के विभिन्न प्रोटोटाइप बनाए गए हैं इसमें 2V से 7V तक वोल्टेज और 800 mW से 2W तक पावर शामिल है निर्मित एवं परीक्षण किये गये।

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.