आपल्याला आवश्यक असलेली प्रत्येक गोष्ट तयार करा.एक साधा इंधन सेल बनवण्यासाठी, तुम्हाला 12 इंच प्लॅटिनम किंवा प्लॅटिनम-कोटेड वायर, एक पॉप्सिकल स्टिक, एक 9-व्होल्ट बॅटरी आणि बॅटरी होल्डर, स्पष्ट टेप, एक ग्लास पाणी, टेबल मीठ (पर्यायी), एक पातळ धातू लागेल. रॉड आणि व्होल्टमीटर.
- 9-व्होल्ट बॅटरी आणि बॅटरी धारक इलेक्ट्रॉनिक्स किंवा हार्डवेअर स्टोअरमधून खरेदी केले जाऊ शकतात.
प्लॅटिनम किंवा प्लॅटिनम-लेपित वायरपासून 15 सेंटीमीटर लांबीचे दोन तुकडे करा.प्लॅटिनम वायरचा वापर विशेष उद्देशांसाठी केला जातो आणि तो इलेक्ट्रॉनिक्स स्टोअरमध्ये खरेदी केला जाऊ शकतो. ते प्रतिक्रियेसाठी उत्प्रेरक म्हणून काम करेल.
स्प्रिंग्सचा आकार तयार करण्यासाठी पातळ धातूच्या रॉडभोवती वायरचे तुकडे गुंडाळा.हे इंधन सेलचे इलेक्ट्रोड असतील. वायरचा शेवट पकडा आणि कॉइल स्प्रिंग तयार करण्यासाठी रॉडभोवती घट्ट गुंडाळा. रॉडमधून पहिली वायर काढा आणि वायरचा दुसरा तुकडा वारा.
- वायरला वळण लावण्यासाठी तुम्ही रॉड म्हणून खिळे, वायर हॅन्गर किंवा टेस्टर प्रोब वापरू शकता.
बॅटरी धारक तारा अर्ध्या कापून टाका.वायर कटर घ्या, धारकाला जोडलेल्या दोन्ही तारा अर्ध्या कापून टाका आणि त्यातून इन्सुलेशन काढा. तुम्ही या बेअर वायर्स इलेक्ट्रोडला जोडाल.
- वायर कटरचा योग्य भाग वापरून, वायरच्या टोकापासून इन्सुलेशन काढा. तुम्ही बॅटरी धारकापासून कापलेल्या तारांच्या टोकापासून इन्सुलेशन काढा.
- प्रौढांच्या देखरेखीखाली वायर कट करा.
इन्सुलेशनने काढून टाकलेल्या तारांचे टोक इलेक्ट्रोडला जोडा.वायर्सला इलेक्ट्रोडशी जोडा जेणेकरून इंधन सेल किती व्होल्टेज तयार करत आहे हे निर्धारित करण्यासाठी तुम्ही उर्जा स्त्रोत (बॅटरी धारक) आणि व्होल्टमीटर कनेक्ट करू शकता.
- एका वायर स्पूलच्या वरच्या टोकाला लाल बॅटरी होल्डर वायर आणि कट लाल वायर फिरवा, त्यातील बहुतेक मोकळे सोडा.
- काळ्या बॅटरी धारक वायर आणि कापलेल्या काळ्या वायरने दुसऱ्या कॉइलचे वरचे टोक गुंडाळा.
इलेक्ट्रोडला पॉप्सिकल स्टिक किंवा लाकडी रॉडला जोडा.पॉप्सिकलची काठी पाण्याच्या ग्लासच्या मानेपेक्षा लांब असावी जेणेकरून ती त्याच्या वरती विसावू शकेल. इलेक्ट्रोडला चिकटवा जेणेकरून ते काठीवरून खाली लटकतील आणि पाण्यात पडतील.
- आपण स्पष्ट टेप किंवा इलेक्ट्रिकल टेप वापरू शकता. मुख्य गोष्ट अशी आहे की इलेक्ट्रोड सुरक्षितपणे स्टिकशी जोडलेले आहेत.
एका ग्लासमध्ये टॅप किंवा मीठ पाणी घाला.प्रतिक्रिया येण्यासाठी, पाण्यात इलेक्ट्रोलाइट्स असणे आवश्यक आहे. डिस्टिल्ड वॉटर यासाठी योग्य नाही, कारण त्यात इलेक्ट्रोलाइट्स म्हणून काम करणारी अशुद्धता नसते. रासायनिक प्रतिक्रिया सामान्यपणे पुढे जाण्यासाठी, आपण पाण्यात मीठ किंवा बेकिंग सोडा विरघळवू शकता.
- नियमित नळाच्या पाण्यात खनिज अशुद्धी देखील असतात, म्हणून जर तुमच्या हातात मीठ नसेल तर ते इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरले जाऊ शकते.
- प्रति ग्लास पाण्यात एक चमचे (20 ग्रॅम) दराने मीठ किंवा बेकिंग सोडा घाला. मीठ किंवा बेकिंग सोडा पूर्णपणे विसर्जित होईपर्यंत पाणी ढवळत राहा.
एका ग्लास पाण्याच्या मानेवर इलेक्ट्रोडसह एक काठी ठेवा.या प्रकरणात, वायर स्प्रिंग्सच्या रूपात इलेक्ट्रोड्स बॅटरी धारकाच्या तारांशी संपर्क वगळता, त्यांच्या बहुतेक लांबीसाठी पाण्याखाली बुडलेले असले पाहिजेत. फक्त प्लॅटिनमची तार पाण्याखाली असावी.
- आवश्यक असल्यास, इलेक्ट्रोड पाण्यात ठेवण्यासाठी टेपने स्टिक सुरक्षित करा.
इलेक्ट्रोडमधून येणार्‍या तारा व्होल्टमीटर किंवा एलईडी लाइट बल्बशी जोडा.व्होल्टमीटर वापरुन, आपण सक्रिय इंधन सेलद्वारे उत्पादित व्होल्टेज निर्धारित करू शकता. लाल वायर पॉझिटिव्ह टर्मिनलला आणि ब्लॅक वायरला व्होल्टमीटरच्या नकारात्मक टर्मिनलशी जोडा.
- या टप्प्यावर, व्होल्टमीटर लहान मूल्य दर्शवू शकतो, उदाहरणार्थ 0.01 व्होल्ट, जरी त्यावरील व्होल्टेज शून्य असावे.
- तुम्ही फ्लॅशलाइट किंवा LED सारख्या लहान लाइट बल्बला देखील जोडू शकता.
हायड्रोजन इंधन पेशी इंधनाच्या रासायनिक ऊर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात, ज्वलन आणि थर्मल ऊर्जेचे यांत्रिक उर्जेमध्ये रूपांतर करण्याच्या अप्रभावी प्रक्रियांना मागे टाकून, ज्यामध्ये मोठ्या प्रमाणात नुकसान होते. हायड्रोजन इंधन सेल आहे इलेक्ट्रोकेमिकलइंधनाच्या अत्यंत कार्यक्षम "थंड" ज्वलनाचा परिणाम म्हणून डिव्हाइस थेट वीज निर्माण करते. हायड्रोजन-एअर प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल (पीईएमएफसी) हे सर्वात आश्वासक इंधन सेल तंत्रज्ञानांपैकी एक आहे.
आठ वर्षांपूर्वी पश्चिम युरोपमध्ये सहा द्रव डिझेल पंप सापडले होते; ते संपण्यापूर्वी दोनशे असावेत. इलेक्ट्रिक प्रोपल्शनच्या प्रसाराला प्रोत्साहन देण्यासाठी सर्वत्र उबवलेल्या हजारो फास्ट चार्जिंग टर्मिनल्सपासून आम्ही खूप दूर आहोत. आणि तिथेच घासणे दुखते. आणि आम्ही ग्राफीनची घोषणा करणे चांगले.
बॅटरीजचा शेवटचा शब्द नव्हता
स्वायत्ततेपेक्षा त्यात बरेच काही आहे, म्हणूनच चार्जिंगच्या वेळा मर्यादित केल्याने ईव्हीचा अवलंब कमी होत आहे. तथापि, त्याने या महिन्यात आपल्या ग्राहकांना लिहिलेल्या नोटमध्ये आठवण करून दिली की बॅटरीला मर्यादा असते, ते या प्रकारच्या तपासण्यापुरतेच उच्च व्होल्टेजवर मर्यादित असते. थॉमस ब्रॅचमन यांना सांगितले जाईल की अद्याप हायड्रोजन वितरण नेटवर्क तयार करणे आवश्यक आहे. युक्तिवाद असा आहे की तो आपला हात स्वीप करतो, उच्च-व्होल्टेज कॉपर केबल्सच्या उच्च क्रॉस-सेक्शनमुळे, जलद चार्ज टर्मिनल्सचे गुणाकार देखील खूप महाग आहे. "उत्पादन ठिकाणांजवळ पुरलेल्या टाक्यांमधून ट्रकद्वारे द्रवरूप हायड्रोजनची वाहतूक करणे सोपे आणि स्वस्त आहे."
प्रोटॉन-संवाहक पॉलिमर झिल्ली दोन इलेक्ट्रोड, एनोड आणि कॅथोड वेगळे करते. प्रत्येक इलेक्ट्रोड एक उत्प्रेरक सह लेपित कार्बन प्लेट (मॅट्रिक्स) आहे. एनोड उत्प्रेरकावर, आण्विक हायड्रोजन विलग होतो आणि इलेक्ट्रॉन सोडतो. हायड्रोजन केशन्स झिल्लीद्वारे कॅथोडपर्यंत चालवले जातात, परंतु इलेक्ट्रॉन बाह्य सर्किटमध्ये दिले जातात, कारण पडदा इलेक्ट्रॉन्समधून जाऊ देत नाही.
हायड्रोजन अद्याप विजेचा शुद्ध सदिश नाही
बॅटरीच्याच किंमतीबद्दल, जी एक अतिशय संवेदनशील माहिती आहे, थॉमस ब्रॅचमन यांना यात शंका नाही की कार्यक्षमता वाढते म्हणून ती लक्षणीयरीत्या कमी केली जाऊ शकते. "प्लॅटिनम हा घटक आहे ज्याची किंमत जास्त आहे." दुर्दैवाने, जवळजवळ सर्व हायड्रोजन जीवाश्म ऊर्जा स्त्रोतांकडून येते. शिवाय, डायहाइड्रोजन हा केवळ ऊर्जेचा एक सदिश आहे, आणि तो स्त्रोत नाही ज्यातून नगण्य भाग त्याच्या उत्पादनादरम्यान, त्याचे द्रवीकरण आणि नंतर त्याचे विजेमध्ये रूपांतर करताना वापरला जातो.
कॅथोड उत्प्रेरकावर, ऑक्सिजन रेणू इलेक्ट्रॉन (जे इलेक्ट्रिकल सर्किटमधून पुरवले जाते) आणि येणारे प्रोटॉन यांच्याशी संयोगित होते आणि पाणी तयार करते, जे प्रतिक्रियेचे एकमेव उत्पादन आहे (वाष्प आणि/किंवा द्रव स्वरूपात).
हायड्रोजन इंधन पेशी मेम्ब्रेन-इलेक्ट्रोड युनिट्स बनवण्यासाठी वापरल्या जातात, जे ऊर्जा प्रणालीचे मुख्य निर्मिती घटक आहेत.
भविष्याची गाडी खऱ्यासारखी वागते
ड्रायव्हर्समध्ये उष्णतेमुळे नुकसान होत असूनही, बॅटरी शिल्लक अंदाजे तीन पट जास्त आहे. अरेरे, सार्वजनिक प्रात्यक्षिकांचा एक भाग वगळता चमत्कारी कार आमच्या रस्त्यांवर धडकणार नाही. ब्रॅचमन, जे आम्हाला आठवण करून देतात की इलेक्ट्रिक कारची नैसर्गिक शांतता गोंगाटमय जगात जगण्याची छाप वाढवते. सर्व अडचणी असूनही, स्टीयरिंग आणि ब्रेक पेडल नैसर्गिक सुसंगतता प्रदान करतात.
सूक्ष्म बॅटरी परंतु सुधारित कार्यप्रदर्शन
गॅझेट दृश्यमान आहे, वळण सिग्नल सक्रिय होताच मध्यवर्ती स्क्रीन उजव्या आरशात ठेवलेल्या कॅमेराच्या प्रतिमा पसरवते. आमच्या बर्याच अमेरिकन ग्राहकांना यापुढे आवश्यकता नाही, आणि यामुळे आम्हाला किंमती कमी ठेवता येतात - मुख्य अभियंता, जे पेक्षा कमी दर देतात. इंधन सेल स्टॅकबद्दल बोलणे खरोखरच योग्य आहे कारण तेथे 358 आहेत जे एकत्र काम करतात. मुख्य जलाशय, 117 लिटर क्षमतेचा, बेंचच्या मागील भिंतीवर दाबला जातो, त्यास दुमडण्यापासून प्रतिबंधित करतो आणि दुसरा - 24 लिटर, सीटच्या खाली लपलेला असतो.
पारंपारिक द्रावणांच्या तुलनेत हायड्रोजन इंधन पेशींचे फायदे:
- विशिष्ट ऊर्जा तीव्रता वाढली (500 ÷ 1000 Wh/kg),
- विस्तारित ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी (-40 0 C / +40 0 C),
- उष्णतेची जागा, आवाज आणि कंपन नसणे,
- कोल्ड स्टार्टमध्ये विश्वासार्हता,
- व्यावहारिकपणे अमर्यादित ऊर्जा साठवण कालावधी (स्व-डिस्चार्ज नाही),
प्रथम दोन-स्ट्रोक इंधन सेल
कॉम्पॅक्ट आकार असूनही, हा नवीन इंधन सेल डायहाइड्रोजनला त्याच्या पूर्ववर्तीपेक्षा जलद आणि चांगले विद्युत प्रवाहात रूपांतरित करतो. हे ढीग घटकांना पूर्वी त्यांच्या टिकाऊपणाशी विसंगत मानल्या गेलेल्या दराने ऑक्सिजन वितरीत करते. पूर्वी प्रवाह दर मर्यादित करणारे जास्तीचे पाणी बाहेर काढले जाते. परिणामी, प्रति घटक शक्ती अर्ध्याने वाढते आणि कार्यक्षमता 60% पर्यंत पोहोचते.
हे 1.7 kWh लिथियम-आयन बॅटरीच्या उपस्थितीमुळे आहे - समोरच्या सीट्सच्या खाली स्थित आहे, ज्यामुळे मजबूत प्रवेग अंतर्गत अतिरिक्त विद्युत प्रवाह वितरित केला जाऊ शकतो. किंवा अंदाज स्वायत्तता 460 किमी आहे, आदर्शपणे निर्मात्याच्या दाव्याशी सुसंगत.
- इंधन काडतुसेची संख्या बदलून सिस्टमची उर्जा तीव्रता बदलण्याची क्षमता, जी जवळजवळ अमर्यादित स्वायत्तता प्रदान करते,
हायड्रोजन साठवण क्षमता बदलून प्रणालीची जवळजवळ कोणतीही वाजवी ऊर्जा तीव्रता प्रदान करण्याची क्षमता,
- उच्च ऊर्जा तीव्रता,
- हायड्रोजनमधील अशुद्धता सहिष्णुता,
परंतु एक हजार भाग हवेचा प्रवाह सुलभ करतात आणि थंड होण्यास अनुकूल करतात. त्याच्या पूर्ववर्तीपेक्षाही अधिक, ही इलेक्ट्रिक कार दाखवते की इंधन सेल समोर आणि मध्यभागी आहे. उद्योग आणि आमच्या नेत्यांसाठी एक मोठे आव्हान. दरम्यान, कोणता इंधन सेल किंवा बॅटरी प्रचलित होईल हे कोणाला कळेल हे खूप स्मार्ट आहे.
फ्युएल सेल हे इलेक्ट्रोकेमिकल एनर्जी कन्व्हर्जन यंत्र आहे जे रासायनिक अभिक्रियामध्ये इंधन आणि ऑक्सिडायझर एकत्र करून थेट करंटच्या स्वरूपात वीज निर्माण करू शकते, जे एक कचरा उत्पादन, विशेषत: इंधन ऑक्साईड तयार करू शकते.
- दीर्घ सेवा जीवन,
- पर्यावरण मित्रत्व आणि शांत ऑपरेशन.
UAV साठी हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित वीज पुरवठा प्रणाली:
इंधन पेशींची स्थापना चालू मानवरहित वाहनेपारंपारिक बॅटरीऐवजी, ते फ्लाइट कालावधी, वजन गुणाकार करते पेलोड, आपल्याला विमानाची विश्वासार्हता वाढविण्यास, UAV चे प्रक्षेपण आणि ऑपरेशनची तापमान श्रेणी विस्तृत करण्यास, मर्यादा -40 0C पर्यंत कमी करण्यास अनुमती देते. अंतर्गत ज्वलन इंजिनांच्या तुलनेत, इंधन सेल-आधारित प्रणाली शांत, कंपन-मुक्त आहेत, कमी तापमानात कार्य करतात, उड्डाण दरम्यान शोधणे कठीण आहे, हानिकारक उत्सर्जन निर्माण करत नाही आणि व्हिडिओ पाळत ठेवण्यापासून पेलोड वितरणापर्यंत कार्ये सक्षमपणे करू शकतात.
प्रत्येक इंधन सेलमध्ये दोन इलेक्ट्रोड असतात, एक सकारात्मक आणि दुसरा नकारात्मक, आणि इलेक्ट्रोडच्या उपस्थितीत इलेक्ट्रोडवर वीज निर्माण करणारी प्रतिक्रिया घडते, जे इलेक्ट्रोडपासून इलेक्ट्रोडपर्यंत चार्ज केलेले कण वाहून नेतात, तर इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोडच्या दरम्यान असलेल्या बाह्य तारांमध्ये फिरतात. वीज निर्माण करण्यासाठी.
जोपर्यंत इंधन आणि ऑक्सिडायझरचा आवश्यक प्रवाह राखला जातो तोपर्यंत इंधन सेल सतत वीज निर्माण करू शकते. काही इंधन पेशी फक्त काही वॅट्स तयार करतात, तर काही शेकडो किलोवॅट्स तयार करू शकतात, तर लहान बॅटरी लॅपटॉप आणि सेल फोनमध्ये मिळण्याची शक्यता असते, परंतु इंधन सेल घरे आणि व्यवसायांसाठी वीज निर्माण करण्यासाठी वापरले जाणारे छोटे जनरेटर बनण्यासाठी खूप महाग असतात.
UAV साठी वीज पुरवठा प्रणालीची रचना:
इंधन पेशींचे आर्थिक परिमाण
इंधन स्त्रोत म्हणून हायड्रोजनचा वापर करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण खर्च करावा लागतो. या कारणास्तव, हायड्रोजन हा आता एक आर्थिक स्रोत आहे, विशेषत: इतर कमी खर्चिक स्रोत वापरता येतात. हायड्रोजन उत्पादन खर्च बदलू शकतात कारण ते ज्या स्त्रोतांमधून काढले जातात त्याची किंमत प्रतिबिंबित करतात.
बॅटरी इंधन स्रोत
इंधन पेशी सामान्यत: खालील श्रेणींमध्ये वर्गीकृत केल्या जातात: हायड्रोजन इंधन पेशी, सेंद्रिय इंधन पेशी, धातूचे इंधन पेशी आणि रेडॉक्स बॅटरी. जेव्हा हायड्रोजनचा वापर इंधन स्त्रोत म्हणून केला जातो, तेव्हा रिव्हर्स हायड्रोलिसिस प्रक्रियेदरम्यान रासायनिक उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर केले जाते आणि कचरा म्हणून फक्त पाणी आणि उष्णता निर्माण होते. हायड्रोजन इंधन सेल खूप कमी आहे, परंतु हायड्रोजन उत्पादनात कमी किंवा जास्त असू शकते, विशेषत: जीवाश्म इंधनापासून तयार केले असल्यास.
- - इंधन सेल बॅटरी,
- - अल्पकालीन पीक भार कव्हर करण्यासाठी Li-Po बफर बॅटरी,
- - इलेक्ट्रॉनिक नियंत्रण यंत्रणा ,
- - संकुचित हायड्रोजन किंवा हायड्रोजनचा घन स्रोत असलेले सिलेंडर असलेली इंधन प्रणाली.
बोर्डवर कॉम्प्रेस्ड हायड्रोजनचा जास्तीत जास्त पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी इंधन प्रणाली उच्च-शक्तीचे हलके सिलेंडर आणि रिड्यूसर वापरते. आवश्यक हायड्रोजन वापर प्रदान करणार्‍या रिड्यूसरसह वेगवेगळ्या आकाराचे सिलेंडर (0.5 ते 25 लिटर पर्यंत) वापरण्याची परवानगी आहे.
हायड्रोजन बॅटरी दोन श्रेणींमध्ये विभागल्या जातात: कमी तापमानाच्या बॅटरी आणि उच्च तापमानाच्या बॅटरी, जेथे उच्च तापमानाच्या बॅटरी थेट जीवाश्म इंधन देखील वापरू शकतात. नंतरचे हायड्रोकार्बन्स जसे की तेल किंवा पेट्रोल, अल्कोहोल किंवा बायोमास असतात.
बॅटरीमधील इतर इंधन स्रोतांमध्ये अल्कोहोल, झिंक, अॅल्युमिनियम, मॅग्नेशियम, आयनिक द्रावण आणि अनेक हायड्रोकार्बन्स यांचा समावेश होतो, परंतु ते इतकेच मर्यादित नाहीत. इतर ऑक्सिडायझिंग एजंट्समध्ये हवा, क्लोरीन आणि क्लोरीन डायऑक्साइड यांचा समावेश होतो, परंतु ते इतकेच मर्यादित नाहीत. सध्या, इंधन पेशींचे अनेक प्रकार आहेत.
UAV साठी वीज पुरवठा प्रणालीची वैशिष्ट्ये:
हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित पोर्टेबल चार्जर:
हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित पोर्टेबल चार्जर हे कॉम्पॅक्ट उपकरण आहेत, जे जगात सक्रियपणे वापरल्या जाणार्‍या विद्यमान बॅटरी चार्जरशी वजन आणि परिमाणांमध्ये तुलना करता येतात.
आधुनिक जगात सर्वव्यापी पोर्टेबल तंत्रज्ञान नियमितपणे रिचार्ज करणे आवश्यक आहे. पारंपारिक पोर्टेबल सिस्टम कमी तापमानात व्यावहारिकदृष्ट्या निरुपयोगी असतात आणि त्यांचे कार्य पूर्ण केल्यानंतर त्यांना (इलेक्ट्रिकल नेटवर्क) वापरून रिचार्ज करणे देखील आवश्यक असते, ज्यामुळे त्यांची कार्यक्षमता आणि डिव्हाइसची स्वायत्तता देखील कमी होते.
प्रत्येक डायहाइड्रोजन रेणू 2 इलेक्ट्रॉन घेतो. एच आयन एनोडपासून कॅथोडकडे जातो आणि इलेक्ट्रॉनचे हस्तांतरण करून विद्युत प्रवाह निर्माण करतो. विमानांसाठी इंधन पेशी कशा दिसतात? आज, लिथियम-आयन हायब्रीड इंधन सेल बॅटरी वापरून त्यांना उडवण्याचा प्रयत्न करण्यासाठी विमानांवर चाचण्या केल्या जात आहेत. इंधन सेलचा खरा फायदा त्याच्या कमी-वजनाच्या अखंडतेमध्ये आहे: ते हलके आहे, जे विमानाचे वजन कमी करण्यास मदत करते आणि त्यामुळे इंधनाचा वापर.
परंतु सध्या, इंधन सेल विमान उड्डाण करणे शक्य नाही कारण त्यात अजूनही अनेक कमतरता आहेत. इंधन सेलची प्रतिमा. इंधन सेलचे तोटे काय आहेत? सर्व प्रथम, जर हायड्रोजन सामान्य असेल तर ते मोठ्या प्रमाणात वापरणे समस्याप्रधान असेल. खरंच, ते केवळ पृथ्वीवरच उपलब्ध नाही. हे ऑक्सिजनयुक्त पाणी आणि अमोनियामध्ये आढळते. म्हणून, पाणी मिळविण्यासाठी इलेक्ट्रोलायझ करणे आवश्यक आहे आणि ही अद्याप एक व्यापक पद्धत नाही.
हायड्रोजन इंधन सेल सिस्टमला फक्त कॉम्पॅक्ट इंधन काडतूस बदलण्याची आवश्यकता असते, त्यानंतर डिव्हाइस त्वरित वापरासाठी तयार होते.
पोर्टेबल चार्जरची वैशिष्ट्ये:
हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित अखंड वीज पुरवठा:
हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित गॅरंटीड पॉवर सप्लाय सिस्टीम बॅकअप पॉवर सप्लाय आणि तात्पुरता वीज पुरवठा व्यवस्थापित करण्यासाठी डिझाइन केल्या आहेत. हायड्रोजन इंधन पेशींवर आधारित गॅरंटीड पॉवर सप्लाय सिस्टीम बॅटरी आणि डिझेल जनरेटर वापरून तात्पुरता आणि बॅकअप वीज पुरवठा आयोजित करण्यासाठी पारंपारिक उपायांपेक्षा महत्त्वपूर्ण फायदे देतात.
हायड्रोजन हा एक वायू आहे, ज्यामुळे ते समाविष्ट करणे आणि वाहतूक करणे कठीण होते. हायड्रोजनच्या वापराशी संबंधित आणखी एक धोका म्हणजे स्फोट होण्याचा धोका, कारण तो एक ज्वलनशील वायू आहे. मोठ्या प्रमाणावर बॅटरीच्या उत्पादनासाठी जे पुरवते त्याला ऊर्जेचा दुसरा स्रोत लागतो, मग ते तेल, वायू किंवा कोळसा असो किंवा अणुऊर्जा असो, ज्यामुळे त्याचे पर्यावरण संतुलन रॉकेलपेक्षा लक्षणीयरीत्या बिघडते आणि ढीग, प्लॅटिनम या धातूचा ढीग बनतो जो अगदी दुर्मिळ आहे. आणि सोन्यापेक्षा महाग.
इंधन सेल एनोडवर इंधनाचे ऑक्सिडायझेशन करून आणि कॅथोडवर ऑक्सिडायझर कमी करून ऊर्जा प्रदान करते. इंधन सेल तत्त्वाचा शोध आणि प्रयोगशाळेत इलेक्ट्रोलाइट म्हणून सल्फ्यूरिक ऍसिड वापरून प्रथम अंमलबजावणीचे श्रेय रसायनशास्त्रज्ञ विल्यम ग्रोव्ह यांना जाते.
अखंड वीज पुरवठा प्रणालीची वैशिष्ट्ये:
इंधन सेलहे गॅल्व्हॅनिक सेलसारखे इलेक्ट्रोकेमिकल उपकरण आहे, परंतु त्यापेक्षा वेगळे आहे की इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियासाठीचे पदार्थ बाहेरून पुरवले जातात - गॅल्व्हॅनिक सेल किंवा बॅटरीमध्ये साठवलेल्या मर्यादित उर्जेच्या उलट.
खरंच, इंधन पेशींचे काही फायदे आहेत: जे डायहाइड्रोजन आणि डायऑक्साइड वापरतात ते फक्त पाण्याची वाफ उत्सर्जित करतात: म्हणून हे एक स्वच्छ तंत्रज्ञान आहे. इलेक्ट्रोलाइटचे स्वरूप, इंधनाचे स्वरूप, प्रत्यक्ष किंवा अप्रत्यक्ष ऑक्सिडेशन आणि ऑपरेटिंग तापमान यावर अवलंबून, इंधन पेशींचे अनेक प्रकार आहेत.
खालील सारणी या विविध उपकरणांची मुख्य वैशिष्ट्ये सारांशित करते. अनेक युरोपीय कार्यक्रम इतर पॉलिमरकडे पाहत आहेत, जसे की पॉलिबेन्झिमिडाझोल डेरिव्हेटिव्ह्ज, जे अधिक स्थिर आणि स्वस्त आहेत. 15-50 मायक्रॉन, सच्छिद्र कार्बन एनोड्स आणि स्टेनलेस स्टील द्विध्रुवीय प्लेट्सच्या झिल्लीसह बॅटरी कॉम्पॅक्टनेस हे देखील एक सतत आव्हान आहे. आयुर्मान देखील सुधारले जाऊ शकते कारण, एकीकडे, हायड्रोजनमधील काही पीपीएमच्या क्रमाने कार्बन मोनोऑक्साइडचे ट्रेस उत्प्रेरकासाठी वास्तविक विष आहेत आणि दुसरीकडे, पॉलिमरमधील पाण्याचे नियंत्रण अनिवार्य आहे.
तांदूळ. १. काही इंधन पेशी
इंधन पेशी मोठ्या नुकसानासह होणार्‍या अप्रभावी दहन प्रक्रियांना मागे टाकून इंधनाच्या रासायनिक उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. ते रासायनिक अभिक्रियाद्वारे हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचे विजेमध्ये रूपांतर करतात. या प्रक्रियेच्या परिणामी, पाणी तयार होते आणि मोठ्या प्रमाणात उष्णता सोडली जाते. इंधन सेल हे बॅटरीसारखेच असते ज्याला चार्ज करता येते आणि नंतर संग्रहित विद्युत ऊर्जा वापरता येते. इंधन सेलचा शोधकर्ता विल्यम आर. ग्रोव्ह मानला जातो, ज्याने 1839 मध्ये त्याचा शोध लावला होता. या इंधन सेलने इलेक्ट्रोलाइट म्हणून सल्फ्यूरिक ऍसिड द्रावण आणि इंधन म्हणून हायड्रोजन वापरले, जे ऑक्सिडायझिंग एजंटमध्ये ऑक्सिजनसह एकत्र केले गेले. अलीकडेपर्यंत, इंधन पेशी केवळ प्रयोगशाळांमध्ये आणि अंतराळ यानामध्ये वापरल्या जात होत्या.
इतर उर्जा जनरेटरच्या विपरीत, जसे की अंतर्गत ज्वलन इंजिन किंवा गॅस, कोळसा, इंधन तेल इत्यादीद्वारे समर्थित टर्बाइन, इंधन पेशी इंधन जळत नाहीत. याचा अर्थ गोंगाट करणारा उच्च-दाब रोटर्स नाही, मोठा एक्झॉस्ट आवाज नाही, कंपन नाही. इंधन पेशी मूक इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे वीज तयार करतात. इंधन पेशींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ते इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थेट वीज, उष्णता आणि पाण्यात रूपांतरित करतात.
इंधन पेशी अत्यंत कार्यक्षम असतात आणि कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साईड यांसारख्या मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू तयार करत नाहीत. इंधन पेशींमधून केवळ वाफेच्या रूपात पाणी आणि कार्बन डायऑक्साइडचा एक छोटासा उत्सर्जन होतो, जर शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरला गेला तर ते सोडले जात नाही. इंधन पेशी असेंब्लीमध्ये आणि नंतर वैयक्तिक कार्यात्मक मॉड्यूलमध्ये एकत्र केल्या जातात.
इंधन पेशींमध्ये कोणतेही हलणारे भाग नसतात (किमान सेलमध्येच नसतात) आणि म्हणून ते कार्नोटच्या नियमांचे पालन करत नाहीत. म्हणजेच, त्यांची कार्यक्षमता 50% पेक्षा जास्त असेल आणि ते विशेषतः कमी भारांवर प्रभावी असतील. अशा प्रकारे, इंधन सेल वाहने वास्तविक-जगातील ड्रायव्हिंग परिस्थितीत पारंपारिक वाहनांपेक्षा अधिक इंधन कार्यक्षम बनू शकतात (आणि ते आधीच सिद्ध झाले आहेत).
इंधन सेल विद्युत प्रवाह निर्माण करतो डीसी व्होल्टेज, ज्याचा वापर वाहनातील इलेक्ट्रिक मोटर, प्रकाश आणि इतर विद्युत प्रणाली चालविण्यासाठी केला जाऊ शकतो.
वापरल्या जाणार्‍या रासायनिक प्रक्रियेत भिन्न असलेल्या इंधन पेशींचे अनेक प्रकार आहेत. इंधन पेशी सामान्यतः ते वापरत असलेल्या इलेक्ट्रोलाइटच्या प्रकारानुसार वर्गीकृत केले जातात.
काही प्रकारचे इंधन सेल पॉवर प्लांट प्रोपल्शनसाठी आश्वासक आहेत, तर काही पोर्टेबल उपकरणांसाठी किंवा कार चालविण्याकरिता आश्वासन देतात.
1. अल्कधर्मी इंधन पेशी (ALFC)
अल्कधर्मी इंधन सेल- हे विकसित झालेल्या पहिल्या घटकांपैकी एक आहे. क्षारीय इंधन पेशी (AFC) हे सर्वात जास्त अभ्यासलेले तंत्रज्ञान आहे, जे विसाव्या शतकाच्या मध्यापासून NASA द्वारे अपोलो आणि स्पेस शटल प्रोग्राममध्ये वापरले जाते. या अंतराळयानावर, इंधन पेशी विद्युत ऊर्जा आणि पिण्यायोग्य पाणी तयार करतात.
क्षारीय इंधन पेशी वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या सर्वात कार्यक्षम पेशींपैकी एक आहेत, ज्यामध्ये वीज निर्मिती कार्यक्षमता 70% पर्यंत पोहोचते.
अल्कधर्मी इंधन पेशी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे जलीय द्रावण, सच्छिद्र, स्थिर मॅट्रिक्समध्ये असते. पोटॅशियम हायड्रॉक्साइड एकाग्रता इंधन सेलच्या ऑपरेटिंग तापमानावर अवलंबून बदलू शकते, जे 65°C ते 220°C पर्यंत असते. SHTE मधील चार्ज वाहक हा हायड्रॉक्सिल आयन (OH-) आहे, जो कॅथोडपासून अॅनोडकडे जातो, जिथे तो हायड्रोजनसह प्रतिक्रिया देतो, पाणी आणि इलेक्ट्रॉन तयार करतो. एनोडवर तयार झालेले पाणी कॅथोडकडे परत जाते, पुन्हा तेथे हायड्रॉक्सिल आयन तयार करतात. इंधन सेलमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांच्या या मालिकेचा परिणाम म्हणून, वीज आणि उप-उत्पादन म्हणून, उष्णता निर्माण होते:
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH
प्रणालीची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O
SHTE चा फायदा असा आहे की या इंधन पेशी तयार करण्यासाठी सर्वात स्वस्त आहेत, कारण इलेक्ट्रोडवर आवश्यक असलेले उत्प्रेरक इतर इंधन पेशींसाठी उत्प्रेरक म्हणून वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांपेक्षा स्वस्त असू शकतात. याव्यतिरिक्त, SHTEs तुलनेने कमी तापमानात कार्य करतात आणि सर्वात कार्यक्षम आहेत.
SHTE च्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे त्याची CO2 ची उच्च संवेदनशीलता, जी इंधन किंवा हवेमध्ये असू शकते. CO2 इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया देते, त्वरीत विष बनवते आणि इंधन सेलची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते. म्हणून, SHTE चा वापर बंदिस्त जागांसाठी मर्यादित आहे, जसे की जागा आणि पाण्याखालील वाहने; ते शुद्ध हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनवर चालतात.
2. वितळलेल्या कार्बोनेट इंधन पेशी (MCFC)
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशीउच्च तापमान इंधन पेशी आहेत. उच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन प्रोसेसरशिवाय नैसर्गिक वायूचा थेट वापर करण्यास आणि औद्योगिक प्रक्रिया आणि इतर स्त्रोतांकडून कमी उष्मांक मूल्याच्या इंधन वायूचा वापर करण्यास अनुमती देते. ही प्रक्रिया विसाव्या शतकाच्या 60 च्या दशकाच्या मध्यात विकसित झाली. तेव्हापासून, उत्पादन तंत्रज्ञान, कार्यक्षमता आणि विश्वसनीयता सुधारली गेली आहे.
RCFC चे ऑपरेशन इतर इंधन पेशींपेक्षा वेगळे आहे. या पेशी वितळलेल्या कार्बोनेट क्षारांच्या मिश्रणापासून बनवलेले इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. सध्या, दोन प्रकारचे मिश्रण वापरले जातात: लिथियम कार्बोनेट आणि पोटॅशियम कार्बोनेट किंवा लिथियम कार्बोनेट आणि सोडियम कार्बोनेट. कार्बोनेट क्षार वितळण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रमाणात आयन गतिशीलता प्राप्त करण्यासाठी, वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी उच्च तापमानात (650°C) कार्य करतात. कार्यक्षमता 60-80% दरम्यान बदलते.
650°C तापमानाला गरम केल्यावर, क्षार कार्बोनेट आयन (CO32-) साठी वाहक बनतात. हे आयन कॅथोडपासून अॅनोडमध्ये जातात, जेथे ते हायड्रोजनसह पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. हे इलेक्ट्रॉन्स बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे कॅथोडला परत पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह आणि उप-उत्पादन म्हणून उष्णता निर्माण होते.
एनोडवर प्रतिक्रिया: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: H2(g) + 1/2O2(g) + CO2(कॅथोड) => H2O(g) + CO2(एनोड)
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या उच्च ऑपरेटिंग तापमानाचे काही फायदे आहेत. फायदा म्हणजे मानक सामग्री (स्टेनलेस स्टील शीट आणि इलेक्ट्रोडवर निकेल उत्प्रेरक) वापरण्याची क्षमता. कचऱ्याची उष्णता उच्च दाबाची वाफ तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते. इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रतिक्रिया तापमान देखील त्यांचे फायदे आहेत. उच्च तापमानाच्या वापरासाठी इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थिती प्राप्त करण्यासाठी बराच वेळ लागतो आणि ऊर्जा वापरातील बदलांना सिस्टम अधिक हळू प्रतिसाद देते. ही वैशिष्ट्ये स्थिर उर्जा परिस्थितीत वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स वापरण्याची परवानगी देतात. उच्च तापमान कार्बन मोनॉक्साईड, "विषबाधा" इत्यादीद्वारे इंधन सेलचे नुकसान टाळते.
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी मोठ्या स्थिर प्रतिष्ठापनांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य आहेत. 2.8 मेगावॅटची विद्युत आउटपुट पॉवर असलेल्या औष्णिक ऊर्जा प्रकल्पांचे व्यावसायिक उत्पादन केले जाते. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवरसह इंस्टॉलेशन विकसित केले जात आहेत.
3. फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी (PAFC)
फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशीव्यावसायिक वापरासाठी प्रथम इंधन सेल बनले. ही प्रक्रिया विसाव्या शतकाच्या 60 च्या दशकाच्या मध्यात विकसित केली गेली होती, विसाव्या शतकाच्या 70 च्या दशकापासून चाचण्या केल्या जात आहेत. परिणामी स्थिरता आणि कार्यक्षमता वाढली आणि किंमत कमी झाली.
फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिड इंधन पेशी ऑर्थोफॉस्फोरिक ऍसिड (H3PO4) वर 100% पर्यंत एकाग्रतेवर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. फॉस्फोरिक ऍसिडची आयनिक चालकता कमी तापमानात कमी असते, म्हणून या इंधन पेशींचा वापर 150-220 °C पर्यंत तापमानात केला जातो.
या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक हायड्रोजन (H+, प्रोटॉन) आहे. अशीच प्रक्रिया प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल्स (पीईएमएफसी) मध्ये घडते, ज्यामध्ये एनोडला पुरवठा केलेला हायड्रोजन प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभागला जातो. प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून प्रवास करतात आणि कॅथोडमधील हवेतील ऑक्सिजनसह पाणी तयार करतात. इलेक्ट्रॉन बाहेरील इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. खाली विद्युत प्रवाह आणि उष्णता निर्माण करणाऱ्या प्रतिक्रिया आहेत.
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H2 => 4H+ + 4e
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O
विद्युत ऊर्जा निर्माण करताना फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींची कार्यक्षमता 40% पेक्षा जास्त असते. उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनासह, एकूण कार्यक्षमता सुमारे 85% आहे. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान दिल्यास, कचरा उष्णता पाणी गरम करण्यासाठी आणि वातावरणातील दाब वाफ तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.
थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल उर्जेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी वापरून थर्मल पॉवर प्लांटची उच्च कार्यक्षमता हा या प्रकारच्या इंधन पेशींचा एक फायदा आहे. युनिट्स सुमारे 1.5% च्या एकाग्रतेसह कार्बन मोनोऑक्साइड वापरतात, ज्यामुळे इंधनाच्या निवडीचा लक्षणीय विस्तार होतो. साधी रचना, कमी प्रमाणात इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता आणि वाढलेली स्थिरता हे देखील अशा इंधन पेशींचे फायदे आहेत.
400 kW पर्यंत विद्युत उत्पादन शक्ती असलेले थर्मल पॉवर प्लांट व्यावसायिकरित्या उत्पादित केले जातात. 11 मेगावॅट क्षमतेच्या स्थापनेने योग्य चाचण्या उत्तीर्ण केल्या आहेत. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवरसह इंस्टॉलेशन विकसित केले जात आहेत.
4. प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इंधन पेशी (PEMFC)
प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली इंधन पेशीवाहनांसाठी उर्जा निर्माण करण्यासाठी सर्वोत्तम प्रकारचे इंधन सेल मानले जातात, जे पेट्रोल आणि डिझेल अंतर्गत ज्वलन इंजिन बदलू शकतात. या इंधन पेशींचा वापर पहिल्यांदा नासाने जेमिनी कार्यक्रमासाठी केला होता. 1 W ते 2 kW पर्यंतच्या शक्तीसह MOPFC वर आधारित इंस्टॉलेशन्स विकसित आणि प्रात्यक्षिक केले गेले आहेत.
या इंधन पेशींमधील इलेक्ट्रोलाइट एक घन पॉलिमर झिल्ली (प्लास्टिकची पातळ फिल्म) आहे. जेव्हा पाण्याने संपृक्त होते तेव्हा हे पॉलिमर प्रोटॉन्समधून जाण्याची परवानगी देते परंतु इलेक्ट्रॉन चालवत नाही.
इंधन हायड्रोजन आहे आणि चार्ज वाहक हा हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) आहे. एनोडवर, हायड्रोजन रेणू हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभागला जातो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून कॅथोडमध्ये जातात आणि इलेक्ट्रॉन बाह्य वर्तुळाभोवती फिरतात आणि विद्युत ऊर्जा निर्माण करतात. ऑक्सिजन, जो हवेतून घेतला जातो, कॅथोडला पुरवला जातो आणि इलेक्ट्रॉन आणि हायड्रोजन आयन एकत्र करून पाणी बनते. इलेक्ट्रोडवर खालील प्रतिक्रिया घडतात: एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH एकूण सेल प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O इतर प्रकारच्या तुलनेत इंधन पेशी, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली असलेल्या इंधन पेशी इंधन सेलच्या दिलेल्या खंड किंवा वजनासाठी अधिक ऊर्जा निर्माण करतात. हे वैशिष्ट्य त्यांना कॉम्पॅक्ट आणि हलके होण्यास अनुमती देते. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान 100°C पेक्षा कमी आहे, जे तुम्हाला त्वरीत ऑपरेशन सुरू करण्यास अनुमती देते. ही वैशिष्ट्ये, तसेच ऊर्जा आउटपुट त्वरीत बदलण्याची क्षमता, ही काही आहेत जी या इंधन पेशींना वाहनांमध्ये वापरण्यासाठी प्रमुख उमेदवार बनवतात.
आणखी एक फायदा असा आहे की इलेक्ट्रोलाइट द्रव ऐवजी घन आहे. घन इलेक्ट्रोलाइट वापरून कॅथोड आणि एनोड येथे वायू टिकवून ठेवणे सोपे आहे, म्हणून अशा इंधन पेशी तयार करणे स्वस्त आहे. घन इलेक्ट्रोलाइटसह, कोणतीही अभिमुखता समस्या नाहीत आणि कमी गंज समस्या, सेल आणि त्याच्या घटकांचे दीर्घायुष्य वाढवते.
5. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC)
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशीसर्वोच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन पेशी आहेत. ऑपरेटिंग तापमान 600°C ते 1000°C पर्यंत बदलू शकते, ज्यामुळे विशेष पूर्व-उपचारांशिवाय विविध प्रकारचे इंधन वापरता येते. अशा उच्च तापमानांना हाताळण्यासाठी, वापरलेले इलेक्ट्रोलाइट हे सिरेमिक बेसवर पातळ घन धातूचे ऑक्साईड असते, बहुतेक वेळा य्ट्रियम आणि झिरकोनियमचे मिश्र धातु असते, जे ऑक्सिजन आयन (O2-) चे वाहक असते. घन ऑक्साईड इंधन पेशी वापरण्याचे तंत्रज्ञान विसाव्या शतकाच्या 50 च्या दशकाच्या उत्तरार्धापासून विकसित होत आहे आणि त्यात दोन कॉन्फिगरेशन आहेत: प्लॅनर आणि ट्यूबलर.
घन इलेक्ट्रोलाइट गॅसचे एका इलेक्ट्रोडपासून दुस-या इलेक्ट्रोडमध्ये सीलबंद संक्रमण प्रदान करते, तर द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स छिद्रयुक्त सब्सट्रेटमध्ये स्थित असतात. या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक ऑक्सिजन आयन (O2-) आहे. कॅथोडवर, हवेतील ऑक्सिजनचे रेणू ऑक्सिजन आयन आणि चार इलेक्ट्रॉनमध्ये वेगळे केले जातात. ऑक्सिजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हायड्रोजनसह एकत्र होतात, चार मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. इलेक्ट्रॉन बाहेरील इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे पाठवले जातात, विद्युत प्रवाह आणि कचरा उष्णता निर्माण करतात.
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O2 + 4e- => 2O2-
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O
विद्युत ऊर्जा उत्पादनाची कार्यक्षमता सर्व इंधन पेशींमध्ये सर्वाधिक आहे - सुमारे 60%. याव्यतिरिक्त, उच्च ऑपरेटिंग तापमान थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल उर्जेच्या एकत्रित उत्पादनास उच्च-दाब स्टीम तयार करण्यास परवानगी देते. उच्च-तापमानाच्या इंधन सेलला टर्बाइनसह एकत्रित केल्याने विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्याची कार्यक्षमता 70% पर्यंत वाढविण्यासाठी हायब्रिड इंधन सेल तयार करणे शक्य होते.
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानात (600°C-1000°C) कार्य करतात, परिणामी इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थितीपर्यंत पोहोचण्यासाठी महत्त्वपूर्ण वेळ लागतो आणि ऊर्जेच्या वापरातील बदलांना धीमा प्रणाली प्रतिसाद देते. अशा उच्च ऑपरेटिंग तापमानात, इंधनातून हायड्रोजन पुनर्प्राप्त करण्यासाठी कोणत्याही कन्व्हर्टरची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे कोळसा किंवा कचरा वायूंच्या गॅसिफिकेशनमुळे औष्णिक ऊर्जा प्रकल्प तुलनेने अशुद्ध इंधनासह कार्य करू शकतो. औद्योगिक आणि मोठ्या सेंट्रल पॉवर प्लांट्ससह उच्च उर्जा अनुप्रयोगांसाठी इंधन सेल देखील उत्कृष्ट आहे. 100 kW च्या इलेक्ट्रिकल आउटपुट पॉवरसह मॉड्यूल व्यावसायिकरित्या तयार केले जातात.
6. डायरेक्ट मिथेनॉल ऑक्सिडेशन इंधन पेशी (DOMFC)
थेट मिथेनॉल ऑक्सिडेशन इंधन पेशीते मोबाइल फोन, लॅपटॉपला उर्जा देण्याच्या क्षेत्रात तसेच पोर्टेबल उर्जा स्त्रोत तयार करण्यासाठी यशस्वीरित्या वापरले जातात, जे अशा घटकांच्या भविष्यातील वापराचे उद्दीष्ट आहे.
मिथेनॉलच्या थेट ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशींचे डिझाइन प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (एमईपीएफसी) असलेल्या इंधन पेशींच्या डिझाइनसारखेच आहे, म्हणजे. पॉलिमरचा वापर इलेक्ट्रोलाइट म्हणून केला जातो आणि हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) चार्ज वाहक म्हणून वापरला जातो. परंतु द्रव मिथेनॉल (CH3OH) एनोडवर पाण्याच्या उपस्थितीत ऑक्सिडायझेशन करते, सीओ 2, हायड्रोजन आयन आणि इलेक्ट्रॉन सोडते, जे बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे पाठवले जाते, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हवेतील ऑक्सिजन आणि बाह्य सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन्ससह प्रतिक्रिया करून एनोडवर पाणी तयार करतात.
एनोडवरील प्रतिक्रिया: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e कॅथोडवर प्रतिक्रिया: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O अशा प्रकारचा विकास विसाव्या शतकाच्या 90 च्या दशकाच्या सुरुवातीपासून इंधन पेशी चालविली जात आहेत आणि त्यांची विशिष्ट शक्ती आणि कार्यक्षमता 40% पर्यंत वाढली आहे.
या घटकांची 50-120 डिग्री सेल्सिअस तापमान श्रेणीमध्ये चाचणी केली गेली. त्यांच्या कमी ऑपरेटिंग तापमानामुळे आणि कन्व्हर्टरची आवश्यकता नसल्यामुळे, अशा इंधन पेशी मोबाइल फोन आणि इतर ग्राहक उत्पादनांमध्ये तसेच कार इंजिनमध्ये वापरण्यासाठी प्रमुख उमेदवार आहेत. त्यांचा फायदा म्हणजे त्यांचा लहान आकार.
7. पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी (PEFC)
पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या बाबतीत, पॉलिमर झिल्लीमध्ये पाण्याचे क्षेत्र असलेले पॉलिमर तंतू असतात ज्यामध्ये वहन पाण्याचे आयन H2O+ (प्रोटॉन, लाल) पाण्याच्या रेणूला जोडतात. आयन एक्सचेंज मंद झाल्यामुळे पाण्याचे रेणू समस्या निर्माण करतात. म्हणून, इंधन आणि आउटलेट इलेक्ट्रोड्समध्ये पाण्याची उच्च एकाग्रता आवश्यक आहे, जे ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत मर्यादित करते.
8. सॉलिड ऍसिड इंधन पेशी (SFC)
घन आम्ल इंधन पेशींमध्ये, इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO4) मध्ये पाणी नसते. म्हणून ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस आहे. SO42 oxyanions च्या फिरण्यामुळे आकृतीमध्ये दर्शविल्याप्रमाणे प्रोटॉन (लाल) हलू शकतात. सामान्यतः, सॉलिड अॅसिड फ्युएल सेल हे सँडविच असते ज्यामध्ये सॉलिड अॅसिड कंपाऊंडचा एक अतिशय पातळ थर दोन इलेक्ट्रोड्समध्ये सँडविच केला जातो जो चांगला संपर्क सुनिश्चित करण्यासाठी एकत्र दाबला जातो. गरम केल्यावर, सेंद्रिय घटक बाष्पीभवन करतात, इलेक्ट्रोडमधील छिद्रांमधून बाहेर पडतात, इंधन (किंवा घटकाच्या दुसऱ्या टोकाला असलेला ऑक्सिजन), इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रोड यांच्यातील अनेक संपर्कांची क्षमता राखतात.
9. इंधन पेशींच्या सर्वात महत्वाच्या वैशिष्ट्यांची तुलना
इंधन सेल प्रकार | कार्यशील तापमान | वीज निर्मिती कार्यक्षमता | इंधन प्रकार | अर्ज व्याप्ती |
मध्यम आणि मोठ्या स्थापना |
||||
शुद्ध हायड्रोजन | प्रतिष्ठापन |
|||
शुद्ध हायड्रोजन | लहान स्थापना |
|||
बहुतेक हायड्रोकार्बन इंधन | लहान, मध्यम आणि मोठी स्थापना |
|||
पोर्टेबल प्रतिष्ठापन |
||||
शुद्ध हायड्रोजन | जागा संशोधन केले |
|||
शुद्ध हायड्रोजन | लहान स्थापना |
10. कारमध्ये इंधन पेशींचा वापर
ज्ञानाची पारिस्थितिकी. विज्ञान आणि तंत्रज्ञान: मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स दरवर्षी सुधारत आहेत, अधिक व्यापक आणि प्रवेशयोग्य होत आहेत: PDA, लॅपटॉप, मोबाइल आणि डिजिटल उपकरणे, फोटो फ्रेम्स, इ. ते सर्व वेळ पुन्हा भरले जातात
घरी DIY इंधन सेल
मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स दरवर्षी सुधारत आहेत, अधिक व्यापक आणि प्रवेशयोग्य होत आहेत: PDA, लॅपटॉप, मोबाइल आणि डिजिटल उपकरणे, फोटो फ्रेम्स, इ. ते सर्व सतत नवीन फंक्शन्स, मोठे मॉनिटर्स, वायरलेस कम्युनिकेशन्स, मजबूत प्रोसेसर, आकार कमी होत असताना अद्यतनित केले जातात. . उर्जा तंत्रज्ञान, अर्धसंवाहक तंत्रज्ञानाच्या विपरीत, झेप घेऊन प्रगती करत नाहीत.
उद्योगाच्या उपलब्धींना उर्जा देण्यासाठी विद्यमान बॅटरी आणि संचयक अपुरे पडत आहेत, त्यामुळे पर्यायी स्त्रोतांचा प्रश्न खूप तीव्र आहे. इंधन पेशी हे आतापर्यंतचे सर्वात आशादायक क्षेत्र आहेत. त्यांच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत 1839 मध्ये विल्यम ग्रोव्ह यांनी शोधून काढले, ज्याने पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिस बदलून वीज निर्माण केली.
इंधन पेशी काय आहेत?
व्हिडिओ: माहितीपट, वाहतुकीसाठी इंधन सेल: भूतकाळ, वर्तमान, भविष्य
इंधन सेल कार उत्पादकांना स्वारस्य आहे आणि स्पेसशिप डिझाइनर देखील त्यांना स्वारस्य आहेत. 1965 मध्ये, अमेरिकेने अवकाशात सोडलेल्या जेमिनी 5 स्पेसक्राफ्टवर आणि नंतर अपोलोवर देखील त्यांची चाचणी घेण्यात आली. प्रदूषणाच्या समस्या कायम असल्याने आज इंधन सेल संशोधनावर लाखो डॉलर्स ओतले जात आहेत. वातावरण, सेंद्रिय इंधनाच्या ज्वलनाच्या वेळी निर्माण होणाऱ्या हरितगृह वायूंचे वाढते उत्सर्जन, ज्याचे साठे देखील अमर्याद नाहीत.
इंधन सेल, ज्याला अनेकदा इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर म्हणतात, खाली वर्णन केलेल्या पद्धतीने कार्य करते.
संचयक आणि बॅटरींप्रमाणे, गॅल्व्हॅनिक घटक असणे, परंतु सक्रिय पदार्थ त्यामध्ये स्वतंत्रपणे साठवले जातात. ते जसे वापरले जातात तसे इलेक्ट्रोडला पुरवले जातात. नैसर्गिक इंधन किंवा त्यापासून मिळणारे कोणतेही पदार्थ नकारात्मक इलेक्ट्रोडवर जळतात, जे वायू (उदाहरणार्थ हायड्रोजन आणि कार्बन मोनोऑक्साइड) किंवा अल्कोहोलसारखे द्रव असू शकतात. ऑक्सिजन सहसा सकारात्मक इलेक्ट्रोडवर प्रतिक्रिया देतो.
परंतु ऑपरेशनचे वरवरचे साधे तत्त्व प्रत्यक्षात भाषांतरित करणे सोपे नाही.
DIY इंधन सेल
दुर्दैवाने, हा इंधन घटक कसा दिसावा याची छायाचित्रे आमच्याकडे नाहीत, आम्ही तुमच्या कल्पनेवर अवलंबून आहोत.
आपण शाळेच्या प्रयोगशाळेतही आपल्या स्वत: च्या हातांनी कमी-पॉवर इंधन सेल बनवू शकता. तुम्हाला जुना गॅस मास्क, प्लेक्सिग्लासचे अनेक तुकडे, अल्कली आणि इथाइल अल्कोहोलचे जलीय द्रावण (अधिक सोप्या भाषेत व्होडका) साठवणे आवश्यक आहे, जे इंधन सेलसाठी "इंधन" म्हणून काम करेल.
सर्व प्रथम, आपल्याला इंधन सेलसाठी एक गृहनिर्माण आवश्यक आहे, जे कमीतकमी पाच मिलिमीटर जाड असलेल्या प्लेक्सिग्लासपासून बनविलेले आहे. अंतर्गत विभाजने (आतमध्ये पाच कप्पे आहेत) थोडे पातळ केले जाऊ शकतात - 3 सेमी. प्लेक्सिग्लास चिकटविण्यासाठी, खालील रचनांचा गोंद वापरा: सहा ग्रॅम प्लेक्सिग्लास शेव्हिंग्ज शंभर ग्रॅम क्लोरोफॉर्म किंवा डिक्लोरोएथेनमध्ये विरघळतात (काम पूर्ण झाले आहे. हुड अंतर्गत).
आता आपल्याला बाहेरील भिंतीमध्ये एक छिद्र ड्रिल करणे आवश्यक आहे, ज्यामध्ये आपल्याला रबर स्टॉपरद्वारे 5-6 सेंटीमीटर व्यासासह काचेच्या ड्रेन ट्यूब घालण्याची आवश्यकता आहे.
प्रत्येकाला माहित आहे की नियतकालिक सारणीमध्ये सर्वात सक्रिय धातू खालील डाव्या कोपर्यात आहेत आणि अत्यंत सक्रिय मेटलॉइड्स टेबलच्या वरच्या उजव्या कोपर्यात आहेत, म्हणजे. इलेक्ट्रॉन दान करण्याची क्षमता वरपासून खालपर्यंत आणि उजवीकडून डावीकडे वाढते. घटक जे विशिष्ट परिस्थितीत स्वतःला मेटल किंवा मेटॅलॉइड म्हणून प्रकट करू शकतात ते टेबलच्या मध्यभागी असतात.
आता आम्ही गॅस मास्क दुसऱ्या आणि चौथ्या कंपार्टमेंटमध्ये ओततो सक्रिय कार्बन(पहिले विभाजन आणि दुसरे, तसेच तिसरे आणि चौथे दरम्यान), जे इलेक्ट्रोड म्हणून काम करेल. छिद्रांमधून कोळसा बाहेर पडण्यापासून रोखण्यासाठी, तुम्ही तो नायलॉन फॅब्रिकमध्ये ठेवू शकता (महिलांचे नायलॉन स्टॉकिंग्ज योग्य आहेत).
इंधन पहिल्या चेंबरमध्ये फिरेल आणि पाचव्या भागात ऑक्सिजन पुरवठादार असावा - हवा. इलेक्ट्रोड्सच्या दरम्यान एक इलेक्ट्रोलाइट असेल आणि ते एअर चेंबरमध्ये गळती होण्यापासून रोखण्यासाठी, भरण्यापूर्वी तुम्हाला पॅराफिनच्या द्रावणात गॅसोलीन (2 ग्रॅम पॅराफिन आणि अर्धा ग्लास गॅसोलीनचे प्रमाण) सह भिजवावे लागेल. हवा इलेक्ट्रोलाइटसाठी कार्बनसह चौथा कक्ष. कोळशाच्या थरावर तुम्हाला तांबे प्लेट्स (किंचित दाबून) ठेवणे आवश्यक आहे ज्यावर तारा सोल्डर केल्या जातात. त्यांच्याद्वारे, विद्युत् प्रवाह इलेक्ट्रोड्समधून वळवला जाईल.
जे उरते ते घटक चार्ज करणे आहे. यासाठी तुम्हाला वोडका आवश्यक आहे, ज्याला 1:1 पाण्याने पातळ करणे आवश्यक आहे. नंतर काळजीपूर्वक तीनशे ते तीनशे पन्नास ग्रॅम कॉस्टिक पोटॅशियम घाला. इलेक्ट्रोलाइटसाठी, 70 ग्रॅम पोटॅशियम हायड्रॉक्साईड 200 ग्रॅम पाण्यात विसर्जित केले जाते.
इंधन सेल चाचणीसाठी तयार आहे. आता आपल्याला एकाच वेळी पहिल्या चेंबरमध्ये इंधन आणि तिसऱ्यामध्ये इलेक्ट्रोलाइट ओतणे आवश्यक आहे. इलेक्ट्रोडशी जोडलेले व्होल्टमीटर 07 व्होल्ट ते 0.9 पर्यंत दर्शविले पाहिजे. घटकाचे सतत ऑपरेशन सुनिश्चित करण्यासाठी, खर्च केलेले इंधन काढून टाकणे (काचेमध्ये काढून टाकणे) आणि नवीन इंधन (रबर ट्यूबद्वारे) जोडणे आवश्यक आहे. नलिका पिळून फीड दर समायोजित केला जातो. प्रयोगशाळेच्या परिस्थितीत इंधन सेलचे ऑपरेशन असे दिसते, ज्याची शक्ती समजण्याजोगी कमी आहे.
अधिक शक्ती सुनिश्चित करण्यासाठी, शास्त्रज्ञ बर्याच काळापासून या समस्येवर काम करत आहेत. डेव्हलपमेंट हाऊसमधील सक्रिय स्टीलमध्ये मिथेनॉल आणि इथेनॉल इंधन पेशी असतात. परंतु, दुर्दैवाने, ते अद्याप प्रत्यक्षात आणले गेले नाहीत.
पर्यायी उर्जा स्त्रोत म्हणून इंधन सेल का निवडला जातो
पर्यायी उर्जा स्त्रोत म्हणून इंधन सेल निवडला गेला, कारण त्यातील हायड्रोजन ज्वलनाचे अंतिम उत्पादन पाणी आहे. हायड्रोजन तयार करण्याचा एक स्वस्त आणि कार्यक्षम मार्ग शोधणे ही एकमेव समस्या आहे. हायड्रोजन जनरेटर आणि इंधन पेशींच्या विकासासाठी गुंतवलेल्या प्रचंड निधीला फळ मिळू शकत नाही, म्हणून तांत्रिक प्रगती आणि दैनंदिन जीवनात त्यांचा खरा वापर ही केवळ काळाची बाब आहे.
आधीच आज, ऑटोमोटिव्ह उद्योगातील राक्षस: जनरल मोटर्स, होंडा, ड्रॅमलर कोयलर, बॅलार्ड, इंधन पेशींवर चालणार्‍या बस आणि कारचे प्रदर्शन करीत आहेत, ज्याची शक्ती 50 किलोवॅटपर्यंत पोहोचते. परंतु त्यांची सुरक्षितता, विश्वासार्हता आणि खर्चाशी संबंधित समस्या अद्याप सोडवल्या गेलेल्या नाहीत. आधीच नमूद केल्याप्रमाणे, पारंपारिक उर्जा स्त्रोतांच्या विपरीत - बॅटरी आणि संचयक, या प्रकरणात ऑक्सिडायझर आणि इंधन बाहेरून पुरवले जाते आणि इंधन सेल इंधन जाळण्याच्या आणि सोडलेल्या उर्जेचे विजेमध्ये रूपांतरित होण्याच्या सततच्या प्रतिक्रियेमध्ये केवळ मध्यस्थ आहे. "दहन" तेव्हाच होते जेव्हा घटक लोडला विद्युत प्रवाह पुरवतो, जसे की डिझेल इलेक्ट्रिक जनरेटर, परंतु जनरेटर आणि डिझेल इंजिनशिवाय, तसेच आवाज, धूर आणि जास्त गरम न करता. त्याच वेळी, कोणतीही मध्यवर्ती यंत्रणा नसल्यामुळे कार्यक्षमता खूप जास्त आहे.
नॅनोटेक्नॉलॉजी आणि नॅनोमटेरियल्सच्या वापरावर मोठ्या आशा आहेत, ज्यामुळे इंधन पेशींची शक्ती वाढवताना त्यांचे सूक्ष्मीकरण करण्यात मदत होईल. अति-कार्यक्षम उत्प्रेरक तयार केले गेले आहेत, तसेच इंधन पेशींसाठी डिझाइन तयार केले गेले आहेत ज्यांना पडदा नाही. त्यामध्ये, इंधन (उदाहरणार्थ मिथेन) ऑक्सिडायझरसह घटकांना पुरवले जाते. मनोरंजक उपाय हवेत विरघळलेल्या ऑक्सिजनचा ऑक्सिडायझर म्हणून वापर करतात आणि प्रदूषित पाण्यात जमा होणारी सेंद्रिय अशुद्धता इंधन म्हणून वापरली जाते. हे तथाकथित जैवइंधन घटक आहेत.
तज्ञांच्या मते, इंधन पेशी येत्या काही वर्षांत मोठ्या प्रमाणात बाजारपेठेत प्रवेश करू शकतात.प्रकाशित
आमच्यात सामील व्हा
मी तुम्हाला ताबडतोब चेतावणी देऊ इच्छितो की हा विषय पूर्णपणे हॅब्रच्या विषयावर नाही, परंतु एमआयटीमध्ये विकसित केलेल्या घटकाबद्दलच्या पोस्टवरील टिप्पण्यांमध्ये, या कल्पनेला समर्थन दिल्यासारखे वाटले, म्हणून खाली मी जैवइंधनाबद्दल काही विचारांचे वर्णन करेन. घटक.
हा विषय ज्यावर लिहिला आहे ते काम मी 11 व्या वर्गात केले होते आणि INTEL ISEF या आंतरराष्ट्रीय परिषदेत दुसरे स्थान मिळवले होते.
इंधन सेल हा एक रासायनिक वर्तमान स्त्रोत आहे ज्यामध्ये कमी करणारे एजंट (इंधन) आणि ऑक्सिडायझिंग एजंटची रासायनिक ऊर्जा, इलेक्ट्रोडला सतत आणि स्वतंत्रपणे पुरवली जाते, थेट विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतरित होते.
ऊर्जा इंधन सेल (FC) चे योजनाबद्ध आकृती खाली सादर केले आहे:
इंधन सेलमध्ये एनोड, कॅथोड, आयनिक कंडक्टर, एनोड आणि कॅथोड चेंबर्स असतात. याक्षणी, जैवइंधन पेशींची शक्ती औद्योगिक स्तरावर वापरण्यासाठी पुरेशी नाही, परंतु कमी-पॉवर BFCs संवेदनशील सेन्सर म्हणून वैद्यकीय हेतूंसाठी वापरल्या जाऊ शकतात कारण त्यांच्यातील सध्याची ताकद प्रक्रिया केलेल्या इंधनाच्या प्रमाणात आहे.
आजपर्यंत, इंधन पेशींच्या मोठ्या प्रमाणात डिझाइन वाण प्रस्तावित केले गेले आहेत. प्रत्येक विशिष्ट प्रकरणात, इंधन सेलची रचना इंधन सेलच्या उद्देशावर, अभिकर्मकाचा प्रकार आणि आयनिक कंडक्टरवर अवलंबून असते. एका विशेष गटामध्ये जैवइंधन पेशींचा समावेश होतो जे जैविक उत्प्रेरक वापरतात. जैविक प्रणालींचे एक महत्त्वाचे वेगळे वैशिष्ट्य म्हणजे कमी तापमानात विविध इंधनांचे निवडक ऑक्सिडायझेशन करण्याची त्यांची क्षमता.
बहुतेक प्रकरणांमध्ये, अचल एंझाइमचा वापर बायोइलेक्ट्रोकॅटलिसिसमध्ये केला जातो, म्हणजे. सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य वेगळे केले जाते आणि वाहकावर निश्चित केले जाते, परंतु उत्प्रेरक क्रियाकलाप (अंशतः किंवा पूर्णपणे) टिकवून ठेवतात, ज्यामुळे त्यांना पुन्हा वापरता येतो. आपण जैवइंधन सेलचे उदाहरण पाहू या ज्यामध्ये मध्यस्थ वापरून एंझाइमॅटिक प्रतिक्रिया इलेक्ट्रोड प्रतिक्रियेसह जोडली जाते. ग्लुकोज ऑक्सिडेसवर आधारित जैवइंधन सेलची योजना:
जैवइंधन सेलमध्ये सोन्याचे, प्लॅटिनम किंवा कार्बनचे बनलेले दोन निष्क्रिय इलेक्ट्रोड असतात, जे बफर सोल्युशनमध्ये बुडवले जातात. इलेक्ट्रोड्स आयन एक्सचेंज झिल्लीद्वारे वेगळे केले जातात: एनोड कंपार्टमेंट हवेने शुद्ध केले जाते, कॅथोड कंपार्टमेंट नायट्रोजनसह. झिल्ली सेलच्या इलेक्ट्रोड कंपार्टमेंटमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांचे अवकाशीय पृथक्करण करण्यास अनुमती देते आणि त्याच वेळी त्यांच्या दरम्यान प्रोटॉनची देवाणघेवाण सुनिश्चित करते. बायोसेन्सर्ससाठी योग्य पडदा वेगळे प्रकारअनेक कंपन्यांद्वारे (VDN, VIROKT) यूकेमध्ये उत्पादित केले जातात.
ग्लुकोज ऑक्सिडेस असलेल्या जैवइंधन सेलमध्ये ग्लुकोजचा परिचय आणि 20 डिग्री सेल्सिअस तापमानात विरघळणारे मध्यस्थ एंझाइममधून इलेक्ट्रॉन्सचा प्रवाह मध्यस्थाद्वारे एनोडमध्ये होतो. इलेक्ट्रॉन्स बाह्य सर्किटमधून कॅथोडपर्यंत जातात, जेथे, आदर्श परिस्थितीत, प्रोटॉन आणि ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत पाणी तयार होते. परिणामी प्रवाह (संपृक्ततेच्या अनुपस्थितीत) दर-निर्धारित घटक (ग्लूकोज) च्या जोडणीच्या प्रमाणात आहे. स्थिर प्रवाहांचे मोजमाप करून, आपण त्वरीत (5 से) ग्लुकोजची कमी सांद्रता - 0.1 मिमी पर्यंत निर्धारित करू शकता. सेन्सर म्हणून, वर्णन केलेल्या जैवइंधन सेलमध्ये मध्यस्थांच्या उपस्थितीशी संबंधित काही मर्यादा आणि ऑक्सिजन कॅथोड आणि झिल्लीसाठी काही विशिष्ट आवश्यकता आहेत. नंतरचे एंझाइम टिकवून ठेवणे आवश्यक आहे आणि त्याच वेळी कमी आण्विक वजन घटकांमधून जाण्याची परवानगी द्या: गॅस, मध्यस्थ, सब्सट्रेट. आयन एक्सचेंज झिल्ली सामान्यतः या आवश्यकता पूर्ण करतात, जरी त्यांचे प्रसार गुणधर्म बफर सोल्यूशनच्या pH वर अवलंबून असतात. पडद्याद्वारे घटकांच्या प्रसारामुळे साइड रिअॅक्शनमुळे इलेक्ट्रॉन ट्रान्सफरची कार्यक्षमता कमी होते.
आज, सजीवांच्या शरीरात निर्मार्ण होणारे द्रव्य उत्प्रेरक असलेल्या इंधन पेशींचे प्रयोगशाळा मॉडेल आहेत, ज्याची वैशिष्ट्ये त्यांच्या व्यावहारिक अनुप्रयोगाच्या आवश्यकता पूर्ण करत नाहीत. पुढील काही वर्षांतील मुख्य प्रयत्न जैवइंधन पेशींचे शुद्धीकरण करण्याच्या उद्देशाने केले जातील आणि जैवइंधन सेलचे पुढील अनुप्रयोग औषधाशी अधिक संबंधित असतील, उदाहरणार्थ: ऑक्सिजन आणि ग्लुकोज वापरून प्रत्यारोपण करण्यायोग्य जैवइंधन सेल.
इलेक्ट्रोकॅटॅलिसिसमध्ये एंजाइम वापरताना, मुख्य समस्या ज्याचे निराकरण करणे आवश्यक आहे ते म्हणजे इलेक्ट्रोकेमिकलसह एंझाइमॅटिक प्रतिक्रिया जोडण्याची समस्या, म्हणजेच, एंजाइमच्या सक्रिय केंद्रापासून इलेक्ट्रोडपर्यंत प्रभावी इलेक्ट्रॉन वाहतूक सुनिश्चित करणे, जे प्राप्त केले जाऊ शकते. खालील मार्ग:
1. कमी-आण्विक वाहक - मध्यस्थ (मध्यस्थ बायोइलेक्ट्रोकाटालिसिस) वापरून एंजाइमच्या सक्रिय केंद्रापासून इलेक्ट्रोडमध्ये इलेक्ट्रॉनचे हस्तांतरण.
2. इलेक्ट्रोड (थेट बायोइलेक्ट्रोकाटालिसिस) वर एंजाइमच्या सक्रिय साइट्सचे थेट, थेट ऑक्सीकरण आणि घट.
या प्रकरणात, एंजाइमॅटिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांचे मध्यस्थ जोडणे, यामधून, चार प्रकारे केले जाऊ शकते:
1) एंजाइम आणि मध्यस्थ मोठ्या प्रमाणात द्रावणात असतात आणि मध्यस्थ इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर पसरतात;
2) एंजाइम इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर आहे आणि मध्यस्थ द्रावणाच्या व्हॉल्यूममध्ये आहे;
3) एंजाइम आणि मध्यस्थ इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर स्थिर असतात;
4) मध्यस्थ इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर शिवला जातो आणि एन्झाइम द्रावणात असतो.
या कामात, ऑक्सिजन कमी होण्याच्या कॅथोडिक प्रतिक्रियेसाठी लैकेसने उत्प्रेरक म्हणून काम केले आणि ग्लुकोज ऑक्सिडेशनच्या अॅनोडिक प्रतिक्रियेसाठी ग्लुकोज ऑक्सिडेस (जीओडी) उत्प्रेरक म्हणून काम केले. संमिश्र सामग्रीचा भाग म्हणून एन्झाईम्सचा वापर केला गेला, ज्याची निर्मिती ही जैवइंधन पेशींच्या निर्मितीमधील सर्वात महत्त्वाच्या टप्प्यांपैकी एक आहे जी एकाच वेळी विश्लेषणात्मक सेन्सर म्हणून काम करते. या प्रकरणात, बायोकॉम्पोझिट सामग्रीने सब्सट्रेट निश्चित करण्यासाठी निवडकता आणि संवेदनशीलता प्रदान करणे आवश्यक आहे आणि त्याच वेळी उच्च जैवविद्युतकॅटॅलिटिक क्रियाकलाप असणे आवश्यक आहे, एन्झाईमॅटिक क्रियाकलाप जवळ येणे.
लॅकेस हे क्यू-युक्त ऑक्सिडॉरडक्टेज आहे, ज्याचे मुख्य कार्य मूळ परिस्थितीत ऑक्सिजनसह सेंद्रिय सब्सट्रेट्स (फिनॉल आणि त्यांचे डेरिव्हेटिव्ह) ऑक्सिडेशन आहे, जे पाण्यात कमी होते. एंझाइमचे आण्विक वजन 40,000 ग्रॅम/मोल आहे.
आजपर्यंत, हे दर्शविले गेले आहे की ऑक्सिजन कमी करण्यासाठी लॅकेस हे सर्वात सक्रिय इलेक्ट्रोकॅटलिस्ट आहे. ऑक्सिजन वातावरणात इलेक्ट्रोडवर त्याच्या उपस्थितीत, समतोल ऑक्सिजन संभाव्यतेच्या जवळ एक संभाव्यता स्थापित केली जाते आणि ऑक्सिजनची घट थेट पाण्यामध्ये होते.
कॅथोडिक प्रतिक्रिया (ऑक्सिजन कमी होणे) साठी उत्प्रेरक म्हणून लॅकेस, एसिटिलीन ब्लॅक एडी-100 आणि नॅफियनवर आधारित संमिश्र सामग्री वापरली गेली. कंपोझिटचे एक विशेष वैशिष्ट्य म्हणजे त्याची रचना, जी थेट इलेक्ट्रॉन हस्तांतरणासाठी आवश्यक असलेल्या इलेक्ट्रॉन-कंडक्टिंग मॅट्रिक्सच्या सापेक्ष एंजाइम रेणूचे अभिमुखता सुनिश्चित करते. एंजाइमॅटिक कॅटॅलिसिसमध्ये आढळलेल्या संमिश्र पध्दतींमध्ये लॅकेसची विशिष्ट बायोइलेक्ट्रोकॅटॅलिटिक क्रियाकलाप. लॅकेसेसच्या बाबतीत एन्झाइमॅटिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांचे युग्मन करण्याची पद्धत, म्हणजे. लेकेस एंझाइमच्या सक्रिय केंद्राद्वारे इलेक्ट्रॉनला सब्सट्रेटमधून इलेक्ट्रोडमध्ये हस्तांतरित करण्याची पद्धत - डायरेक्ट बिइलेक्ट्रोकॅटलिसिस.
ग्लुकोज ऑक्सिडेस (जीओडी) हे ऑक्सिडॉरडक्टेज वर्गाचे एक एन्झाइम आहे, दोन उपयुनिट आहेत, ज्यापैकी प्रत्येकाचे स्वतःचे सक्रिय केंद्र आहे - (फ्लेव्हिन अॅडेनाइन डायन्यूक्लियोटाइड) एफएडी. GOD हे इलेक्ट्रॉन दात्यासाठी, ग्लुकोजसाठी निवडक एन्झाइम आहे आणि ते इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारे म्हणून अनेक सब्सट्रेट्स वापरू शकतात. एंझाइमचे आण्विक वजन 180,000 g/mol आहे.
या कामात, आम्ही मध्यस्थ यंत्रणेद्वारे ग्लुकोजच्या एनोडिक ऑक्सिडेशनसाठी GOD आणि फेरोसीन (FC) वर आधारित संमिश्र सामग्री वापरली. संमिश्र सामग्रीमध्ये GOD, अत्यंत विखुरलेले कोलोइडल ग्रेफाइट (HCG), Fc आणि Nafion यांचा समावेश आहे, ज्यामुळे उच्च विकसित पृष्ठभागासह इलेक्ट्रॉन-कंडक्टिंग मॅट्रिक्स मिळवणे शक्य झाले, अभिकर्मकांची कार्यक्षम वाहतूक सुनिश्चित करणे प्रतिक्रिया झोनमध्ये आणि संमिश्राची स्थिर वैशिष्ट्ये. साहित्य एंजाइमॅटिक आणि इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियांचे युग्मन करण्याची एक पद्धत, म्हणजे. GOD च्या सक्रिय केंद्रापासून मध्यस्थ इलेक्ट्रोडपर्यंत इलेक्ट्रॉनची कार्यक्षम वाहतूक सुनिश्चित करणे, तर एंजाइम आणि मध्यस्थ इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर स्थिर होते. फेरोसीनचा वापर मध्यस्थ म्हणून केला गेला - इलेक्ट्रॉन स्वीकारणारा. जेव्हा सेंद्रिय सब्सट्रेट, ग्लुकोजचे ऑक्सीकरण केले जाते, तेव्हा फेरोसीन कमी होते आणि नंतर इलेक्ट्रोडवर ऑक्सिडाइज केले जाते.
कोणाला स्वारस्य असल्यास, मी इलेक्ट्रोड कोटिंग मिळविण्याच्या प्रक्रियेचे तपशीलवार वर्णन करू शकतो, परंतु यासाठी वैयक्तिक संदेशात लिहिणे चांगले आहे. आणि विषयामध्ये मी परिणामी संरचनेचे फक्त वर्णन करेन.
1. AD-100.
2. लेकेस.
3. हायड्रोफोबिक सच्छिद्र सब्सट्रेट.
4. Nafion.
इलेक्टर्स मिळाल्यानंतर, आम्ही थेट प्रायोगिक भागात गेलो. आमचा वर्क सेल असा दिसत होता:
1. Ag/AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड;
2. कार्यरत इलेक्ट्रोड;
3. सहायक इलेक्ट्रोड - Рt.
ग्लुकोज ऑक्सिडेसच्या प्रयोगात - आर्गॉनसह शुद्धीकरण, लॅकेससह - ऑक्सिजनसह.
लॅकेसच्या अनुपस्थितीत काजळीवरील ऑक्सिजनची घट शून्यापेक्षा कमी संभाव्यतेवर होते आणि दोन टप्प्यांत होते: हायड्रोजन पेरॉक्साइडच्या मध्यवर्ती निर्मितीद्वारे. आकृती AD-100 वर स्थिर केलेल्या ऑक्सिजनच्या इलेक्ट्रोड्यूडक्शनचे ध्रुवीकरण वक्र दर्शवते, ऑक्सिजन वातावरणात pH 4.5 सह द्रावणात प्राप्त होते. या परिस्थितीत, स्थिर क्षमता ऑक्सिजन क्षमतेच्या समतोल (0.76 V) जवळ स्थापित केली जाते. 0.76 V च्या कॅथोडिक संभाव्यतेवर, ऑक्सिजनची उत्प्रेरक घट एन्झाईम इलेक्ट्रोडवर दिसून येते, जी थेट पाण्यात थेट बायोइलेक्ट्रोकॅटॅलिसिसच्या यंत्रणेद्वारे पुढे जाते. 0.55 V कॅथोडच्या खाली असलेल्या संभाव्य प्रदेशात, वक्र वर एक पठार दिसून येतो, जो ऑक्सिजन कमी होण्याच्या मर्यादित गतिज प्रवाहाशी संबंधित आहे. मर्यादित वर्तमान मूल्य सुमारे 630 μA/cm2 होते.
GOD Nafion, ferrocene आणि VKG वर आधारित संमिश्र सामग्रीचे इलेक्ट्रोकेमिकल वर्तन चक्रीय व्होल्टमेट्री (CV) द्वारे अभ्यासले गेले. फॉस्फेट बफर सोल्यूशनमध्ये ग्लुकोजच्या अनुपस्थितीत संमिश्र सामग्रीची स्थिती चार्जिंग वक्र वापरून परीक्षण केली गेली. चार्जिंग वक्र वर (–0.40) V च्या संभाव्यतेवर, GOD - (FAD) च्या सक्रिय केंद्राच्या रेडॉक्स परिवर्तनांशी संबंधित मॅक्सिमा पाहिला जातो, आणि 0.20-0.25 V वर ऑक्सिडेशन आणि फेरोसीन कमी होण्याची कमाल असते.
प्राप्त झालेल्या परिणामांवरून असे दिसून येते की ऑक्सिजन अभिक्रियासाठी उत्प्रेरक म्हणून लॅकेससह कॅथोड आणि ग्लुकोजच्या ऑक्सिडेशनसाठी ग्लुकोज ऑक्सिडेसवर आधारित एनोडवर आधारित, जैवइंधन सेल तयार करण्याची मूलभूत शक्यता आहे. खरे आहे, या मार्गावर अनेक अडथळे आहेत, उदाहरणार्थ, विविध पीएच स्तरांवर एंजाइम क्रियाकलापांची शिखरे पाहिली जातात. यामुळे BFC मध्ये आयन एक्सचेंज मेम्ब्रेन जोडण्याची गरज निर्माण झाली. झिल्ली सेलच्या इलेक्ट्रोड कंपार्टमेंटमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांचे अवकाशीय पृथक्करण करण्यास अनुमती देते आणि त्याच वेळी त्यांच्या दरम्यान प्रोटॉनची देवाणघेवाण सुनिश्चित करते. एनोड कंपार्टमेंटमध्ये हवा प्रवेश करते.
ग्लुकोज ऑक्सिडेस आणि मध्यस्थ असलेल्या जैवइंधन सेलमध्ये ग्लुकोजचा परिचय झाल्यामुळे एन्झाईममधून इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह मध्यस्थाद्वारे एनोडमध्ये होतो. इलेक्ट्रॉन्स बाह्य सर्किटमधून कॅथोडपर्यंत जातात, जेथे, आदर्श परिस्थितीत, प्रोटॉन आणि ऑक्सिजनच्या उपस्थितीत पाणी तयार होते. परिणामी प्रवाह (संपृक्ततेच्या अनुपस्थितीत) दर-निर्धारित घटक, ग्लुकोजच्या जोडणीच्या प्रमाणात आहे. स्थिर प्रवाहांचे मोजमाप करून, आपण त्वरीत (5 से) ग्लुकोजची कमी सांद्रता - 0.1 मिमी पर्यंत निर्धारित करू शकता.
दुर्दैवाने, मी या BFC ची कल्पना व्यावहारिक अंमलबजावणीत आणू शकलो नाही, कारण 11 वी नंतर लगेचच, मी प्रोग्रामर बनण्यासाठी अभ्यास करायला गेलो, जो मी आजही मेहनतीने करतो. ते पूर्ण करणाऱ्या सर्वांचे आभार.
आपण यापुढे सौर पॅनेल किंवा पवन टर्बाइनसह कोणालाही आश्चर्यचकित करणार नाही, जे जगातील सर्व प्रदेशांमध्ये वीज निर्माण करतात. परंतु या उपकरणांचे आउटपुट स्थिर नसते आणि ज्या काळात नूतनीकरणक्षम ऊर्जा स्त्रोत वीज निर्माण करत नाहीत त्या कालावधीत वीज मिळविण्यासाठी बॅकअप उर्जा स्त्रोत स्थापित करणे किंवा नेटवर्कशी कनेक्ट करणे आवश्यक आहे. तथापि, 19व्या शतकात अशी काही झाडे विकसित झाली आहेत जी वीज निर्मितीसाठी "पर्यायी" इंधन वापरतात, म्हणजे गॅस किंवा पेट्रोलियम उत्पादने जाळत नाहीत. अशा स्थापना इंधन पेशी आहेत.
निर्मितीचा इतिहास
विल्यम ग्रोव्ह (ग्रोव्ह, ग्रोव्ह) यांनी 1838-1839 मध्ये जेव्हा ते पाण्याच्या इलेक्ट्रोलिसिसचा अभ्यास करत होते तेव्हा इंधन पेशी (FC) किंवा इंधन पेशी शोधल्या गेल्या.
मदत: पाण्याचे इलेक्ट्रोलिसिस ही हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनच्या रेणूंमध्ये विद्युत प्रवाहाच्या प्रभावाखाली पाण्याचे विघटन करण्याची प्रक्रिया आहे.
इलेक्ट्रोलाइटिक सेलमधून बॅटरी डिस्कनेक्ट केल्यावर, इलेक्ट्रोड्स सोडलेला वायू शोषू लागले आणि विद्युत प्रवाह निर्माण करू लागले हे पाहून त्याला आश्चर्य वाटले. हायड्रोजनच्या इलेक्ट्रोकेमिकल "कोल्ड" ज्वलन प्रक्रियेचा शोध ही ऊर्जा उद्योगातील एक महत्त्वपूर्ण घटना होती. नंतर त्यांनी ग्रोव्ह बॅटरी तयार केली. या उपकरणात नायट्रिक ऍसिडमध्ये बुडवलेला प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड आणि झिंक सल्फेटमध्ये झिंक इलेक्ट्रोड होता. त्यातून 12 अँपिअरचा विद्युतप्रवाह आणि 8 व्होल्टचा व्होल्टेज निर्माण झाला. स्वत: ला या डिझाइन म्हणतात वाढवा "ओली बॅटरी". त्यानंतर त्यांनी दोन प्लॅटिनम इलेक्ट्रोड वापरून बॅटरी तयार केली. प्रत्येक इलेक्ट्रोडचे एक टोक सल्फ्यूरिक ऍसिडमध्ये होते आणि दुसरे टोक हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन असलेल्या कंटेनरमध्ये बंद होते. इलेक्ट्रोड्समध्ये स्थिर प्रवाह होता आणि कंटेनरच्या आत पाण्याचे प्रमाण वाढले. ग्रो या उपकरणातील पाण्याचे विघटन आणि सुधारणा करण्यास सक्षम होते.
"बॅटरी वाढ"
(स्रोत: रॉयल सोसायटी ऑफ द नॅशनल म्युझियम ऑफ नॅचरल हिस्ट्री)
"इंधन सेल" (इंग्रजी "फ्यूल सेल") हा शब्द फक्त 1889 मध्ये एल. मोंड आणि
सी. लँगर, ज्यांनी हवा आणि कोळसा वायूपासून वीज निर्मितीसाठी उपकरण तयार करण्याचा प्रयत्न केला.
हे कसे कार्य करते?
इंधन सेल हे तुलनेने सोपे साधन आहे. यात दोन इलेक्ट्रोड आहेत: एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) आणि कॅथोड (सकारात्मक इलेक्ट्रोड). इलेक्ट्रोड्सवर रासायनिक प्रतिक्रिया होते. ते वेगवान करण्यासाठी, इलेक्ट्रोडच्या पृष्ठभागावर उत्प्रेरक सह लेपित केले जाते. FCs आणखी एका घटकाने सुसज्ज आहेत - पडदा.झिल्लीच्या कार्यामुळे इंधनाच्या रासायनिक ऊर्जेचे थेट विजेमध्ये रूपांतर होते. हे घटकाच्या दोन कक्षांना वेगळे करते ज्यामध्ये इंधन आणि ऑक्सिडायझरचा पुरवठा केला जातो. झिल्ली केवळ प्रोटॉन्सना परवानगी देते, जे इंधन विभाजनाच्या परिणामी तयार होतात, उत्प्रेरकाने लेपित इलेक्ट्रोडवर एका चेंबरमधून दुसऱ्या चेंबरमध्ये जाऊ शकतात (इलेक्ट्रॉन नंतर बाह्य सर्किटमधून प्रवास करतात). दुसऱ्या चेंबरमध्ये, प्रोटॉन इलेक्ट्रॉन (आणि ऑक्सिजन अणू) सह एकत्रित होऊन पाणी तयार करतात.
हायड्रोजन इंधन सेलचे कार्य सिद्धांत
रासायनिक स्तरावर, इंधन उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करण्याची प्रक्रिया पारंपारिक ज्वलन प्रक्रियेसारखीच असते (ऑक्सिडेशन).
ऑक्सिजनमध्ये सामान्य ज्वलन दरम्यान, सेंद्रिय इंधनाचे ऑक्सीकरण होते आणि इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थर्मल उर्जेमध्ये रूपांतरित होते. इलेक्ट्रोलाइट वातावरणात आणि इलेक्ट्रोडच्या उपस्थितीत ऑक्सिजनसह हायड्रोजनच्या ऑक्सिडेशन दरम्यान काय होते ते पाहू या.
अल्कधर्मी वातावरणात असलेल्या इलेक्ट्रोडला हायड्रोजनचा पुरवठा करून, रासायनिक प्रतिक्रिया होते:
2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -
जसे आपण पाहू शकता, आम्हाला इलेक्ट्रॉन मिळतात जे बाह्य सर्किटमधून जात असताना, उलट इलेक्ट्रोडवर पोहोचतात, ज्यामध्ये ऑक्सिजन वाहतो आणि जिथे प्रतिक्रिया होते:
4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -
हे पाहिले जाऊ शकते की परिणामी प्रतिक्रिया 2H 2 + O 2 → H 2 O ही सामान्य ज्वलनाच्या वेळी सारखीच असते, परंतु इंधन सेल विद्युत प्रवाह आणि काही उष्णता निर्माण करते.
इंधन पेशींचे प्रकार
प्रतिक्रियेसाठी वापरल्या जाणार्‍या इलेक्ट्रोलाइटच्या प्रकारानुसार इंधन पेशींचे वर्गीकरण करण्याची प्रथा आहे:
लक्षात घ्या की इंधन पेशी कोळसा, कार्बन मोनॉक्साईड, अल्कोहोल, हायड्रॅझिन आणि इतर सेंद्रिय पदार्थ इंधन म्हणून आणि हवा, हायड्रोजन पेरॉक्साईड, क्लोरीन, ब्रोमाइन, नायट्रिक ऍसिड इ. ऑक्सिडायझिंग एजंट म्हणून वापरू शकतात.
इंधन सेल कार्यक्षमता
इंधन पेशींचे वैशिष्ट्य आहे कार्यक्षमतेवर कठोर मर्यादा नाही, हीट इंजिनांप्रमाणे.
मदत: कार्यक्षमताकार्नोट सायकल समान किमान आणि कमाल तापमान असलेल्या सर्व उष्मा इंजिनांमध्ये ही सर्वाधिक संभाव्य कार्यक्षमता आहे.
म्हणून, सिद्धांतानुसार इंधन पेशींची कार्यक्षमता 100% पेक्षा जास्त असू शकते. अनेकांनी हसून विचार केला, "शाश्वत गती यंत्राचा शोध लागला आहे." नाही, येथे आपण शालेय रसायनशास्त्र अभ्यासक्रमाकडे परत जावे. इंधन सेल रासायनिक ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करण्यावर आधारित आहे. इथेच चमत्कार घडतात. काही रासायनिक अभिक्रिया ज्या घडतात त्या वातावरणातील उष्णता शोषून घेऊ शकतात.
मदत: एंडोथर्मिक प्रतिक्रिया ही उष्णतेच्या शोषणासह रासायनिक अभिक्रिया आहेत. एंडोथर्मिक प्रतिक्रियांसाठी, एन्थॅल्पी आणि अंतर्गत उर्जेतील बदलांना सकारात्मक मूल्ये असतात (Δएच >0, Δ यू >0), अशा प्रकारे प्रतिक्रिया उत्पादनांमध्ये सुरुवातीच्या घटकांपेक्षा जास्त ऊर्जा असते.
अशा प्रतिक्रियेचे उदाहरण म्हणजे हायड्रोजनचे ऑक्सीकरण, जे बहुतेक इंधन पेशींमध्ये वापरले जाते. म्हणून, सैद्धांतिकदृष्ट्या, कार्यक्षमता 100% पेक्षा जास्त असू शकते. परंतु आज, इंधन पेशी ऑपरेशन दरम्यान गरम होतात आणि वातावरणातील उष्णता शोषू शकत नाहीत.
मदत: ही मर्यादा थर्मोडायनामिक्सच्या दुसऱ्या नियमाद्वारे लादली गेली आहे. "थंड" शरीरातून "गरम" शरीरात उष्णता हस्तांतरणाची प्रक्रिया शक्य नाही.
शिवाय, असंतुलन प्रक्रियांशी संबंधित नुकसान आहेत. जसे की: इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रोडच्या विशिष्ट चालकतेमुळे ओमिक नुकसान, सक्रियता आणि एकाग्रता ध्रुवीकरण, प्रसार नुकसान. परिणामी, इंधन पेशींमध्ये निर्माण होणाऱ्या ऊर्जेचा काही भाग उष्णतेमध्ये रूपांतरित होतो. म्हणून, इंधन पेशी शाश्वत गती मशीन नाहीत आणि त्यांची कार्यक्षमता 100% पेक्षा कमी आहे. परंतु त्यांची कार्यक्षमता इतर यंत्रांपेक्षा जास्त आहे. आज इंधन सेल कार्यक्षमता 80% पर्यंत पोहोचते.
संदर्भ:चाळीसच्या दशकात, इंग्लिश अभियंता टी. बेकन याने 6 किलोवॅट क्षमतेच्या आणि 80% क्षमतेच्या इंधन पेशींची बॅटरी तयार केली आणि ती तयार केली, जी शुद्ध हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनवर चालते, परंतु बॅटरीचे पॉवर-टू-वेट गुणोत्तर खूप लहान असल्याचे दिसून आले - असे घटक व्यावहारिक वापरासाठी अयोग्य आणि खूप महाग होते (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/).
इंधन सेल समस्या
जवळजवळ सर्व इंधन पेशी इंधन म्हणून हायड्रोजन वापरतात, म्हणून तार्किक प्रश्न उद्भवतो: "मला ते कोठे मिळेल?"
असे दिसते की इलेक्ट्रोलिसिसच्या परिणामी इंधन सेल शोधला गेला आहे, म्हणून इलेक्ट्रोलिसिसच्या परिणामी सोडलेल्या हायड्रोजनचा वापर करणे शक्य आहे. परंतु या प्रक्रियेकडे अधिक तपशीलवार पाहू या.
फॅराडेच्या नियमानुसार: अॅनोडवर ऑक्सिडाइझ केलेल्या किंवा कॅथोडवर कमी केलेल्या पदार्थाचे प्रमाण इलेक्ट्रोलाइटमधून जाणाऱ्या विजेच्या प्रमाणात असते. याचा अर्थ अधिक हायड्रोजन मिळविण्यासाठी, आपल्याला अधिक वीज खर्च करणे आवश्यक आहे. पाणी इलेक्ट्रोलिसिसच्या विद्यमान पद्धती एकापेक्षा कमी कार्यक्षमतेने कार्य करतात. मग आम्ही परिणामी हायड्रोजन इंधन पेशींमध्ये वापरतो, जिथे कार्यक्षमता देखील एकतेपेक्षा कमी असते. त्यामुळे, आपण उत्पादन करण्यापेक्षा जास्त ऊर्जा खर्च करू.
अर्थात, तुम्ही नैसर्गिक वायूपासून तयार झालेला हायड्रोजन वापरू शकता. हायड्रोजन तयार करण्याची ही पद्धत सर्वात स्वस्त आणि लोकप्रिय आहे. सध्या, जगभरात तयार होणाऱ्या हायड्रोजनपैकी 50% नैसर्गिक वायूपासून तयार होतो. परंतु हायड्रोजनची साठवणूक आणि वाहतूक करण्यात समस्या आहे. हायड्रोजनची घनता कमी असते ( एक लिटर हायड्रोजनचे वजन 0.0846 ग्रॅम असते), म्हणून ते येथे नेण्यासाठी लांब अंतरते संकुचित करणे आवश्यक आहे. आणि हे अतिरिक्त ऊर्जा आणि आर्थिक खर्च आहेत. तसेच, सुरक्षिततेबद्दल विसरू नका.
तथापि, येथे एक उपाय देखील आहे - द्रव हायड्रोकार्बन इंधन हायड्रोजनचा स्त्रोत म्हणून वापरला जाऊ शकतो. उदाहरणार्थ, इथाइल किंवा मिथाइल अल्कोहोल. खरे आहे, यासाठी एक विशेष अतिरिक्त उपकरण आवश्यक आहे - एक इंधन कनवर्टर, जेव्हा उच्च तापमान(मिथेनॉलसाठी हे कुठेतरी 240°C च्या आसपास असेल) अल्कोहोलचे रूपांतर वायू H 2 आणि CO 2 च्या मिश्रणात करते. परंतु या प्रकरणात, पोर्टेबिलिटीबद्दल विचार करणे आधीच अधिक कठीण आहे - अशी उपकरणे स्थिर किंवा कार जनरेटर म्हणून वापरणे चांगले आहे, परंतु कॉम्पॅक्ट मोबाइल उपकरणांसाठी आपल्याला काहीतरी कमी अवजड आवश्यक आहे.
उत्प्रेरक
इंधन सेलमध्ये प्रतिक्रिया वाढविण्यासाठी, एनोड पृष्ठभागावर सामान्यतः उत्प्रेरकाने उपचार केले जाते. अलीकडे पर्यंत, प्लॅटिनमचा वापर उत्प्रेरक म्हणून केला जात होता. त्यामुळे इंधन सेलची किंमत जास्त होती. दुसरे म्हणजे, प्लॅटिनम हा तुलनेने दुर्मिळ धातू आहे. तज्ञांच्या मते, इंधन पेशींच्या औद्योगिक उत्पादनासह, प्लॅटिनमचे सिद्ध साठे 15-20 वर्षांत संपतील. पण जगभरातील शास्त्रज्ञ प्लॅटिनमच्या जागी इतर पदार्थ आणण्याचा प्रयत्न करत आहेत. तसे, त्यापैकी काहींनी चांगले परिणाम साध्य केले. म्हणून चिनी शास्त्रज्ञांनी प्लॅटिनमच्या जागी कॅल्शियम ऑक्साईड (स्रोत: www.cheburek.net).
इंधन सेल वापरणे
ऑटोमोटिव्ह तंत्रज्ञानातील पहिल्या इंधन सेलची 1959 मध्ये चाचणी घेण्यात आली. अॅलिस-चेंबर्स ट्रॅक्टरने चालवण्यासाठी 1008 बॅटरी वापरल्या. इंधन हे वायूंचे मिश्रण होते, प्रामुख्याने प्रोपेन आणि ऑक्सिजन.
स्रोत: http://www.planetseed.com/
60 च्या दशकाच्या मध्यापासून, "स्पेस रेस" च्या उंचीवर, अंतराळ यान निर्मात्यांना इंधन पेशींमध्ये रस निर्माण झाला. हजारो शास्त्रज्ञ आणि अभियंत्यांच्या कार्यामुळे आम्हाला नवीन स्तरावर पोहोचता आले आणि 1965 मध्ये. युनायटेड स्टेट्समध्ये मिथुन 5 अंतराळयानावर आणि नंतर अपोलो अंतराळयानावर चंद्रावर उड्डाण करण्यासाठी आणि शटल प्रोग्रामवर इंधन पेशींची चाचणी घेण्यात आली. यूएसएसआरमध्ये, एनपीओ क्वांट येथे इंधन सेल विकसित केले गेले होते, ते देखील अवकाशात वापरण्यासाठी (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/).
इंधन सेलमध्ये हायड्रोजन ज्वलनाचे अंतिम उत्पादन पाणी असल्याने, ते पर्यावरणीय प्रभावाच्या दृष्टीने सर्वात स्वच्छ मानले जाते. म्हणून, पर्यावरणातील सामान्य रूचीच्या पार्श्वभूमीवर इंधन पेशी लोकप्रिय होऊ लागल्या.
आधीच, होंडा, फोर्ड, निसान आणि मर्सिडीज-बेंझ सारख्या कार उत्पादकांनी हायड्रोजन इंधन सेलद्वारे समर्थित कार तयार केल्या आहेत.
मर्सिडीज-बेंझ - एनर-जी-फोर्स हायड्रोजनद्वारे समर्थित
हायड्रोजन कार वापरताना, हायड्रोजन स्टोरेजची समस्या सोडवली जाते. हायड्रोजन गॅस स्टेशनच्या बांधकामामुळे कुठेही इंधन भरणे शक्य होणार आहे. शिवाय, हायड्रोजनसह कारचे इंधन भरणे गॅस स्टेशनवर इलेक्ट्रिक कार चार्ज करण्यापेक्षा वेगवान आहे. पण असे प्रकल्प राबवताना आम्हाला इलेक्ट्रिक वाहनांसारखीच समस्या आली. जर त्यांच्यासाठी पायाभूत सुविधा असतील तर लोक हायड्रोजन कारकडे जाण्यास तयार आहेत. आणि पुरेसे ग्राहक असल्यास गॅस स्टेशनचे बांधकाम सुरू होईल. त्यामुळे आम्ही पुन्हा अंडी आणि कोंबडीच्या कोंडीत आलो.
मोबाईल फोन आणि लॅपटॉपमध्ये इंधन सेलचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो. आठवडय़ातून एकदा फोन चार्ज व्हायचा तो काळ आधीच निघून गेला आहे. आता फोन जवळजवळ दररोज चार्ज केला जातो आणि लॅपटॉप नेटवर्कशिवाय 3-4 तास काम करतो. म्हणून, मोबाइल तंत्रज्ञान उत्पादकांनी चार्जिंग आणि ऑपरेशनसाठी फोन आणि लॅपटॉपसह इंधन सेलचे संश्लेषण करण्याचा निर्णय घेतला. उदाहरणार्थ, 2003 मध्ये तोशिबा कंपनी. मिथेनॉल इंधन सेलचा तयार केलेला प्रोटोटाइप दाखवला. ते सुमारे 100 मेगावॅटची उर्जा निर्माण करते. एमपी3 प्लेयरच्या 20 तासांच्या ऑपरेशनसाठी 2 घन घन (99.5%) मिथेनॉलचे एक रिफिल पुरेसे आहे. पुन्हा, त्याच तोशिबाने 275x75x40mm आकाराच्या लॅपटॉपला पॉवर देण्यासाठी सेलचे प्रात्यक्षिक केले, ज्यामुळे संगणकाला एका चार्जवर 5 तास चालता येते.
पण काही उत्पादक पुढे गेले आहेत. पॉवरट्रेक कंपनीने याच नावाचा चार्जर जारी केला आहे. PowerTrekk हे जगातील पहिले वॉटर चार्जर आहे. हे वापरण्यास अतिशय सोपे आहे. यूएसबी कॉर्डद्वारे झटपट वीज पुरवण्यासाठी पॉवरट्रेकमध्ये पाणी जोडणे आवश्यक आहे. या इंधन सेलमध्ये सिलिकॉन पावडर आणि सोडियम सिलिसाईड (NaSi) असतात जेव्हा पाण्यात मिसळले जाते तेव्हा ते मिश्रण हायड्रोजन तयार करते. इंधन सेलमध्येच हायड्रोजन हवेत मिसळला जातो आणि तो पंखे किंवा पंपांशिवाय त्याच्या झिल्ली-प्रोटॉन एक्सचेंजद्वारे हायड्रोजनचे विजेमध्ये रूपांतर करतो. तुम्ही असा पोर्टेबल चार्जर 149 € मध्ये खरेदी करू शकता (
इंधन पेशी (इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर) ऊर्जा निर्मितीची अतिशय कार्यक्षम, टिकाऊ, विश्वासार्ह आणि पर्यावरणास अनुकूल पद्धत दर्शवतात. सुरुवातीला, ते केवळ अंतराळ उद्योगात वापरले जात होते, परंतु आज इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर विविध क्षेत्रांमध्ये वाढत्या प्रमाणात वापरले जात आहेत: मोबाइल फोन आणि लॅपटॉपसाठी वीज पुरवठा, वाहन इंजिन, इमारतींसाठी स्वायत्त उर्जा स्त्रोत आणि स्थिर उर्जा संयंत्रे. यापैकी काही उपकरणे प्रयोगशाळेतील प्रोटोटाइप म्हणून काम करतात, तर काही प्रात्यक्षिक हेतूंसाठी वापरली जातात किंवा पूर्व-उत्पादन चाचणी घेतात. तथापि, अनेक मॉडेल्स आधीपासूनच व्यावसायिक प्रकल्पांमध्ये वापरली जातात आणि मोठ्या प्रमाणात उत्पादित केली जातात.
डिव्हाइस
इंधन पेशी ही विद्युत रासायनिक उपकरणे आहेत जी विद्यमान रासायनिक उर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये उच्च रूपांतरण दर प्रदान करण्यास सक्षम आहेत.
इंधन सेल डिव्हाइसमध्ये तीन मुख्य भाग समाविष्ट आहेत:
- वीज निर्मिती विभाग;
- सीपीयू;
- व्होल्टेज ट्रान्सफॉर्मर.
इंधन सेलचा मुख्य भाग ऊर्जा निर्मिती विभाग आहे, जो वैयक्तिक इंधन पेशींनी बनलेली बॅटरी आहे. इंधन सेल इलेक्ट्रोडच्या संरचनेत प्लॅटिनम उत्प्रेरक समाविष्ट आहे. या पेशींचा वापर करून, एक स्थिर विद्युत प्रवाह तयार केला जातो.
या उपकरणांपैकी एकामध्ये खालील वैशिष्ट्ये आहेत: 155 व्होल्टच्या व्होल्टेजवर, 1400 अँपिअर तयार होतात. बॅटरीची परिमाणे रुंदी आणि उंची 0.9 मीटर आणि लांबी 2.9 मीटर आहेत. त्यातील इलेक्ट्रोकेमिकल प्रक्रिया 177 डिग्री सेल्सिअस तापमानात चालते, ज्यासाठी स्टार्ट-अपच्या वेळी बॅटरी गरम करणे आवश्यक आहे, तसेच ऑपरेशन दरम्यान उष्णता काढून टाकणे आवश्यक आहे. या उद्देशासाठी, इंधन सेलमध्ये स्वतंत्र वॉटर सर्किट समाविष्ट केले आहे आणि बॅटरी विशेष कूलिंग प्लेट्ससह सुसज्ज आहे.
इंधन प्रक्रिया नैसर्गिक वायूचे हायड्रोजनमध्ये रूपांतर करते, जी इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियासाठी आवश्यक असते. इंधन प्रोसेसरचा मुख्य घटक सुधारक आहे. त्यामध्ये, नैसर्गिक वायू (किंवा इतर हायड्रोजन युक्त इंधन) उच्च दाब आणि उच्च तापमानात (सुमारे 900 डिग्री सेल्सिअस) निकेल उत्प्रेरकाच्या कृती अंतर्गत पाण्याच्या वाफेशी संवाद साधतो.
सुधारकाचे आवश्यक तापमान राखण्यासाठी बर्नर आहे. सुधारणेसाठी आवश्यक असलेली वाफ कंडेन्सेटपासून तयार केली जाते. इंधन सेल बॅटरीमध्ये एक अस्थिर डायरेक्ट करंट तयार होतो आणि व्होल्टेज कन्व्हर्टर वापरला जातो.
व्होल्टेज कन्व्हर्टर ब्लॉकमध्ये देखील आहेतः
- नियंत्रण साधने.
- सुरक्षा इंटरलॉक सर्किट जे विविध दोषांदरम्यान इंधन सेल बंद करतात.
ऑपरेटिंग तत्त्व
सर्वात सोपा प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन सेलमध्ये पॉलिमर झिल्ली असते जी एनोड आणि कॅथोड, तसेच कॅथोड आणि एनोड उत्प्रेरक यांच्यामध्ये असते. पॉलिमर झिल्ली इलेक्ट्रोलाइट म्हणून वापरली जाते.
- प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली लहान जाडीच्या पातळ घन सेंद्रिय संयुगासारखी दिसते. हा पडदा इलेक्ट्रोलाइट म्हणून काम करतो; पाण्याच्या उपस्थितीत, ते पदार्थाला नकारात्मक आणि सकारात्मक चार्ज केलेल्या आयनांमध्ये वेगळे करते.
- ऑक्सिडेशन एनोडपासून सुरू होते आणि कॅथोडमध्ये घट होते. पीईएम सेलमधील कॅथोड आणि एनोड सच्छिद्र सामग्रीपासून बनलेले आहेत; ते प्लॅटिनम आणि कार्बन कणांचे मिश्रण आहे. प्लॅटिनम उत्प्रेरक म्हणून कार्य करते, जे पृथक्करण प्रतिक्रियेला प्रोत्साहन देते. कॅथोड आणि एनोड सच्छिद्र बनवले जातात जेणेकरून ऑक्सिजन आणि हायड्रोजन त्यांच्यामधून मुक्तपणे जातात.
- एनोड आणि कॅथोड दोन धातूच्या प्लेट्समध्ये स्थित आहेत, ते कॅथोड आणि एनोडला ऑक्सिजन आणि हायड्रोजन पुरवतात आणि विद्युत ऊर्जा, उष्णता आणि पाणी काढून टाकतात.
- प्लेटमधील चॅनेलद्वारे, हायड्रोजन रेणू एनोडमध्ये प्रवेश करतात, जेथे रेणू अणूंमध्ये विघटित होतात.
- उत्प्रेरकाच्या प्रभावाखाली केमिसॉर्प्शनच्या परिणामी, हायड्रोजन अणू सकारात्मक चार्ज केलेल्या हायड्रोजन आयन H+ मध्ये रूपांतरित होतात, म्हणजेच प्रोटॉन.
- प्रोटॉन झिल्लीद्वारे कॅथोडमध्ये पसरतात आणि इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह एका विशेष बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे कॅथोडमध्ये जातो. एक भार त्याच्याशी जोडलेला आहे, म्हणजेच विद्युत ऊर्जेचा ग्राहक.
- ऑक्सिजन, जो कॅथोडला पुरवला जातो, एक्सपोजरवर, बाहेरील इलेक्ट्रिकल सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन आणि प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीमधून हायड्रोजन आयनसह रासायनिक अभिक्रियामध्ये प्रवेश करतो. या रासायनिक अभिक्रियेचा परिणाम म्हणून, पाणी दिसते.
इतर प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये (उदाहरणार्थ, ऑर्थोफॉस्फोरिक ऍसिड H3PO4 स्वरूपात अम्लीय इलेक्ट्रोलाइटसह) उद्भवणारी रासायनिक प्रतिक्रिया प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्लीसह उपकरणाच्या प्रतिक्रियेशी पूर्णपणे एकसारखी असते.
प्रकार
सध्या, अनेक प्रकारचे इंधन पेशी ज्ञात आहेत, जे वापरलेल्या इलेक्ट्रोलाइटच्या रचनेत भिन्न आहेत:
- ऑर्थोफॉस्फोरिक किंवा फॉस्फोरिक ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी (PAFC, फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी).
- प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (पीईएमएफसी, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल) असलेली उपकरणे.
- सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC, सॉलिड ऑक्साइड इंधन पेशी).
- वितळलेल्या कार्बोनेटवर आधारित इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर (MCFC, वितळलेले कार्बोनेट इंधन पेशी).
सध्या, PAFC तंत्रज्ञानाचा वापर करणारे इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर अधिक व्यापक झाले आहेत.
अर्ज
आज, स्पेस शटल, पुन्हा वापरता येण्याजोग्या स्पेसक्राफ्टमध्ये इंधन पेशी वापरल्या जातात. ते 12 W युनिट वापरतात. ते अवकाशयानावरील सर्व वीज निर्माण करतात. इलेक्ट्रोकेमिकल रिअॅक्शन दरम्यान तयार होणारे पाणी पिण्यासाठी, कूलिंग उपकरणांसह वापरले जाते.
इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटरचा वापर सोव्हिएत बुरान या पुन्हा वापरता येण्याजोग्या अवकाशयानाला उर्जा देण्यासाठी देखील केला गेला.
नागरी क्षेत्रात इंधन सेल देखील वापरले जातात.
- 5-250 kW आणि त्याहून अधिक शक्तीसह स्थिर स्थापना. ते औद्योगिक, सार्वजनिक आणि निवासी इमारतींना उष्णता आणि वीज पुरवठा, आपत्कालीन आणि बॅकअप वीज पुरवठा आणि अखंड वीज पुरवठ्यासाठी स्वायत्त स्रोत म्हणून वापरले जातात.
- 1-50 kW च्या पॉवरसह पोर्टेबल युनिट्स. ते अंतराळ उपग्रह आणि जहाजांसाठी वापरले जातात. गोल्फ कार्ट्स, व्हीलचेअर्स, रेल्वे आणि फ्रेट रेफ्रिजरेटर्स आणि रस्त्याच्या चिन्हांसाठी उदाहरणे तयार केली जातात.
- 25-150 kW च्या पॉवरसह मोबाइल इंस्टॉलेशन्स. ते कार आणि इतर वाहनांसह लष्करी जहाजे आणि पाणबुड्यांमध्ये वापरले जाऊ लागले आहेत. रेनॉल्ट, निओप्लान, टोयोटा, फोक्सवॅगन, ह्युंदाई, निसान, व्हीएझेड, जनरल मोटर्स, होंडा, फोर्ड आणि इतर सारख्या ऑटोमोटिव्ह दिग्गजांनी प्रोटोटाइप आधीच तयार केले आहेत.
- 1-500 W च्या पॉवरसह सूक्ष्म उपकरणे. त्यांना प्रगत हँडहेल्ड संगणक, लॅपटॉप, ग्राहक इलेक्ट्रॉनिक उपकरणे, मोबाइल फोन आणि आधुनिक लष्करी उपकरणांमध्ये अनुप्रयोग सापडतो.
वैशिष्ठ्य
- प्रत्येक इंधन सेलमधील रासायनिक अभिक्रियामधून काही ऊर्जा उष्णता म्हणून सोडली जाते. रेफ्रिजरेशन आवश्यक. बाह्य सर्किटमध्ये, इलेक्ट्रॉनचा प्रवाह थेट प्रवाह तयार करतो जो काम करण्यासाठी वापरला जातो. हायड्रोजन आयनची हालचाल थांबवणे किंवा बाह्य सर्किट उघडणे रासायनिक अभिक्रिया थांबवते.
- इंधन पेशी निर्माण होणाऱ्या विजेचे प्रमाण गॅसचा दाब, तापमान, भौमितिक परिमाणे आणि इंधन सेलचा प्रकार यांद्वारे निर्धारित केले जाते. प्रतिक्रियेद्वारे उत्पादित विजेचे प्रमाण वाढविण्यासाठी, इंधन पेशी मोठ्या केल्या जाऊ शकतात, परंतु सराव मध्ये अनेक पेशी वापरल्या जातात, ज्या बॅटरीमध्ये एकत्रित केल्या जातात.
- काही प्रकारच्या इंधन पेशींमधील रासायनिक प्रक्रिया उलट होऊ शकते. म्हणजेच, जेव्हा इलेक्ट्रोड्सवर संभाव्य फरक लागू केला जातो तेव्हा पाण्याचे ऑक्सिजन आणि हायड्रोजनमध्ये विघटन होऊ शकते, जे सच्छिद्र इलेक्ट्रोडवर गोळा केले जाईल. लोड चालू असताना, अशा इंधन सेलमधून विद्युत ऊर्जा निर्माण होईल.
संभावना
सध्या, इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटरला उर्जेचा मुख्य स्त्रोत म्हणून वापरण्यासाठी मोठ्या प्रारंभिक खर्चाची आवश्यकता आहे. उच्च चालकता, कार्यक्षम आणि स्वस्त उत्प्रेरक आणि हायड्रोजनचे पर्यायी स्त्रोत असलेल्या अधिक स्थिर पडद्याच्या परिचयाने, इंधन पेशी अत्यंत आर्थिकदृष्ट्या आकर्षक बनतील आणि सर्वत्र लागू केले जातील.
- कार इंधन पेशींवर चालतील; अंतर्गत ज्वलन इंजिन अजिबात नसतील. पाणी किंवा सॉलिड-स्टेट हायड्रोजनचा वापर ऊर्जा स्त्रोत म्हणून केला जाईल. इंधन भरणे सोपे आणि सुरक्षित असेल आणि वाहन चालविणे पर्यावरणास अनुकूल असेल - फक्त पाण्याची वाफ तयार केली जाईल.
- सर्व इमारतींमध्ये त्यांचे स्वतःचे पोर्टेबल इंधन सेल पॉवर जनरेटर असतील.
- इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर सर्व बॅटरी बदलतील आणि कोणत्याही इलेक्ट्रॉनिक्स आणि घरगुती उपकरणांमध्ये स्थापित केले जातील.
फायदे आणि तोटे
प्रत्येक प्रकारच्या इंधन सेलचे स्वतःचे तोटे आणि फायदे आहेत. काहींना उच्च दर्जाचे इंधन आवश्यक असते, इतरांना जटिल डिझाइन असते आणि त्यांना उच्च ऑपरेटिंग तापमान आवश्यक असते.
सर्वसाधारणपणे, इंधन पेशींचे खालील फायदे लक्षात घेतले जाऊ शकतात:
- पर्यावरणीय सुरक्षा;
- इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटरला रिचार्ज करण्याची आवश्यकता नाही;
- इलेक्ट्रोकेमिकल जनरेटर सतत ऊर्जा तयार करू शकतात, त्यांना बाह्य परिस्थितीची काळजी नाही;
- स्केल आणि पोर्टेबिलिटीमध्ये लवचिकता.
तोटे हे आहेत:
- इंधन साठवण आणि वाहतुकीमध्ये तांत्रिक अडचणी;
- डिव्हाइसचे अपूर्ण घटक: उत्प्रेरक, पडदा इ.
इंधन सेल ( इंधन सेल) रासायनिक ऊर्जेचे विद्युत उर्जेमध्ये रूपांतर करणारे उपकरण आहे. हे तत्त्वतः पारंपारिक बॅटरीसारखेच आहे, परंतु त्याच्या ऑपरेशनमध्ये इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया होण्यासाठी बाहेरून पदार्थांचा सतत पुरवठा आवश्यक आहे. हायड्रोजन आणि ऑक्सिजन इंधन पेशींना पुरवले जाते आणि आउटपुट वीज, पाणी आणि उष्णता आहे. त्यांच्या फायद्यांमध्ये पर्यावरण मित्रत्व, विश्वासार्हता, टिकाऊपणा आणि ऑपरेशन सुलभतेचा समावेश आहे. पारंपारिक बॅटरीच्या विपरीत, इलेक्ट्रोकेमिकल कन्व्हर्टर्स जोपर्यंत इंधन पुरवले जाते तोपर्यंत ते अक्षरशः अनिश्चित काळासाठी कार्य करू शकतात. पूर्ण चार्ज होईपर्यंत त्यांना तासभर चार्ज करण्याची गरज नाही. शिवाय, इंजिन बंद असताना कार पार्क केलेली असताना सेल स्वतः बॅटरी चार्ज करू शकतात.
हायड्रोजन वाहनांमध्ये सर्वाधिक प्रमाणात वापरल्या जाणार्‍या इंधन पेशी म्हणजे प्रोटॉन झिल्ली इंधन पेशी (PEMFCs) आणि सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFCs).
प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इंधन सेल खालीलप्रमाणे कार्य करते. एनोड आणि कॅथोड दरम्यान एक विशेष झिल्ली आणि प्लॅटिनम-लेपित उत्प्रेरक आहे. हायड्रोजनचा पुरवठा एनोडला केला जातो आणि ऑक्सिजन (उदाहरणार्थ, हवेतून) कॅथोडला पुरवला जातो. एनोडवर, हायड्रोजन उत्प्रेरकाच्या मदतीने प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विघटित होतो. हायड्रोजन प्रोटॉन झिल्लीतून जातात आणि कॅथोडपर्यंत पोहोचतात आणि इलेक्ट्रॉन्स बाह्य सर्किटमध्ये हस्तांतरित केले जातात (पडदा त्यांना जाऊ देत नाही). अशा प्रकारे प्राप्त झालेल्या संभाव्य फरकामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. कॅथोड बाजूला, हायड्रोजन प्रोटॉन ऑक्सिजनद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जातात. परिणामी, पाण्याची वाफ दिसून येते, जी कार एक्झॉस्ट गॅसचा मुख्य घटक आहे. उच्च कार्यक्षमतेसह, पीईएम पेशींमध्ये एक महत्त्वपूर्ण कमतरता आहे - त्यांच्या ऑपरेशनसाठी शुद्ध हायड्रोजन आवश्यक आहे, ज्याची साठवण ही एक गंभीर समस्या आहे.
या पेशींमध्ये महागड्या प्लॅटिनमची जागा घेणारा असा उत्प्रेरक आढळल्यास, वीज निर्मितीसाठी एक स्वस्त इंधन सेल त्वरित तयार होईल, म्हणजे जगाची तेल अवलंबित्वातून सुटका होईल.
सॉलिड ऑक्साईड पेशी
सॉलिड ऑक्साईड SOFC पेशी इंधनाच्या शुद्धतेवर कमी मागणी करतात. याव्यतिरिक्त, POX सुधारक (आंशिक ऑक्सिडेशन) वापरल्याबद्दल धन्यवाद, अशा पेशी इंधन म्हणून नियमित गॅसोलीन वापरू शकतात. गॅसोलीनचे थेट विजेमध्ये रूपांतर करण्याची प्रक्रिया खालीलप्रमाणे आहे. एका विशेष उपकरणात - एक सुधारक, सुमारे 800 डिग्री सेल्सियस तापमानात, गॅसोलीन बाष्पीभवन होते आणि त्याच्या घटक घटकांमध्ये विघटित होते.
हे हायड्रोजन आणि कार्बन डायऑक्साइड सोडते. पुढे, तापमानाच्या प्रभावाखाली आणि थेट SOFC वापरून (झिरकोनियम ऑक्साईडवर आधारित सच्छिद्र सिरेमिक सामग्रीचा समावेश आहे), हायड्रोजन हवेतील ऑक्सिजनद्वारे ऑक्सिडाइझ केले जाते. गॅसोलीनमधून हायड्रोजन मिळविल्यानंतर, वर वर्णन केलेल्या परिस्थितीनुसार प्रक्रिया चालू राहते, फक्त एका फरकासह: SOFC इंधन सेल, हायड्रोजनवर कार्य करणार्‍या उपकरणांच्या विपरीत, मूळ इंधनातील अशुद्धतेसाठी कमी संवेदनशील असतो. त्यामुळे गॅसोलीनच्या गुणवत्तेचा इंधन सेलच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम होऊ नये.
SOFC चे उच्च ऑपरेटिंग तापमान (650-800 अंश) ही एक महत्त्वपूर्ण कमतरता आहे; वॉर्म-अप प्रक्रियेस सुमारे 20 मिनिटे लागतात. परंतु अतिरिक्त उष्णता ही समस्या नाही, कारण ती सुधारक आणि इंधन सेलद्वारे तयार केलेली उर्वरित हवा आणि एक्झॉस्ट वायूंद्वारे पूर्णपणे काढून टाकली जाते. हे SOFC सिस्टीमला थर्मली इन्सुलेटेड हाऊसिंगमध्ये स्वतंत्र यंत्र म्हणून वाहनात समाकलित करण्याची परवानगी देते.
मॉड्युलर स्ट्रक्चर तुम्हाला मालिकेतील मानक सेलच्या संचाला जोडून आवश्यक व्होल्टेज प्राप्त करण्यास अनुमती देते. आणि, कदाचित सर्वात महत्वाचे म्हणजे अशा उपकरणांच्या अंमलबजावणीच्या दृष्टिकोनातून, SOFC मध्ये फार महाग प्लॅटिनम-आधारित इलेक्ट्रोड नसतात. या घटकांची उच्च किंमत ही PEMFC तंत्रज्ञानाच्या विकास आणि प्रसारातील अडथळ्यांपैकी एक आहे.
इंधन पेशींचे प्रकार
सध्या, खालील प्रकारचे इंधन पेशी आहेत:
- A.F.C.- अल्कधर्मी इंधन सेल (अल्कलाइन इंधन सेल);
- PAFC- फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन सेल (फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन सेल);
- PEMFC- प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल (प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेनसह इंधन सेल);
- DMFC- डायरेक्ट मिथेनॉल फ्युएल सेल (मिथेनॉलच्या थेट ब्रेकडाउनसह इंधन सेल);
- MCFC- वितळलेले कार्बोनेट इंधन सेल (वितळलेल्या कार्बोनेटचे इंधन सेल);
- SOFC- सॉलिड ऑक्साइड इंधन सेल (सॉलिड ऑक्साइड इंधन सेल).
इंधन पेशी/पेशींचे फायदे
इंधन सेल/सेल हे असे उपकरण आहे जे इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे हायड्रोजन-समृद्ध इंधनापासून थेट विद्युत प्रवाह आणि उष्णता कार्यक्षमतेने तयार करते.
इंधन सेल हे बॅटरीसारखेच असते ज्यामध्ये रासायनिक अभिक्रियेद्वारे थेट विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. इंधन सेलमध्ये एनोड, कॅथोड आणि इलेक्ट्रोलाइट समाविष्ट आहे. तथापि, बॅटरीच्या विपरीत, इंधन पेशी विद्युत ऊर्जा साठवू शकत नाहीत आणि डिस्चार्ज करत नाहीत किंवा रिचार्ज करण्यासाठी विजेची आवश्यकता नसते. जोपर्यंत त्यांना इंधन आणि हवेचा पुरवठा आहे तोपर्यंत इंधन पेशी/पेशी सतत वीज निर्माण करू शकतात.
इतर उर्जा जनरेटरच्या विपरीत, जसे की अंतर्गत ज्वलन इंजिन किंवा गॅस, कोळसा, इंधन तेल इत्यादीद्वारे समर्थित टर्बाइन, इंधन पेशी/पेशी इंधन जळत नाहीत. याचा अर्थ गोंगाट करणारा उच्च दाब रोटर्स नाही, मोठा एक्झॉस्ट आवाज नाही, कंपन नाही. इंधन पेशी/पेशी मूक इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियाद्वारे वीज निर्माण करतात. इंधन पेशी/पेशींचे आणखी एक वैशिष्ट्य म्हणजे ते इंधनाची रासायनिक ऊर्जा थेट वीज, उष्णता आणि पाण्यात रूपांतरित करतात.
इंधन पेशी अत्यंत कार्यक्षम असतात आणि कार्बन डायऑक्साइड, मिथेन आणि नायट्रस ऑक्साईड यांसारख्या मोठ्या प्रमाणात हरितगृह वायू तयार करत नाहीत. ऑपरेशन दरम्यान केवळ उत्सर्जन उत्पादने म्हणजे वाफेच्या स्वरूपात पाणी आणि थोड्या प्रमाणात कार्बन डायऑक्साइड, जर शुद्ध हायड्रोजन इंधन म्हणून वापरला गेला तर ते सोडले जात नाही. इंधन घटक/पेशी असेंब्लीमध्ये आणि नंतर वैयक्तिक कार्यात्मक मॉड्यूलमध्ये एकत्र केल्या जातात.
इंधन पेशी/पेशींच्या विकासाचा इतिहास
1950 आणि 1960 च्या दशकात, नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस अॅडमिनिस्ट्रेशन (NASA) च्या दीर्घ कालावधीच्या अंतराळ मोहिमांसाठी ऊर्जा स्त्रोतांच्या गरजेतून इंधन पेशींसाठी सर्वात जास्त आव्हाने उभी राहिली. नासाचा अल्कधर्मी इंधन सेल हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनचा वापर इलेक्ट्रोकेमिकल अभिक्रियामध्ये दोन रासायनिक घटक एकत्र करून इंधन म्हणून करते. अंतराळ उड्डाणातील प्रतिक्रियेचे आउटपुट तीन उपयुक्त उपउत्पादने आहेत - अंतराळ यानाला शक्ती देण्यासाठी वीज, पिण्यासाठी पाणी आणि कूलिंग सिस्टम आणि अंतराळवीरांना उबदार करण्यासाठी उष्णता.
इंधन पेशींचा शोध 19 व्या शतकाच्या सुरूवातीस आहे. इंधन पेशींच्या प्रभावाचा पहिला पुरावा 1838 मध्ये प्राप्त झाला.
1930 च्या दशकाच्या उत्तरार्धात, अल्कधर्मी इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशींवर काम सुरू झाले आणि 1939 पर्यंत उच्च-दाब निकेल-प्लेटेड इलेक्ट्रोड वापरून एक सेल तयार केला गेला. दुसऱ्या महायुद्धादरम्यान, ब्रिटीश नेव्ही पाणबुड्यांसाठी इंधन पेशी/पेशी विकसित करण्यात आल्या आणि 1958 मध्ये फक्त 25 सेमीपेक्षा जास्त व्यास असलेल्या अल्कधर्मी इंधन पेशी/पेशींचा समावेश असलेली इंधन असेंब्ली सुरू करण्यात आली.
1950 आणि 1960 च्या दशकात आणि 1980 च्या दशकात जेव्हा औद्योगिक जगताला पेट्रोलियम इंधनाचा तुटवडा जाणवला तेव्हा व्याज वाढले. त्याच कालावधीत, जागतिक देश देखील वायू प्रदूषणाच्या समस्येबद्दल चिंतित झाले आणि त्यांनी पर्यावरणास अनुकूल पद्धतीने वीज निर्मितीच्या मार्गांचा विचार केला. इंधन सेल तंत्रज्ञान सध्या वेगाने विकसित होत आहे.
इंधन पेशी/पेशींचे ऑपरेटिंग तत्त्व
इलेक्ट्रोलाइट, कॅथोड आणि एनोड वापरून इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया झाल्यामुळे इंधन पेशी/पेशी वीज आणि उष्णता निर्माण करतात.
एनोड आणि कॅथोड इलेक्ट्रोलाइटद्वारे वेगळे केले जातात जे प्रोटॉनचे संचालन करतात. हायड्रोजन एनोडमध्ये आणि ऑक्सिजन कॅथोडमध्ये वाहल्यानंतर, रासायनिक प्रतिक्रिया सुरू होते, परिणामी विद्युत प्रवाह, उष्णता आणि पाणी तयार होते.
एनोड उत्प्रेरकावर, आण्विक हायड्रोजन विलग होतो आणि इलेक्ट्रॉन गमावतो. हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) इलेक्ट्रोलाइटद्वारे कॅथोडपर्यंत चालवले जातात, तर इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि बाह्य इलेक्ट्रिकल सर्किटमधून प्रवास करतात, ज्यामुळे उपकरणांना उर्जा देण्यासाठी वापरता येणारा थेट प्रवाह तयार होतो. कॅथोड उत्प्रेरकावर, एक ऑक्सिजन रेणू इलेक्ट्रॉन (ज्याचा पुरवठा बाह्य संप्रेषणातून केला जातो) आणि येणारा प्रोटॉन यांच्याशी होतो आणि पाणी बनवते, जे एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पादन आहे (वाष्प आणि/किंवा द्रव स्वरूपात).
खाली संबंधित प्रतिक्रिया आहे:
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H+ + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 4H+ + 4e - => 2H 2 O
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
इंधन घटक/पेशींचे प्रकार आणि विविधता
ज्याप्रमाणे अंतर्गत ज्वलन इंजिनचे विविध प्रकार आहेत, त्याचप्रमाणे विविध प्रकारचे इंधन पेशी आहेत - योग्य प्रकारचे इंधन सेल निवडणे हे त्याच्या वापरावर अवलंबून असते.
इंधन पेशी उच्च तापमान आणि कमी तापमानात विभागली जातात. कमी तापमानाच्या इंधन पेशींना इंधन म्हणून तुलनेने शुद्ध हायड्रोजनची आवश्यकता असते. याचा अर्थ असा होतो की प्राथमिक इंधन (जसे की नैसर्गिक वायू) शुद्ध हायड्रोजनमध्ये रूपांतरित करण्यासाठी इंधन प्रक्रिया आवश्यक असते. ही प्रक्रिया अतिरिक्त ऊर्जा वापरते आणि विशेष उपकरणे आवश्यक असतात. उच्च तापमानाच्या इंधन पेशींना या अतिरिक्त प्रक्रियेची आवश्यकता नसते कारण ते भारदस्त तापमानात इंधनाचे "अंतर्गत रूपांतर" करू शकतात, म्हणजे हायड्रोजन पायाभूत सुविधांमध्ये गुंतवणूक करण्याची आवश्यकता नाही.
वितळलेले कार्बोनेट इंधन पेशी/पेशी (MCFC)
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी उच्च तापमानाच्या इंधन पेशी असतात. उच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन प्रोसेसरशिवाय नैसर्गिक वायूचा थेट वापर करण्यास आणि औद्योगिक प्रक्रिया आणि इतर स्त्रोतांकडून कमी उष्मांक मूल्याच्या इंधन वायूचा वापर करण्यास अनुमती देते.
RCFC चे ऑपरेशन इतर इंधन पेशींपेक्षा वेगळे आहे. या पेशी वितळलेल्या कार्बोनेट क्षारांच्या मिश्रणापासून बनवलेले इलेक्ट्रोलाइट वापरतात. सध्या, दोन प्रकारचे मिश्रण वापरले जातात: लिथियम कार्बोनेट आणि पोटॅशियम कार्बोनेट किंवा लिथियम कार्बोनेट आणि सोडियम कार्बोनेट. कार्बोनेट क्षार वितळण्यासाठी आणि इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रमाणात आयन गतिशीलता प्राप्त करण्यासाठी, वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी उच्च तापमानात (650°C) कार्य करतात. कार्यक्षमता 60-80% दरम्यान बदलते.
650°C तापमानाला गरम केल्यावर, क्षार कार्बोनेट आयन (CO 3 2-) साठी वाहक बनतात. हे आयन कॅथोडपासून अॅनोडमध्ये जातात, जेथे ते हायड्रोजनसह पाणी, कार्बन डायऑक्साइड आणि मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. हे इलेक्ट्रॉन्स बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे कॅथोडला परत पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह आणि उप-उत्पादन म्हणून उष्णता निर्माण होते.
एनोडवर प्रतिक्रिया: CO 3 2- + H 2 => H 2 O + CO 2 + 2e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2O 2 + 2e - => CO 3 2-
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: H 2 (g) + 1/2O 2 (g) + CO 2 (कॅथोड) => H 2 O (g) + CO 2 (एनोड)
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या उच्च ऑपरेटिंग तापमानाचे काही फायदे आहेत. उच्च तापमानात, नैसर्गिक वायूमध्ये आंतरिक सुधारणा केली जाते, ज्यामुळे इंधन प्रोसेसरची आवश्यकता दूर होते. याव्यतिरिक्त, फायद्यांमध्ये इलेक्ट्रोडवर स्टेनलेस स्टील शीट आणि निकेल उत्प्रेरक यासारख्या मानक बांधकाम साहित्य वापरण्याची क्षमता समाविष्ट आहे. कचऱ्याची उष्णता विविध औद्योगिक आणि व्यावसायिक कारणांसाठी उच्च दाबाची वाफ निर्माण करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.
इलेक्ट्रोलाइटमध्ये उच्च प्रतिक्रिया तापमान देखील त्यांचे फायदे आहेत. उच्च तापमानाच्या वापरासाठी इष्टतम ऑपरेटिंग परिस्थिती साध्य करण्यासाठी महत्त्वपूर्ण वेळ आवश्यक आहे आणि ऊर्जा वापरातील बदलांना सिस्टम अधिक हळू प्रतिसाद देते. ही वैशिष्ट्ये स्थिर उर्जा परिस्थितीत वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स वापरण्याची परवानगी देतात. उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइडला इंधन सेलचे नुकसान होण्यापासून प्रतिबंधित करते.
वितळलेल्या कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइटसह इंधन पेशी मोठ्या स्थिर प्रतिष्ठापनांमध्ये वापरण्यासाठी योग्य आहेत. 3.0 मेगावॅटच्या विद्युत आउटपुट पॉवरसह औष्णिक ऊर्जा प्रकल्प व्यावसायिकरित्या उत्पादित केले जातात. 110 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवरसह स्थापना विकसित केली जात आहेत.
फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी/पेशी (PAFC)
फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिड इंधन पेशी व्यावसायिक वापरासाठी प्रथम इंधन पेशी होत्या.
फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिड इंधन पेशी ऑर्थोफॉस्फोरिक ऍसिड (H 3 PO 4) वर आधारित इलेक्ट्रोलाइट वापरतात ज्याची एकाग्रता 100% पर्यंत असते. फॉस्फोरिक ऍसिडची आयनिक चालकता कमी तापमानात कमी असते, या कारणास्तव या इंधन पेशींचा वापर 150-220°C पर्यंत तापमानात केला जातो.
या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक हायड्रोजन (H+, प्रोटॉन) आहे. प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली असलेल्या इंधन पेशींमध्ये अशीच प्रक्रिया उद्भवते, ज्यामध्ये एनोडला पुरवठा केलेला हायड्रोजन प्रोटॉन आणि इलेक्ट्रॉनमध्ये विभागला जातो. प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइटमधून प्रवास करतात आणि कॅथोडमधील हवेतील ऑक्सिजनसह पाणी तयार करतात. इलेक्ट्रॉन बाहेरील इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे पाठवले जातात, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. खाली विद्युत प्रवाह आणि उष्णता निर्माण करणाऱ्या प्रतिक्रिया आहेत.
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2 H 2 O
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
विद्युत ऊर्जा निर्माण करताना फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशींची कार्यक्षमता 40% पेक्षा जास्त असते. उष्णता आणि विजेच्या एकत्रित उत्पादनासह, एकूण कार्यक्षमता सुमारे 85% आहे. याव्यतिरिक्त, ऑपरेटिंग तापमान दिल्यास, कचरा उष्णता पाणी गरम करण्यासाठी आणि वातावरणातील दाब वाफ तयार करण्यासाठी वापरली जाऊ शकते.
थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल उर्जेच्या एकत्रित उत्पादनामध्ये फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) ऍसिडवर आधारित इंधन पेशी वापरून थर्मल पॉवर प्लांटची उच्च कार्यक्षमता हा या प्रकारच्या इंधन पेशींचा एक फायदा आहे. युनिट्स सुमारे 1.5% च्या एकाग्रतेसह कार्बन मोनोऑक्साइड वापरतात, ज्यामुळे इंधनाच्या निवडीचा लक्षणीय विस्तार होतो. याव्यतिरिक्त, सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट आणि इंधन सेलच्या ऑपरेशनवर परिणाम करत नाही; या प्रकारचे सेल सुधारित नैसर्गिक इंधनासह कार्य करते. साधी रचना, कमी प्रमाणात इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता आणि वाढलेली स्थिरता हे देखील या प्रकारच्या इंधन सेलचे फायदे आहेत.
500 kW पर्यंत विद्युत उत्पादन शक्ती असलेले थर्मल पॉवर प्लांट व्यावसायिकरित्या उत्पादित केले जातात. 11 मेगावॅटच्या आस्थापनांनी योग्य चाचण्या पार केल्या आहेत. 100 मेगावॅट पर्यंत आउटपुट पॉवरसह इंस्टॉलेशन विकसित केले जात आहेत.
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी/पेशी (SOFC)
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी हे सर्वोच्च ऑपरेटिंग तापमान इंधन पेशी आहेत. ऑपरेटिंग तापमान 600°C ते 1000°C पर्यंत बदलू शकते, ज्यामुळे विशेष पूर्व-उपचारांशिवाय विविध प्रकारचे इंधन वापरता येते. अशा उच्च तापमानांना हाताळण्यासाठी, वापरलेले इलेक्ट्रोलाइट हे सिरेमिक बेसवर पातळ घन धातूचे ऑक्साईड असते, बहुतेक वेळा य्ट्रियम आणि झिरकोनियमचे मिश्र धातु असते, जे ऑक्सिजन आयन (O2-) चे वाहक असते.
घन इलेक्ट्रोलाइट गॅसचे एका इलेक्ट्रोडपासून दुस-या इलेक्ट्रोडमध्ये सीलबंद संक्रमण प्रदान करते, तर द्रव इलेक्ट्रोलाइट्स छिद्रयुक्त सब्सट्रेटमध्ये स्थित असतात. या प्रकारच्या इंधन पेशींमध्ये चार्ज वाहक ऑक्सिजन आयन (O 2-) आहे. कॅथोडवर, हवेतील ऑक्सिजनचे रेणू ऑक्सिजन आयन आणि चार इलेक्ट्रॉनमध्ये वेगळे केले जातात. ऑक्सिजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हायड्रोजनसह एकत्र होतात, चार मुक्त इलेक्ट्रॉन तयार करतात. इलेक्ट्रॉन बाहेरील इलेक्ट्रिकल सर्किटद्वारे पाठवले जातात, विद्युत प्रवाह आणि कचरा उष्णता निर्माण करतात.
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 2O 2- => 2H 2 O + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 4e - => 2O 2-
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
उत्पादित विद्युत उर्जेची कार्यक्षमता सर्व इंधन पेशींमध्ये सर्वोच्च आहे - सुमारे 60-70%. उच्च ऑपरेटिंग तापमान थर्मल आणि इलेक्ट्रिकल उर्जेचे एकत्रित उत्पादन उच्च दाब स्टीम तयार करण्यास परवानगी देते. टर्बाइनसह उच्च-तापमान इंधन सेल एकत्रित केल्याने विद्युत ऊर्जा निर्माण करण्याची कार्यक्षमता 75% पर्यंत वाढविण्यासाठी हायब्रिड इंधन सेल तयार करणे शक्य होते.
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी अतिशय उच्च तापमानात (600°C–1000°C) कार्य करतात, परिणामी इष्टतम ऑपरेटिंग स्थितीपर्यंत पोहोचण्यासाठी महत्त्वपूर्ण वेळ आणि ऊर्जा वापरातील बदलांना धीमा प्रणाली प्रतिसाद देते. अशा उच्च ऑपरेटिंग तापमानात, इंधनातून हायड्रोजन पुनर्प्राप्त करण्यासाठी कोणत्याही कन्व्हर्टरची आवश्यकता नसते, ज्यामुळे कोळसा किंवा कचरा वायूंच्या गॅसिफिकेशनमुळे औष्णिक ऊर्जा प्रकल्प तुलनेने अशुद्ध इंधनासह कार्य करू शकतो. औद्योगिक आणि मोठ्या सेंट्रल पॉवर प्लांट्ससह उच्च उर्जा अनुप्रयोगांसाठी इंधन सेल देखील उत्कृष्ट आहे. 100 kW च्या इलेक्ट्रिकल आउटपुट पॉवरसह मॉड्यूल व्यावसायिकरित्या तयार केले जातात.
डायरेक्ट मिथेनॉल ऑक्सिडेशन फ्युएल सेल्स/सेल्स (DOMFC)
थेट मिथेनॉल ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशी वापरण्याचे तंत्रज्ञान सक्रिय विकासाच्या कालावधीतून जात आहे. मोबाईल फोन, लॅपटॉप्स, तसेच पोर्टेबल उर्जा स्त्रोत तयार करण्याच्या क्षेत्रात त्याने स्वतःला यशस्वीरित्या सिद्ध केले आहे. या घटकांचा भविष्यातील वापर हाच उद्देश आहे.
मिथेनॉलच्या थेट ऑक्सिडेशनसह इंधन पेशींची रचना प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (एमईपीएफसी) असलेल्या इंधन पेशींसारखीच असते, म्हणजे. पॉलिमरचा वापर इलेक्ट्रोलाइट म्हणून केला जातो आणि हायड्रोजन आयन (प्रोटॉन) चार्ज वाहक म्हणून वापरला जातो. तथापि, द्रव मिथेनॉल (CH 3 OH) एनोडवर पाण्याच्या उपस्थितीत ऑक्सिडायझेशन करते, सीओ 2, हायड्रोजन आयन आणि इलेक्ट्रॉन सोडते, जे बाह्य विद्युतीय सर्किटद्वारे पाठवले जाते, ज्यामुळे विद्युत प्रवाह निर्माण होतो. हायड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइटमधून जातात आणि हवेतील ऑक्सिजन आणि बाह्य सर्किटमधील इलेक्ट्रॉन्ससह प्रतिक्रिया करून एनोडवर पाणी तयार करतात.
एनोडवर प्रतिक्रिया: CH 3 OH + H 2 O => CO 2 + 6H + + 6e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: 3/2O 2 + 6 H + + 6e - => 3H 2 O
घटकाची सामान्य प्रतिक्रिया: CH 3 OH + 3/2O 2 => CO 2 + 2H 2 O
या प्रकारच्या इंधन पेशींचा फायदा म्हणजे त्यांचे लहान आकार, द्रव इंधनाच्या वापरामुळे आणि कनवर्टर वापरण्याची आवश्यकता नसल्यामुळे.
अल्कधर्मी इंधन पेशी/पेशी (ALFC)
क्षारीय इंधन पेशी वीज निर्मितीसाठी वापरल्या जाणार्‍या सर्वात कार्यक्षम पेशींपैकी एक आहेत, ज्यामध्ये वीज निर्मिती कार्यक्षमता 70% पर्यंत पोहोचते.
अल्कधर्मी इंधन पेशी इलेक्ट्रोलाइट वापरतात, पोटॅशियम हायड्रॉक्साईडचे जलीय द्रावण, सच्छिद्र, स्थिर मॅट्रिक्समध्ये असते. पोटॅशियम हायड्रॉक्साइड एकाग्रता इंधन सेलच्या ऑपरेटिंग तापमानावर अवलंबून बदलू शकते, जे 65°C ते 220°C पर्यंत असते. SHTE मधील चार्ज वाहक हा हायड्रॉक्सिल आयन (OH -) आहे, जो कॅथोडपासून एनोडकडे जातो, जेथे ते हायड्रोजनसह प्रतिक्रिया देते, पाणी आणि इलेक्ट्रॉन तयार करते. एनोडवर तयार झालेले पाणी कॅथोडकडे परत जाते, पुन्हा तेथे हायड्रॉक्सिल आयन तयार करतात. इंधन सेलमध्ये होणाऱ्या प्रतिक्रियांच्या या मालिकेचा परिणाम म्हणून, वीज आणि उप-उत्पादन म्हणून, उष्णता निर्माण होते:
एनोडवर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कॅथोडवर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4 OH -
प्रणालीची सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O
SHTE चा फायदा असा आहे की या इंधन पेशी उत्पादनासाठी सर्वात स्वस्त आहेत, कारण इलेक्ट्रोडवर आवश्यक उत्प्रेरक इतर इंधन पेशींसाठी उत्प्रेरक म्हणून वापरल्या जाणार्‍या पदार्थांपेक्षा स्वस्त असू शकतात. SFCs तुलनेने कमी तापमानात कार्य करतात आणि सर्वात कार्यक्षम इंधन पेशींपैकी एक आहेत - अशी वैशिष्ट्ये परिणामतः जलद वीज निर्मिती आणि उच्च इंधन कार्यक्षमतेमध्ये योगदान देऊ शकतात.
SHTE च्या वैशिष्ट्यांपैकी एक म्हणजे त्याची CO 2 ची उच्च संवेदनशीलता, जी इंधन किंवा हवेमध्ये असू शकते. CO 2 इलेक्ट्रोलाइटसह प्रतिक्रिया देते, त्वरीत विष देते आणि इंधन सेलची कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते. म्हणून, SHTE चा वापर बंदिस्त जागांसाठी मर्यादित आहे, जसे की जागा आणि पाण्याखालील वाहने, ते शुद्ध हायड्रोजन आणि ऑक्सिजनवर चालले पाहिजेत. शिवाय, CO, H 2 O आणि CH4 सारखे रेणू, जे इतर इंधन पेशींसाठी सुरक्षित आहेत आणि त्यापैकी काहींसाठी इंधन म्हणून देखील कार्य करतात, ते SHFC साठी हानिकारक आहेत.
पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी (PEFC)
पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशींच्या बाबतीत, पॉलिमर झिल्लीमध्ये पाण्याचे क्षेत्र असलेले पॉलिमर तंतू असतात ज्यामध्ये पाण्याच्या आयन H2O+ (प्रोटॉन, लाल) पाण्याच्या रेणूला जोडलेले असतात). आयन एक्सचेंज मंद झाल्यामुळे पाण्याचे रेणू समस्या निर्माण करतात. म्हणून, इंधन आणि आउटलेट इलेक्ट्रोड्समध्ये पाण्याची उच्च एकाग्रता आवश्यक आहे, ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस पर्यंत मर्यादित करते.
सॉलिड ऍसिड इंधन पेशी/पेशी (SFC)
घन आम्ल इंधन पेशींमध्ये, इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO 4) मध्ये पाणी नसते. म्हणून ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस आहे. ऑक्सि आयनन्स SO 4 2- आकृतीत दाखवल्याप्रमाणे प्रोटॉन (लाल) फिरू देतात. सामान्यतः, सॉलिड अॅसिड फ्युएल सेल हे सँडविच असते ज्यामध्ये सॉलिड अॅसिड कंपाऊंडचा एक अतिशय पातळ थर दोन इलेक्ट्रोड्समध्ये सँडविच केला जातो जो चांगला संपर्क सुनिश्चित करण्यासाठी एकत्र दाबला जातो. गरम केल्यावर, सेंद्रिय घटक बाष्पीभवन करतात, इलेक्ट्रोडमधील छिद्रांमधून बाहेर पडतात, इंधन (किंवा घटकाच्या दुसऱ्या टोकाला असलेला ऑक्सिजन), इलेक्ट्रोलाइट आणि इलेक्ट्रोड यांच्यातील अनेक संपर्कांची क्षमता राखतात.
विविध इंधन सेल मॉड्यूल. इंधन सेल बॅटरी
- इंधन सेल बॅटरी
- उच्च तापमानावर चालणारी इतर उपकरणे (एकात्मिक स्टीम जनरेटर, ज्वलन कक्ष, उष्णता शिल्लक बदलणारे)
- उष्णता प्रतिरोधक इन्सुलेशन
इंधन सेल मॉड्यूल
इंधन पेशींचे प्रकार आणि वाणांचे तुलनात्मक विश्लेषण
अभिनव ऊर्जा-कार्यक्षम नगरपालिका उष्णता आणि ऊर्जा संयंत्रे सामान्यत: सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC), पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट इंधन पेशी (PEFC), फॉस्फोरिक ऍसिड इंधन पेशी (PAFC), प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इंधन पेशी (PEMFC) आणि क्षारीय इंधन पेशी (पीईएमएफसी) वर तयार केली जातात. ALFC). . सामान्यत: खालील वैशिष्ट्ये आहेत:
सर्वात योग्य सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFC) मानले पाहिजे, जे:
- महागड्या मौल्यवान धातूंची (जसे की प्लॅटिनम) गरज कमी करून उच्च तापमानावर काम करा
- साठी काम करू शकतात विविध प्रकारहायड्रोकार्बन इंधन, प्रामुख्याने नैसर्गिक वायू
- स्टार्टअपची वेळ जास्त आहे आणि त्यामुळे दीर्घकालीन कृतीसाठी अधिक योग्य आहे
- उच्च उर्जा निर्मिती कार्यक्षमता प्रदर्शित करा (70% पर्यंत)
- उच्च ऑपरेटिंग तापमानामुळे, युनिट्स हीट ट्रान्सफर सिस्टमसह एकत्र केली जाऊ शकतात, ज्यामुळे सिस्टमची एकूण कार्यक्षमता 85% पर्यंत पोहोचते.
- अक्षरशः शून्य उत्सर्जन आहे, शांतपणे कार्य करते आणि विद्यमान वीज निर्मिती तंत्रज्ञानाच्या तुलनेत कमी ऑपरेटिंग आवश्यकता आहेत
| इंधन सेल प्रकार | कार्यरत तापमान | वीज निर्मिती कार्यक्षमता | इंधन प्रकार | अर्ज क्षेत्र |
|---|---|---|---|---|
| आरकेटीई | 550–700°C | 50-70% | मध्यम आणि मोठ्या स्थापना | |
| FCTE | 100–220°C | 35-40% | शुद्ध हायड्रोजन | मोठी स्थापना |
| MOPTE | 30-100° से | 35-50% | शुद्ध हायड्रोजन | लहान स्थापना |
| SOFC | 450–1000°C | 45-70% | बहुतेक हायड्रोकार्बन इंधन | लहान, मध्यम आणि मोठी स्थापना |
| PEMFC | 20-90° से | 20-30% | मिथेनॉल | पोर्टेबल |
| SHTE | 50-200° से | 40-70% | शुद्ध हायड्रोजन | अंतराळ संशोधन |
| पीईटीई | 30-100° से | 35-50% | शुद्ध हायड्रोजन | लहान स्थापना |
लहान थर्मल पॉवर प्लांट्स पारंपारिक गॅस पुरवठा नेटवर्कशी जोडले जाऊ शकत असल्याने, इंधन पेशींना वेगळ्या हायड्रोजन पुरवठा प्रणालीची आवश्यकता नसते. सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशींवर आधारित लहान थर्मल पॉवर प्लांट वापरताना, निर्माण होणारी उष्णता हीट एक्सचेंजर्समध्ये एकत्रित केली जाऊ शकते ज्यामुळे पाणी आणि वायुवीजन हवा गरम होते, ज्यामुळे सिस्टमची एकूण कार्यक्षमता वाढते. हे नाविन्यपूर्ण तंत्रज्ञान महागड्या पायाभूत सुविधा आणि गुंतागुंतीच्या साधनांच्या एकत्रीकरणाशिवाय कार्यक्षमतेने वीज निर्मितीसाठी सर्वात योग्य आहे.
इंधन पेशी/पेशींचा वापर
दूरसंचार प्रणालीमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर
जगभरातील वायरलेस कम्युनिकेशन सिस्टीमच्या जलद प्रसारामुळे, तसेच मोबाईल फोन तंत्रज्ञानाच्या वाढत्या सामाजिक-आर्थिक फायद्यांमुळे, विश्वासार्ह आणि किफायतशीर पॉवर बॅकअपची गरज गंभीर बनली आहे. खराब हवामान, नैसर्गिक आपत्ती किंवा मर्यादित ग्रिड क्षमतेमुळे संपूर्ण वर्षभर वीज ग्रीडचे नुकसान हे ग्रीड ऑपरेटर्ससाठी सतत आव्हान आहे.
पारंपारिक दूरसंचार पॉवर बॅकअप सोल्यूशन्समध्ये शॉर्ट-टर्म बॅकअप पॉवरसाठी बॅटरी (व्हॉल्व्ह-रेग्युलेटेड लीड-ऍसिड बॅटरी सेल) आणि दीर्घकालीन बॅकअप पॉवरसाठी डिझेल आणि प्रोपेन जनरेटर यांचा समावेश होतो. 1 - 2 तासांसाठी बॅकअप उर्जेचा बॅटरी हा तुलनेने स्वस्त स्त्रोत आहे. तथापि, बॅटरी दीर्घकालीन बॅकअप पॉवरसाठी योग्य नसतात कारण त्या टिकवून ठेवण्यासाठी महाग असतात, दीर्घकाळ वापरल्यानंतर अविश्वसनीय बनतात, तापमानास संवेदनशील असतात आणि विल्हेवाट लावल्यानंतर पर्यावरणास घातक असतात. डिझेल आणि प्रोपेन जनरेटर दीर्घकालीन पॉवर बॅकअप देऊ शकतात. तथापि, जनरेटर अविश्वसनीय असू शकतात, त्यांना श्रम-केंद्रित देखभाल आवश्यक असते आणि उच्च पातळीचे प्रदूषक आणि हरितगृह वायू उत्सर्जित करतात.
पारंपारिक पॉवर बॅकअप सोल्यूशन्सच्या मर्यादांवर मात करण्यासाठी, नाविन्यपूर्ण ग्रीन फ्युएल सेल तंत्रज्ञान विकसित केले गेले आहे. इंधन सेल विश्वसनीय, शांत असतात, जनरेटरपेक्षा कमी हलणारे भाग असतात, बॅटरीपेक्षा जास्त ऑपरेटिंग तापमान श्रेणी असते: -40 डिग्री सेल्सिअस ते +50 डिग्री सेल्सिअस आणि परिणामी, अत्यंत उच्च पातळीची ऊर्जा बचत प्रदान करते. याव्यतिरिक्त, अशा स्थापनेचा आजीवन खर्च जनरेटरच्या तुलनेत कमी असतो. कमी इंधन सेल खर्च दर वर्षी फक्त एक देखभाल भेट आणि लक्षणीय उच्च वनस्पती उत्पादकता परिणाम. दिवसाच्या शेवटी, इंधन सेल हे किमान पर्यावरणीय प्रभावासह हरित तंत्रज्ञान समाधान आहे.
इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स दूरसंचार प्रणालीमधील वायरलेस, कायमस्वरूपी आणि ब्रॉडबँड कम्युनिकेशन्ससाठी 250 W ते 15 kW पर्यंतच्या क्रिटिकल कम्युनिकेशन नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर्ससाठी बॅकअप पॉवर प्रदान करतात, ते अनेक अतुलनीय नाविन्यपूर्ण वैशिष्ट्ये देतात:
- विश्वासार्हता- काही हलणारे भाग आणि स्टँडबाय मोडमध्ये डिस्चार्ज नाही
- उर्जेची बचत करणे
- शांतता- कमी आवाज पातळी
- शाश्वतता- ऑपरेटिंग रेंज -40°C ते +50°C
- अनुकूलता- घराबाहेर आणि घरामध्ये स्थापना (कंटेनर/संरक्षणात्मक कंटेनर)
- उच्च शक्ती- 15 किलोवॅट पर्यंत
- कमी देखभाल आवश्यकता- किमान वार्षिक देखभाल
- आर्थिक- मालकीची आकर्षक एकूण किंमत
- हरीत ऊर्जा- पर्यावरणावर कमीतकमी प्रभावासह कमी उत्सर्जन
सिस्टम DC बस व्होल्टेज नेहमी ओळखते आणि DC बस व्होल्टेज वापरकर्त्याने परिभाषित केलेल्या सेट पॉईंटच्या खाली गेल्यास गंभीर भार सहजतेने स्वीकारते. ही प्रणाली हायड्रोजनवर चालते, जी इंधन सेल स्टॅकला दोनपैकी एका प्रकारे पुरवली जाते - एकतर औद्योगिक हायड्रोजन स्त्रोताकडून किंवा एकात्मिक सुधारणा प्रणाली वापरून मिथेनॉल आणि पाण्याच्या द्रव इंधनातून.
थेट प्रवाहाच्या स्वरूपात इंधन सेल स्टॅकद्वारे वीज तयार केली जाते. डीसी पॉवर कन्व्हर्टरमध्ये हस्तांतरित केली जाते, जी इंधन सेल स्टॅकमधून येणारी अनियंत्रित डीसी पॉवर आवश्यक भारांसाठी उच्च दर्जाच्या नियमन केलेल्या डीसी पॉवरमध्ये रूपांतरित करते. फ्युएल सेल इन्स्टॉलेशन्स अनेक दिवसांसाठी बॅकअप पॉवर देऊ शकतात कारण हा कालावधी केवळ उपलब्ध हायड्रोजन किंवा मिथेनॉल/वॉटर इंधनाच्या प्रमाणात मर्यादित आहे.
इंधन सेल्स उत्कृष्ट ऊर्जा बचत, सुधारित प्रणाली विश्वासार्हता, विस्तृत हवामानात अधिक अंदाजे कार्यप्रदर्शन आणि उद्योग मानक वाल्व-नियमित लीड-ऍसिड बॅटरी पॅकच्या तुलनेत विश्वसनीय ऑपरेशनल टिकाऊपणा देतात. लक्षणीयरीत्या कमी देखभाल आणि बदली आवश्यकतांमुळे आजीवन खर्च देखील कमी आहेत. इंधन पेशी अंतिम वापरकर्त्याला पर्यावरणीय फायदे देतात कारण विल्हेवाट खर्च आणि लीड-ऍसिड पेशींशी संबंधित दायित्व जोखीम ही वाढती चिंता आहे.
विद्युत बॅटरीच्या कार्यक्षमतेवर चार्ज पातळी, तापमान, सायकलिंग, जीवन आणि इतर चल यासारख्या विस्तृत घटकांमुळे प्रतिकूल परिणाम होऊ शकतो. प्रदान केलेली ऊर्जा या घटकांवर अवलंबून बदलू शकते आणि अंदाज लावणे सोपे नाही. प्रोटॉन एक्स्चेंज मेम्ब्रेन फ्युएल सेल (पीईएमएफसी) ची कार्यक्षमता या घटकांमुळे तुलनेने प्रभावित होत नाही आणि जोपर्यंत इंधन उपलब्ध आहे तोपर्यंत ती महत्त्वपूर्ण शक्ती प्रदान करू शकते. मिशन-क्रिटिकल बॅकअप पॉवर ऍप्लिकेशन्ससाठी इंधन सेलकडे जाताना वाढीव अंदाजक्षमता हा एक महत्त्वाचा फायदा आहे.
गॅस टर्बाइन जनरेटर प्रमाणेच इंधन पुरवले जाते तेव्हाच इंधन पेशी उर्जा निर्माण करतात, परंतु जनरेशन क्षेत्रात कोणतेही हलणारे भाग नसतात. म्हणून, जनरेटरच्या विपरीत, ते जलद पोशाखांच्या अधीन नाहीत आणि त्यांना सतत देखभाल आणि स्नेहन आवश्यक नसते.
विस्तारित कालावधीचे इंधन कनवर्टर चालविण्यासाठी वापरले जाणारे इंधन हे मिथेनॉल आणि पाण्याचे इंधन मिश्रण आहे. मिथेनॉल हे मोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध, व्यावसायिकरित्या उत्पादित इंधन आहे ज्याचे सध्या विंडशील्ड वॉशरसह अनेक उपयोग आहेत. प्लास्टिकच्या बाटल्या, इंजिन ऍडिटीव्ह, इमल्शन पेंट्स. मिथेनॉल सहजपणे वाहून नेले जाते, पाण्यात मिसळले जाऊ शकते, चांगली जैवविघटनक्षमता असते आणि त्यात सल्फर नसते. यात कमी गोठण बिंदू (-71°C) आहे आणि दीर्घकालीन स्टोरेज दरम्यान ते विघटित होत नाही.
संप्रेषण नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर
सुरक्षित संप्रेषण नेटवर्कसाठी विश्वसनीय बॅकअप पॉवर सोल्यूशन्स आवश्यक असतात जे पॉवर ग्रिड यापुढे उपलब्ध नसल्यास आपत्कालीन परिस्थितीत तास किंवा दिवस काम करू शकतात.
काही हलणारे भाग आणि स्टँडबाय पॉवर लॉस नसताना, नाविन्यपूर्ण इंधन सेल तंत्रज्ञान सध्याच्या बॅकअप पॉवर सिस्टमसाठी एक आकर्षक उपाय देते.
कम्युनिकेशन नेटवर्क्समध्ये इंधन सेल तंत्रज्ञान वापरण्यासाठी सर्वात आकर्षक युक्तिवाद म्हणजे वाढलेली एकूण विश्वसनीयता आणि सुरक्षितता. वीज खंडित होणे, भूकंप, वादळे आणि चक्रीवादळ यासारख्या घटनांमध्ये, तापमान किंवा बॅकअप पॉवर सिस्टमचे वय कितीही असो, सिस्टम कार्यरत राहणे आणि त्यांना विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर प्रदान करणे महत्त्वाचे आहे.
वर्गीकृत संप्रेषण नेटवर्कला समर्थन देण्यासाठी इंधन सेल-आधारित पॉवर डिव्हाइसेसची ओळ आदर्श आहे. त्यांच्या ऊर्जा-बचत डिझाइन तत्त्वांबद्दल धन्यवाद, ते 250 W ते 15 kW पर्यंतच्या पॉवर श्रेणीमध्ये वापरण्यासाठी विस्तारित कालावधीसह (अनेक दिवसांपर्यंत) पर्यावरणास अनुकूल, विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर प्रदान करतात.
डेटा नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर
हाय-स्पीड डेटा नेटवर्क्स आणि फायबर ऑप्टिक बॅकबोन्स यांसारख्या डेटा नेटवर्कसाठी विश्वसनीय वीज पुरवठा जगभरात महत्त्वाचा आहे. अशा नेटवर्कवर प्रसारित केलेल्या माहितीमध्ये बँका, एअरलाइन्स किंवा वैद्यकीय केंद्रांसारख्या संस्थांसाठी महत्त्वपूर्ण डेटा असतो. अशा नेटवर्कमधील वीज आउटेज केवळ प्रसारित माहितीलाच धोका देत नाही तर नियमानुसार, महत्त्वपूर्ण आर्थिक नुकसान देखील करते. बॅकअप वीज पुरवठा प्रदान करणार्‍या विश्वासार्ह, नाविन्यपूर्ण इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स अखंड वीज पुरवठा सुनिश्चित करण्यासाठी आवश्यक विश्वासार्हता प्रदान करतात.
मिथेनॉल आणि पाण्याच्या द्रव इंधन मिश्रणाने चालणारी इंधन सेल युनिट्स, विस्तारित कालावधीसह, अनेक दिवसांपर्यंत विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर प्रदान करतात. याव्यतिरिक्त, या युनिट्सनी जनरेटर आणि बॅटरीच्या तुलनेत देखभाल आवश्यकता लक्षणीयरीत्या कमी केल्या आहेत, ज्यासाठी दर वर्षी फक्त एक देखभाल भेट आवश्यक आहे.
डेटा नेटवर्कमध्ये इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स वापरण्यासाठी विशिष्ट अनुप्रयोग साइट वैशिष्ट्ये:
- 100 W ते 15 kW पर्यंत वीज वापराच्या प्रमाणात असलेले अनुप्रयोग
- बॅटरी लाइफ आवश्यकतांसह अनुप्रयोग > 4 तास
- फायबर ऑप्टिक सिस्टीममध्ये रिपीटर्स (सिंक्रोनस डिजिटल सिस्टमची पदानुक्रम, हाय-स्पीड इंटरनेट, व्हॉइस ओव्हर आयपी...)
- हाय-स्पीड डेटा ट्रान्समिशनसाठी नेटवर्क नोड्स
- WiMAX ट्रान्समिशन नोड्स
पारंपारिक बॅटरी किंवा डिझेल जनरेटरच्या तुलनेत फ्युएल सेल पॉवर बॅकअप इन्स्टॉलेशन्स मिशन-क्रिटिकल डेटा नेटवर्क इन्फ्रास्ट्रक्चर्ससाठी असंख्य फायदे देतात, ज्यामुळे ऑन-साइट डिप्लॉयमेंट पर्याय वाढतात:
- द्रव इंधन तंत्रज्ञान हायड्रोजन प्लेसमेंटची समस्या सोडवते आणि अक्षरशः अमर्यादित बॅकअप पॉवर प्रदान करते.
- त्यांचे शांत ऑपरेशन, कमी वजन, तापमान बदलांचा प्रतिकार आणि अक्षरशः कंपनमुक्त ऑपरेशनमुळे इंधन सेल इमारतींच्या बाहेर, औद्योगिक इमारतींमध्ये/कंटेनरमध्ये किंवा छतावर स्थापित केले जाऊ शकतात.
- साइटवर सिस्टम वापरण्याची तयारी जलद आणि किफायतशीर आहे आणि ऑपरेटिंग खर्च कमी आहेत.
- इंधन बायोडिग्रेडेबल आहे आणि शहरी वातावरणासाठी पर्यावरणास अनुकूल समाधान प्रदान करते.
सुरक्षा प्रणालींमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर
सर्वात काळजीपूर्वक डिझाइन केलेली इमारत सुरक्षा आणि दळणवळण प्रणाली त्यांना समर्थन देणाऱ्या वीज पुरवठ्याइतकीच विश्वासार्ह आहेत. बर्याच प्रणाल्यांमध्ये अल्पकालीन वीज हानीसाठी काही प्रकारची अखंडित पॉवर बॅकअप प्रणाली समाविष्ट असते, परंतु ते नैसर्गिक आपत्ती किंवा दहशतवादी हल्ल्यांनंतर उद्भवू शकणार्‍या दीर्घकालीन वीज खंडित होण्यास सामावून घेत नाहीत. अनेक कॉर्पोरेट आणि सरकारी संस्थांसाठी ही एक गंभीर समस्या असू शकते.
सीसीटीव्ही ऍक्सेस मॉनिटरिंग आणि कंट्रोल सिस्टीम (आयडी कार्ड रीडर, डोअर लॉक डिव्हाइसेस, बायोमेट्रिक आयडेंटिफिकेशन टेक्नॉलॉजी, इ.), स्वयंचलित फायर अलार्म आणि अग्निशामक यंत्रणा, लिफ्ट नियंत्रण प्रणाली आणि दूरसंचार नेटवर्क यासारख्या महत्त्वाच्या प्रणालींना धोका असतो. विश्वसनीय, दीर्घकाळ टिकणारा पर्यायी वीजपुरवठा.
डिझेल जनरेटर खूप आवाज करतात, ते शोधणे कठीण आहे आणि सुप्रसिद्ध विश्वासार्हता आणि देखभाल समस्या आहेत. याउलट, बॅकअप पॉवर प्रदान करणारे इंधन सेल इंस्टॉलेशन शांत, विश्वासार्ह आहे, शून्य किंवा खूप कमी उत्सर्जन करते आणि छतावर किंवा इमारतीच्या बाहेर सहजपणे स्थापित केले जाऊ शकते. हे स्टँडबाय मोडमध्ये डिस्चार्ज होत नाही किंवा शक्ती गमावत नाही. हे सुविधेचे कार्य थांबवल्यानंतर आणि इमारत रिकामी झाल्यानंतरही, गंभीर प्रणालींचे कार्य चालू ठेवण्याची खात्री देते.
नाविन्यपूर्ण इंधन सेल इंस्टॉलेशन्स महत्त्वपूर्ण अनुप्रयोगांमध्ये महागड्या गुंतवणूकीचे संरक्षण करतात. ते 250 W ते 15 kW पर्यंतच्या पॉवर रेंजमध्ये वापरण्यासाठी विस्तारित कालावधीसह (अनेक दिवसांपर्यंत) पर्यावरणास अनुकूल, विश्वासार्ह बॅकअप पॉवर प्रदान करतात, असंख्य अतुलनीय वैशिष्ट्यांसह आणि विशेषतः उच्च पातळीची ऊर्जा बचत.
इंधन सेल पॉवर बॅकअप इंस्टॉलेशन्स पारंपारिक बॅटरी-चालित किंवा डिझेल जनरेटर ऍप्लिकेशन्सवर सुरक्षा आणि बिल्डिंग कंट्रोल सिस्टीम सारख्या मिशन-क्रिटिकल ऍप्लिकेशन्समध्ये वापरण्यासाठी असंख्य फायदे देतात. द्रव इंधन तंत्रज्ञान हायड्रोजन प्लेसमेंटची समस्या सोडवते आणि अक्षरशः अमर्यादित बॅकअप पॉवर प्रदान करते.
म्युनिसिपल हीटिंग आणि पॉवर निर्मितीमध्ये इंधन सेल/सेल्सचा वापर
सॉलिड ऑक्साईड इंधन पेशी (SOFCs) विश्वसनीय, ऊर्जा-कार्यक्षम आणि उत्सर्जन-मुक्त थर्मल पॉवर प्लांट प्रदान करतात ज्यामुळे मोठ्या प्रमाणावर उपलब्ध नैसर्गिक वायू आणि नूतनीकरणीय इंधन स्रोतांपासून वीज आणि उष्णता निर्माण होते. घरातील वीज निर्मितीपासून दूरस्थ वीज पुरवठ्यापर्यंत, तसेच सहाय्यक वीज पुरवठ्यापर्यंत या नाविन्यपूर्ण स्थापनेचा वापर विविध बाजारपेठांमध्ये केला जातो.
वितरण नेटवर्कमध्ये इंधन पेशी/पेशींचा वापर
लहान थर्मल पॉवर प्लांट्स एका केंद्रीकृत पॉवर प्लांटऐवजी मोठ्या संख्येने लहान जनरेटर सेट असलेल्या वितरित वीज निर्मिती नेटवर्कमध्ये ऑपरेट करण्यासाठी डिझाइन केलेले आहेत.
खालील आकृती औष्णिक उर्जा केंद्रात वीज निर्मितीच्या कार्यक्षमतेत होणारी हानी दर्शवते आणि ती सध्या वापरात असलेल्या पारंपारिक वीज पारेषण नेटवर्कद्वारे घरांमध्ये प्रसारित केली जाते. केंद्रीकृत उत्पादनातील कार्यक्षमतेच्या नुकसानामध्ये पॉवर प्लांटचे नुकसान, कमी-व्होल्टेज आणि उच्च-व्होल्टेज ट्रांसमिशन आणि वितरण नुकसान यांचा समावेश होतो.
आकृती लहान थर्मल पॉवर प्लांट्सच्या एकत्रीकरणाचे परिणाम दर्शविते: वापराच्या ठिकाणी 60% पर्यंत उत्पादन कार्यक्षमतेसह वीज तयार केली जाते. या व्यतिरिक्त, घरगुती इंधन पेशींद्वारे निर्माण होणारी उष्णता पाणी आणि जागा गरम करण्यासाठी वापरू शकते, ज्यामुळे इंधन ऊर्जा प्रक्रियेची एकूण कार्यक्षमता वाढते आणि ऊर्जा बचत वाढते.
पर्यावरणाचे संरक्षण करण्यासाठी इंधन पेशींचा वापर - संबंधित पेट्रोलियम वायूचा वापर
तेल उद्योगातील सर्वात महत्त्वाच्या कामांपैकी एक म्हणजे संबंधित पेट्रोलियम वायूचा वापर. संबंधित पेट्रोलियम गॅस वापरण्याच्या विद्यमान पद्धतींचे बरेच तोटे आहेत, मुख्य म्हणजे ते आर्थिकदृष्ट्या व्यवहार्य नाहीत. संबंधित पेट्रोलियम वायू जाळला जातो, ज्यामुळे पर्यावरण आणि मानवी आरोग्यास प्रचंड हानी होते.
इंधन म्हणून संबंधित पेट्रोलियम वायूचा वापर करून इंधन सेलचा वापर करून अभिनव थर्मल पॉवर प्लांट्स संबंधित पेट्रोलियम वायू वापराच्या समस्यांवर मूलगामी आणि किफायतशीर उपाय शोधण्याचा मार्ग खुला करतात.
- इंधन सेल इंस्टॉलेशन्सचा एक मुख्य फायदा म्हणजे ते व्हेरिएबल कंपोझिशनच्या संबंधित पेट्रोलियम गॅसवर विश्वासार्ह आणि स्थिरपणे कार्य करू शकतात. इंधन सेलच्या ऑपरेशनला अधोरेखित करणार्‍या ज्वालारहित रासायनिक अभिक्रियामुळे, उदाहरणार्थ, मिथेनच्या टक्केवारीत घट झाल्यामुळे केवळ पॉवर आउटपुटमध्ये समान घट होते.
- ग्राहकांच्या विद्युत भार, ड्रॉप, लोड लाट यांच्या संबंधात लवचिकता.
- इंधन पेशींवर थर्मल पॉवर प्लांटची स्थापना आणि कनेक्शनसाठी, त्यांच्या अंमलबजावणीसाठी भांडवली खर्चाची आवश्यकता नाही, कारण फील्डजवळील अप्रस्तुत साइटवर युनिट्स सहजपणे स्थापित केले जाऊ शकतात, वापरण्यास सोपे, विश्वासार्ह आणि कार्यक्षम आहेत.
- उच्च ऑटोमेशन आणि आधुनिक रिमोट कंट्रोलसाठी इंस्टॉलेशनवर कर्मचार्‍यांची कायम उपस्थिती आवश्यक नसते.
- डिझाइनची साधेपणा आणि तांत्रिक परिपूर्णता: हलणारे भाग, घर्षण आणि स्नेहन प्रणालीची अनुपस्थिती इंधन सेल इंस्टॉलेशनच्या ऑपरेशनमधून महत्त्वपूर्ण आर्थिक फायदे प्रदान करते.
- पाण्याचा वापर: +30 °C पर्यंत सभोवतालच्या तापमानात काहीही नाही आणि उच्च तापमानात नगण्य.
- पाणी आउटलेट: काहीही नाही.
- याव्यतिरिक्त, इंधन पेशी वापरणारे थर्मल पॉवर प्लांट आवाज करत नाहीत, कंपन करत नाहीत, वातावरणात हानिकारक उत्सर्जन करू नका