गाइड: प्राचीन शस्त्रागार कैसे खोलें और ईंधन कोशिकाओं की तलाश कहाँ करें - क्षितिज: जीरो डॉन। "वैकल्पिक" ऊर्जा के विकल्प के रूप में ईंधन सेल

हाल ही में फ्यूल सेल का टॉपिक हर किसी की जुबान पर रहा है। और यह आश्चर्य की बात नहीं है, इलेक्ट्रॉनिक्स की दुनिया में इस तकनीक के आगमन के साथ, इसने एक नया जन्म पाया है। माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के क्षेत्र में विश्व के नेता अपने भविष्य के उत्पादों के प्रोटोटाइप पेश करने की दौड़ में हैं, जो अपने स्वयं के मिनी बिजली संयंत्रों को एकीकृत करेंगे। यह एक ओर, "सॉकेट" के लिए मोबाइल उपकरणों के बंधन को कमजोर करना चाहिए, और दूसरी ओर, उनकी बैटरी जीवन का विस्तार करना चाहिए।

इसके अलावा, उनमें से कुछ इथेनॉल के आधार पर काम करते हैं, इसलिए इन प्रौद्योगिकियों के विकास से मादक पेय पदार्थों के उत्पादकों को प्रत्यक्ष लाभ होता है - एक दर्जन वर्षों में, "आईटी लोगों" की कतारें उनके लिए अगली "खुराक" के पीछे खड़ी होती हैं वाइन डिस्टिलरी में लगेगी लैपटॉप।

हम ईंधन कोशिकाओं के "बुखार" से दूर नहीं रह सकते हैं जिसने हाई-टेक उद्योग को जकड़ लिया है, और हम यह पता लगाने की कोशिश करेंगे कि यह तकनीक किस तरह का जानवर है, इसे किसके साथ खाया जाता है और हमें इसके कब आने की उम्मीद करनी चाहिए "खानपान"। इस सामग्री में, हम इस तकनीक की खोज से लेकर आज तक ईंधन कोशिकाओं द्वारा यात्रा किए गए पथ पर विचार करेंगे। हम भविष्य में उनके कार्यान्वयन और विकास की संभावनाओं का आकलन करने का भी प्रयास करेंगे।

यह कैसा था

ईंधन सेल के सिद्धांत का वर्णन पहली बार 1838 में क्रिश्चियन फ्रेडरिक शॉनबीन द्वारा किया गया था, और एक साल बाद फिलॉसॉफिकल जर्नल ने इस विषय पर अपना लेख प्रकाशित किया। हालाँकि, ये केवल सैद्धांतिक अध्ययन थे। पहले काम करने वाले ईंधन सेल ने 1843 में वेल्श मूल के वैज्ञानिक सर विलियम रॉबर्ट ग्रोव की प्रयोगशाला में प्रकाश देखा। इसे बनाते समय, आविष्कारक ने आधुनिक फॉस्फोरिक एसिड बैटरी में उपयोग की जाने वाली सामग्रियों के समान सामग्री का उपयोग किया। इसके बाद, सर ग्रोव के ईंधन सेल में डब्ल्यू थॉमस ग्रब द्वारा सुधार किया गया। 1955 में, यह रसायनज्ञ, जिसने के लिए काम किया दिग्गज कंपनीजनरल इलेक्ट्रिक ने एक ईंधन सेल में इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक सल्फोनेटेड पॉलीस्टाइनिन आयन-एक्सचेंज झिल्ली का इस्तेमाल किया। केवल तीन साल बाद, उनके सहयोगी लियोनार्ड नीड्राच ने झिल्ली पर प्लेटिनम बिछाने की तकनीक का प्रस्ताव रखा, जिसने हाइड्रोजन ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन के तेज होने की प्रक्रिया में उत्प्रेरक के रूप में काम किया।

ईंधन कोशिकाओं के "पिता" क्रिश्चियन शॉनबीन

इन सिद्धांतों ने ईंधन कोशिकाओं की एक नई पीढ़ी का आधार बनाया, जिसे उनके रचनाकारों के बाद "ग्रब-निद्रच" तत्व कहा जाता है। इस दिशा में जनरल इलेक्ट्रिक का विकास जारी रहा, जिसमें नासा और एविएशन दिग्गज मैकडॉनेल एयरक्राफ्ट की मदद से पहला वाणिज्यिक ईंधन सेल बनाया गया। नई तकनीक को विदेशों में देखा गया। और पहले से ही 1959 में, ब्रिटन फ्रांसिस बेकन (फ्रांसिस थॉमस बेकन) ने 5 kW की शक्ति के साथ एक स्थिर ईंधन सेल पेश किया। उनके पेटेंट किए गए डिजाइनों को बाद में अमेरिकियों द्वारा लाइसेंस दिया गया और उनका उपयोग किया गया अंतरिक्ष यानबिजली प्रणालियों और पेयजल आपूर्ति में नासा। उसी वर्ष, अमेरिकी हैरी इहरिग ने पहला ईंधन सेल ट्रैक्टर (कुल शक्ति 15 किलोवाट) बनाया। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का उपयोग बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता था, और संपीड़ित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को अभिकर्मकों के रूप में उपयोग किया जाता था।

पहली बार, वाणिज्यिक उद्देश्यों के लिए स्थिर ईंधन कोशिकाओं के उत्पादन को यूटीसी पावर द्वारा चालू किया गया, जिसने अस्पतालों, विश्वविद्यालयों और व्यावसायिक केंद्रों के लिए बैकअप पावर सिस्टम की पेशकश की। यह कंपनी, जो इस क्षेत्र में विश्व में अग्रणी है, अभी भी 200 kW तक की शक्ति के साथ समान समाधान तैयार करती है। यह नासा के लिए ईंधन कोशिकाओं का मुख्य आपूर्तिकर्ता भी है। अपोलो अंतरिक्ष कार्यक्रम के दौरान इसके उत्पादों का व्यापक रूप से उपयोग किया गया था और अंतरिक्ष शटल कार्यक्रम के हिस्से के रूप में अभी भी मांग में हैं। यूटीसी पावर वाहन अनुप्रयोगों की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए "उपभोक्ता खपत" ईंधन सेल भी प्रदान करता है। वह एक ईंधन सेल बनाने वाली पहली थीं जो प्रोटॉन-एक्सचेंज झिल्ली के उपयोग के माध्यम से नकारात्मक तापमान पर करंट प्राप्त करने की अनुमति देती हैं।

यह काम किस प्रकार करता है

शोधकर्ताओं ने विभिन्न पदार्थों के साथ अभिकर्मकों के रूप में प्रयोग किया। हालांकि, ईंधन कोशिकाओं के संचालन के बुनियादी सिद्धांत, काफी भिन्न प्रदर्शन विशेषताओं के बावजूद, अपरिवर्तित रहते हैं। कोई भी ईंधन सेल एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है। यह एक निश्चित मात्रा में ईंधन (एनोड की तरफ) और एक ऑक्सीडाइजर (कैथोड की तरफ) से बिजली पैदा करता है। प्रतिक्रिया एक इलेक्ट्रोलाइट की उपस्थिति में आगे बढ़ती है (एक पदार्थ जिसमें मुक्त आयन होते हैं और विद्युत प्रवाहकीय माध्यम के रूप में व्यवहार करते हैं)। सिद्धांत रूप में, ऐसे किसी भी उपकरण में, कुछ अभिकर्मक इसमें प्रवेश करते हैं और उनके प्रतिक्रिया उत्पाद होते हैं, जिन्हें विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के बाद हटा दिया जाता है। इस मामले में इलेक्ट्रोलाइट केवल अभिकारकों की बातचीत के लिए एक माध्यम के रूप में कार्य करता है और ईंधन सेल में नहीं बदलता है। इस तरह की योजना के आधार पर, एक आदर्श ईंधन सेल को तब तक काम करना चाहिए जब तक प्रतिक्रिया के लिए आवश्यक पदार्थों की आपूर्ति हो।

ईंधन कोशिकाओं को यहां पारंपरिक बैटरी के साथ भ्रमित नहीं होना चाहिए। पहले मामले में, बिजली का उत्पादन करने के लिए कुछ "ईंधन" की खपत होती है, जिसे बाद में फिर से भरना पड़ता है। गैल्वेनिक कोशिकाओं के मामले में, बिजली को एक बंद सर्किट में संग्रहित किया जाता है। रासायनिक प्रणाली. बैटरियों के मामले में, करंट लगाने से रिवर्स इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रिया होती है और अभिकर्मकों को उनकी मूल स्थिति में वापस कर दिया जाता है (यानी, इसे चार्ज करें)। ईंधन और ऑक्सीडाइज़र के विभिन्न संयोजन संभव हैं। उदाहरण के लिए, एक हाइड्रोजन ईंधन सेल अभिकारक के रूप में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन (एक ऑक्सीकरण एजेंट) का उपयोग करता है। अक्सर, बाइकार्बोनेट और अल्कोहल का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, और वायु, क्लोरीन और क्लोरीन डाइऑक्साइड ऑक्सीडेंट के रूप में कार्य करते हैं।

ईंधन सेल में होने वाली कटैलिसीस प्रतिक्रिया ईंधन से इलेक्ट्रॉनों और प्रोटॉन को बाहर निकालती है, और गतिमान इलेक्ट्रॉनों का निर्माण होता है बिजली. ईंधन सेल आमतौर पर प्लैटिनम या इसके मिश्र धातुओं का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में प्रतिक्रिया को तेज करने के लिए करते हैं। एक अन्य उत्प्रेरक प्रक्रिया इलेक्ट्रॉनों को प्रोटॉन और एक ऑक्सीकरण एजेंट के साथ जोड़कर लौटाती है, जिसके परिणामस्वरूप प्रतिक्रिया उत्पादों (उत्सर्जन) का निर्माण होता है। एक नियम के रूप में, ये उत्सर्जन सरल पदार्थ हैं: पानी और कार्बन डाइऑक्साइड।

एक पारंपरिक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल (पीईएमएफसी) में, एक बहुलक प्रोटॉन प्रवाहकीय झिल्ली एनोड और कैथोड पक्षों को अलग करती है। कैथोड की ओर से, हाइड्रोजन एनोड उत्प्रेरक पर विसरित होता है, जहां से बाद में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन निकलते हैं। प्रोटॉन तब झिल्ली से कैथोड तक जाते हैं, और इलेक्ट्रॉन, प्रोटॉन का पालन करने में असमर्थ होते हैं (झिल्ली विद्युत रूप से अछूता रहता है), बाहरी लोड सर्किट (बिजली आपूर्ति प्रणाली) के माध्यम से निर्देशित होते हैं। कैथोडिक उत्प्रेरक पक्ष पर, ऑक्सीजन प्रोटॉन के साथ प्रतिक्रिया करता है जो झिल्ली और इलेक्ट्रॉनों से होकर गुजरे हैं जो बाहरी लोड सर्किट से प्रवेश करते हैं। इस प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी (वाष्प या तरल के रूप में) प्राप्त होता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोकार्बन ईंधन (मेथनॉल, डीजल ईंधन) पानी और कार्बन डाइऑक्साइड हैं।

लगभग सभी प्रकार के ईंधन सेल विद्युत नुकसान से ग्रस्त हैं, जो कि ईंधन सेल के संपर्कों और तत्वों के प्राकृतिक प्रतिरोध और विद्युत ओवरवॉल्टेज (प्रारंभिक प्रतिक्रिया को पूरा करने के लिए आवश्यक अतिरिक्त ऊर्जा) दोनों के कारण होता है। कुछ मामलों में, इन नुकसानों से पूरी तरह से बचना संभव नहीं है, और कभी-कभी "खेल मोमबत्ती के लायक नहीं है", लेकिन अक्सर उन्हें स्वीकार्य न्यूनतम तक कम किया जा सकता है। इस समस्या का समाधान इन उपकरणों के सेट का उपयोग है, जिसमें बिजली आपूर्ति प्रणाली की आवश्यकताओं के आधार पर ईंधन कोशिकाओं को समानांतर (उच्च धारा) या श्रृंखला (उच्च वोल्टेज) में जोड़ा जा सकता है।

ईंधन कोशिकाओं के प्रकार

कई प्रकार के ईंधन सेल हैं, लेकिन हम उनमें से सबसे आम पर संक्षेप में ध्यान देने की कोशिश करेंगे।

क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी)

क्षारीय या क्षारीय ईंधन सेल, जिन्हें उनके ब्रिटिश "पिता" के बाद बेकन सेल भी कहा जाता है, सबसे अच्छी तरह से विकसित ईंधन सेल प्रौद्योगिकियों में से एक हैं। इन्हीं उपकरणों ने मनुष्य को चांद पर कदम रखने में मदद की। सामान्य तौर पर, नासा 1960 के दशक के मध्य से इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं का उपयोग कर रहा है। एएफसी हाइड्रोजन और शुद्ध ऑक्सीजन का उपभोग करते हैं, उत्पादन करते हैं पीने का पानी, गर्मी और बिजली। मोटे तौर पर इस तथ्य के कारण कि यह तकनीक अच्छी तरह से विकसित है, इसकी समान प्रणालियों (लगभग 70% क्षमता) के बीच उच्चतम दक्षता दर है।

हालाँकि, इस तकनीक की अपनी कमियाँ भी हैं। एक इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक तरल क्षारीय पदार्थ का उपयोग करने की बारीकियों के कारण, जो कार्बन डाइऑक्साइड को अवरुद्ध नहीं करता है, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (इस्तेमाल किए गए इलेक्ट्रोलाइट के विकल्पों में से एक) के लिए सामान्य हवा के इस घटक के साथ प्रतिक्रिया करना संभव है। परिणाम पोटेशियम कार्बोनेट का एक जहरीला यौगिक हो सकता है। इससे बचने के लिए या तो शुद्ध ऑक्सीजन का उपयोग करना चाहिए या फिर कार्बन डाइऑक्साइड से हवा को साफ करना चाहिए। स्वाभाविक रूप से, यह ऐसे उपकरणों की लागत को प्रभावित करता है। हालांकि, इसके बावजूद, एएफसी आज उपलब्ध निर्माण के लिए सबसे सस्ती ईंधन सेल हैं।

डायरेक्ट बोरोहाइड्राइड फ्यूल सेल (DBFC)

क्षारीय ईंधन कोशिकाओं का यह उपप्रकार ईंधन के रूप में सोडियम बोरोहाइड्राइड का उपयोग करता है। हालांकि, पारंपरिक हाइड्रोजन एएफसी के विपरीत, इस तकनीक का एक महत्वपूर्ण लाभ है - कार्बन डाइऑक्साइड के संपर्क के बाद जहरीले यौगिकों के उत्पादन का कोई जोखिम नहीं। हालांकि, इसकी प्रतिक्रिया का उत्पाद पदार्थ बोरेक्स है, जिसका व्यापक रूप से डिटर्जेंट और साबुन में उपयोग किया जाता है। बोरेक्स अपेक्षाकृत गैर विषैले है।

डीबीएफसी को पारंपरिक ईंधन कोशिकाओं से भी सस्ता बनाया जा सकता है क्योंकि उन्हें महंगे प्लैटिनम उत्प्रेरक की आवश्यकता नहीं होती है। इसके अलावा, उनके पास उच्च ऊर्जा घनत्व है। यह अनुमान लगाया गया है कि एक किलोग्राम सोडियम बोरोहाइड्राइड के उत्पादन की लागत $50 है, लेकिन अगर बड़े पैमाने पर उत्पादन का आयोजन किया जाता है और बोरेक्स को संसाधित किया जाता है, तो इस बार को 50 गुना कम किया जा सकता है।

मेटल हाइड्राइड फ्यूल सेल (MHFC)

क्षारीय ईंधन कोशिकाओं के इस उपवर्ग का वर्तमान में सक्रिय रूप से अध्ययन किया जा रहा है। इन उपकरणों की एक विशेषता ईंधन सेल के अंदर हाइड्रोजन को रासायनिक रूप से संग्रहीत करने की क्षमता है। प्रत्यक्ष बोरोहाइड्राइड ईंधन सेल में समान क्षमता होती है, लेकिन इसके विपरीत, MHFC शुद्ध हाइड्रोजन से भरा होता है।

इन ईंधन कोशिकाओं की विशिष्ट विशेषताओं में निम्नलिखित हैं:

• विद्युत ऊर्जा से रिचार्ज करने की क्षमता;
• कम तापमान पर काम करें - -20 डिग्री सेल्सियस तक;
• लंबी संग्रहण और उपयोग अवधि;
• तेज "ठंड" शुरू;
• हाइड्रोजन के बाहरी स्रोत (ईंधन प्रतिस्थापन की अवधि के लिए) के बिना कुछ समय के लिए काम करने की क्षमता।

इस तथ्य के बावजूद कि कई कंपनियां बड़े पैमाने पर उत्पादित एमएचएफसी के निर्माण पर काम कर रही हैं, प्रतिस्पर्धी प्रौद्योगिकियों की तुलना में प्रोटोटाइप की दक्षता पर्याप्त नहीं है। इन ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे अच्छी वर्तमान घनत्वों में से एक 250 मिलीमीटर प्रति वर्ग सेंटीमीटर है, पारंपरिक पीईएमएफसी ईंधन कोशिकाओं के साथ 1 amp प्रति वर्ग सेंटीमीटर का वर्तमान घनत्व प्रदान करता है।

इलेक्ट्रो-गैल्वेनिक ईंधन सेल (ईजीएफसी)

ईजीएफसी में रासायनिक प्रतिक्रिया पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड और ऑक्सीजन की भागीदारी के साथ होती है। यह लेड एनोड और गोल्ड प्लेटेड कैथोड के बीच एक विद्युत प्रवाह बनाता है। इलेक्ट्रो-गैल्वेनिक ईंधन सेल से वोल्टेज आउटपुट ऑक्सीजन की मात्रा के सीधे आनुपातिक होता है। इस सुविधा ने ईजीएफसी को स्कूबा गियर और चिकित्सा उपकरणों में ऑक्सीजन परीक्षण उपकरण के रूप में व्यापक रूप से उपयोग करने की अनुमति दी है। लेकिन इस निर्भरता के कारण, पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की बहुत सीमित अवधि होती है। प्रभावी कार्य(जब तक ऑक्सीजन की मात्रा अधिक हो)।

पहले प्रमाणित ईजीएफसी ऑक्सीजन परीक्षक 2005 में व्यापक रूप से उपलब्ध हो गए, लेकिन तब उन्हें ज्यादा लोकप्रियता नहीं मिली। दो साल बाद जारी किया गया, एक महत्वपूर्ण रूप से संशोधित मॉडल बहुत अधिक सफल था और यहां तक ​​​​कि फ्लोरिडा में एक विशेष गोताखोर के शो में "नवाचार" के लिए एक पुरस्कार भी मिला। वर्तमान में, एनओएए (नेशनल ओशनिक एंड एटमॉस्फेरिक एडमिनिस्ट्रेशन) और डीडीआरसी (डाइविंग डिजीज रिसर्च सेंटर) जैसे संगठन इनका इस्तेमाल करते हैं।

फॉर्मिक एसिड डायरेक्ट फ्यूल सेल (DFAFC)

ये ईंधन सेल PEMFC प्रत्यक्ष फॉर्मिक एसिड उपकरणों का एक उपप्रकार हैं। अपनी विशिष्ट विशेषताओं के कारण, इन ईंधन कोशिकाओं के पास भविष्य में लैपटॉप, सेल फोन आदि जैसे पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए शक्ति का मुख्य स्रोत बनने का एक बड़ा मौका है।

मेथनॉल की तरह, फॉर्मिक एसिड को विशेष शुद्धिकरण चरण के बिना सीधे ईंधन सेल में खिलाया जाता है। उदाहरण के लिए, हाइड्रोजन की तुलना में इस पदार्थ को स्टोर करना अधिक सुरक्षित है, और इसके अलावा, किसी विशिष्ट भंडारण की स्थिति प्रदान करना आवश्यक नहीं है: फॉर्मिक एसिड सामान्य तापमान पर एक तरल है। इसके अलावा, इस तकनीक के प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं पर दो निर्विवाद फायदे हैं। सबसे पहले, मेथनॉल के विपरीत, फॉर्मिक एसिड झिल्ली के माध्यम से रिसता नहीं है। इसलिए, परिभाषा के अनुसार डीएफएएफसी की दक्षता अधिक होनी चाहिए। दूसरे, डिप्रेसुराइजेशन की स्थिति में, फॉर्मिक एसिड इतना खतरनाक नहीं होता है (मेथनॉल अंधापन का कारण बन सकता है, और एक मजबूत खुराक के साथ, मृत्यु)।

दिलचस्प बात यह है कि कुछ समय पहले तक, कई वैज्ञानिकों ने इस तकनीक को व्यावहारिक भविष्य के रूप में नहीं देखा था। जिस कारण से शोधकर्ताओं ने कई वर्षों तक फॉर्मिक एसिड को समाप्त करने के लिए प्रेरित किया, वह एक उच्च विद्युत रासायनिक ओवरवॉल्टेज था, जिसके कारण महत्वपूर्ण विद्युत नुकसान हुआ। लेकिन हाल के प्रयोगों के परिणामों से पता चला है कि इस अक्षमता का कारण उत्प्रेरक के रूप में प्लैटिनम का उपयोग था, जिसका पारंपरिक रूप से ईंधन कोशिकाओं में इस उद्देश्य के लिए व्यापक रूप से उपयोग किया जाता रहा है। इलिनोइस विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों द्वारा अन्य सामग्रियों के साथ कई प्रयोग किए जाने के बाद, यह पता चला कि उत्प्रेरक के रूप में पैलेडियम का उपयोग करते समय, डीएफएएफसी की उत्पादकता समकक्ष प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं की तुलना में अधिक है। वर्तमान में, इस तकनीक के अधिकार अमेरिकी कंपनी टेकियन के स्वामित्व में हैं, जो माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए अपनी फॉर्मिरा पावर पैक उत्पाद लाइन पेश करती है। यह प्रणाली एक "डुप्लेक्स" है जिसमें स्टोरेज बैटरी और वास्तविक ईंधन सेल शामिल है। बैटरी को चार्ज करने वाले कारतूस में अभिकर्मकों की आपूर्ति के बाद, उपयोगकर्ता बस इसे एक नए के साथ बदल देता है। इस प्रकार, यह "सॉकेट" से पूरी तरह से स्वतंत्र हो जाता है। निर्माता के वादों के अनुसार, शुल्क के बीच का समय दोगुना हो जाएगा, इस तथ्य के बावजूद कि तकनीक की लागत पारंपरिक बैटरी की तुलना में केवल 10-15% अधिक होगी। इस तकनीक के रास्ते में एकमात्र गंभीर बाधा यह हो सकती है कि यह एक मध्यम आकार की कंपनी द्वारा समर्थित है और इसे बड़े पैमाने पर प्रतियोगियों द्वारा अपनी प्रौद्योगिकियों को प्रस्तुत करने से "अभिभूत" किया जा सकता है, जो कई मामलों में डीएफएएफसी से भी कम हो सकता है। पैरामीटर।

डायरेक्ट मेथनॉल फ्यूल सेल (DMFC)

ये ईंधन सेल प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली उपकरणों का एक सबसेट हैं। वे आगे शुद्धिकरण के बिना ईंधन सेल में चार्ज किए गए मेथनॉल का उपयोग करते हैं। हालांकि, मिथाइल अल्कोहल स्टोर करना बहुत आसान है और विस्फोटक नहीं है (हालांकि यह ज्वलनशील है और अंधापन का कारण बन सकता है)। इसी समय, मेथनॉल की ऊर्जा क्षमता संपीड़ित हाइड्रोजन की तुलना में काफी अधिक है।

हालांकि, इस तथ्य के कारण कि मेथनॉल झिल्ली के माध्यम से रिसने में सक्षम है, बड़ी मात्रा में ईंधन के साथ डीएमएफसी की दक्षता कम है। यद्यपि वे इस कारण से परिवहन और बड़े प्रतिष्ठानों के लिए उपयुक्त नहीं हैं, ये उपकरण मोबाइल उपकरणों के लिए बैटरी प्रतिस्थापन के रूप में महान हैं।

प्रसंस्कृत मेथनॉल ईंधन सेल (आरएमएफसी)

प्रसंस्कृत मेथनॉल ईंधन सेल डीएमएफसी से केवल इस मायने में भिन्न होते हैं कि वे बिजली पैदा करने से पहले मेथनॉल को हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड में परिवर्तित करते हैं। यह एक विशेष उपकरण में होता है जिसे ईंधन प्रोसेसर कहा जाता है। इस प्रारंभिक चरण के बाद (प्रतिक्रिया 250 डिग्री सेल्सियस से ऊपर के तापमान पर की जाती है), हाइड्रोजन एक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया से गुजरती है, जिसके परिणामस्वरूप पानी और बिजली का निर्माण होता है।

आरएमएफसी में मेथनॉल का उपयोग इस तथ्य के कारण है कि यह हाइड्रोजन का एक प्राकृतिक वाहक है, और पर्याप्त रूप से कम तापमान (अन्य पदार्थों की तुलना में) पर इसे हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड में विघटित किया जा सकता है। इसलिए यह तकनीक डीएमएफसी से अधिक उन्नत है। प्रसंस्कृत मेथनॉल ईंधन सेल अधिक कुशल, अधिक कॉम्पैक्ट होते हैं और उप-शून्य तापमान पर काम करते हैं।

प्रत्यक्ष इथेनॉल ईंधन सेल (DEFC)

एक प्रोटॉन एक्सचेंज जाली के साथ ईंधन कोशिकाओं के वर्ग का एक अन्य प्रतिनिधि। जैसा कि नाम से ही स्पष्ट है, इथेनॉल अतिरिक्त शुद्धिकरण या अपघटन के चरणों को सरल पदार्थों में दरकिनार करते हुए ईंधन सेल में प्रवेश करता है। इन उपकरणों का पहला प्लस जहरीले मेथनॉल के बजाय एथिल अल्कोहल का उपयोग है। इसका मतलब है कि आपको इस ईंधन के विकास में बहुत अधिक धन निवेश करने की आवश्यकता नहीं है।

अल्कोहल का ऊर्जा घनत्व मेथनॉल की तुलना में लगभग 30% अधिक है। इसके अलावा, इसे बायोमास से बड़ी मात्रा में प्राप्त किया जा सकता है। इथेनॉल ईंधन कोशिकाओं की लागत को कम करने के लिए, एक वैकल्पिक उत्प्रेरक सामग्री के लिए एक सक्रिय खोज चल रही है। पारंपरिक रूप से इन उद्देश्यों के लिए ईंधन कोशिकाओं में उपयोग किया जाने वाला प्लेटिनम बहुत महंगा है और इन प्रौद्योगिकियों को बड़े पैमाने पर अपनाने में एक महत्वपूर्ण बाधा है। इस समस्या का समाधान लोहे, तांबे और निकल के मिश्रण से बने उत्प्रेरक हो सकते हैं, जो प्रयोगात्मक प्रणालियों में प्रभावशाली परिणाम प्रदर्शित करते हैं।

जिंक एयर फ्यूल सेल (ZAFC)

ZAFC बिजली पैदा करने के लिए हवा से ऑक्सीजन के साथ जिंक के ऑक्सीकरण का उपयोग करता है। ये ईंधन सेल निर्माण के लिए सस्ते हैं और काफी उच्च ऊर्जा घनत्व प्रदान करते हैं। वर्तमान में, उनका उपयोग श्रवण यंत्रों और प्रायोगिक इलेक्ट्रिक कारों में किया जाता है।

एनोड की तरफ एक इलेक्ट्रोलाइट के साथ जिंक कणों का मिश्रण होता है, और कैथोड की तरफ, हवा से पानी और ऑक्सीजन, जो एक दूसरे के साथ प्रतिक्रिया करते हैं और हाइड्रॉक्सिल बनाते हैं (इसका अणु एक ऑक्सीजन परमाणु और एक हाइड्रोजन परमाणु होता है, जिसके बीच में एक सहसंयोजक बंधन है)। जिंक मिश्रण के साथ हाइड्रॉक्सिल की प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, कैथोड में जाने वाले इलेक्ट्रॉनों को छोड़ा जाता है। अधिकतम वोल्टेज, जो इस तरह के ईंधन कोशिकाओं द्वारा दिया जाता है, 1.65 V है, लेकिन, एक नियम के रूप में, यह कृत्रिम रूप से 1.4–1.35 V तक कम हो जाता है, जिससे सिस्टम में हवा की पहुंच सीमित हो जाती है। इस विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के अंतिम उत्पाद जिंक ऑक्साइड और पानी हैं।

इस तकनीक का उपयोग बैटरी (बिना रिचार्ज के) और ईंधन सेल दोनों में करना संभव है। बाद के मामले में, एनोड की तरफ के कक्ष को साफ किया जाता है और जस्ता पेस्ट के साथ फिर से भर दिया जाता है। सामान्य तौर पर, ZAFC तकनीक सरल और विश्वसनीय बैटरी साबित हुई है। उनका निर्विवाद लाभ केवल ईंधन सेल में वायु आपूर्ति को समायोजित करके प्रतिक्रिया को नियंत्रित करने की क्षमता है। कई शोधकर्ता जस्ता-वायु ईंधन कोशिकाओं को इलेक्ट्रिक वाहनों के लिए बिजली के भविष्य के मुख्य स्रोत के रूप में मान रहे हैं।

माइक्रोबियल ईंधन सेल (एमएफसी)

मानव जाति के लाभ के लिए जीवाणुओं का उपयोग करने का विचार नया नहीं है, हालांकि यह हाल ही में इन विचारों को साकार करने के लिए आया है। वर्तमान में, विभिन्न उत्पादों के उत्पादन के लिए जैव प्रौद्योगिकी के व्यावसायिक उपयोग का मुद्दा (उदाहरण के लिए, बायोमास से हाइड्रोजन का उत्पादन), निष्प्रभावीकरण हानिकारक पदार्थऔर बिजली उत्पादन। माइक्रोबियल ईंधन सेल, जिसे जैविक ईंधन कोशिकाओं के रूप में भी जाना जाता है, एक जैविक विद्युत रासायनिक प्रणाली है जो बैक्टीरिया के उपयोग के माध्यम से बिजली उत्पन्न करती है। यह तकनीक ग्लूकोज, एसीटेट (एसिटिक एसिड का नमक), ब्यूटिरेट (ब्यूटिरिक एसिड का नमक) या अपशिष्ट जल जैसे पदार्थों के अपचय (एक जटिल अणु का ऊर्जा की रिहाई के साथ एक सरल में अपघटन) पर आधारित है। उनके ऑक्सीकरण के कारण, इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, जो एनोड में स्थानांतरित हो जाते हैं, जिसके बाद उत्पन्न विद्युत प्रवाह कंडक्टर के माध्यम से कैथोड में प्रवाहित होता है।

ऐसे ईंधन कोशिकाओं में, मध्यस्थों का उपयोग आमतौर पर इलेक्ट्रॉनों की पारगम्यता में सुधार के लिए किया जाता है। समस्या यह है कि मध्यस्थ की भूमिका निभाने वाले पदार्थ महंगे और जहरीले होते हैं। हालांकि, इलेक्ट्रोकेमिकली सक्रिय बैक्टीरिया के उपयोग के मामले में, मध्यस्थों की कोई आवश्यकता नहीं है। इस तरह के "ट्रांसमीटर-मुक्त" माइक्रोबियल ईंधन कोशिकाओं को हाल ही में बनाया जाना शुरू हुआ, और इसलिए, उनके सभी गुणों का अच्छी तरह से अध्ययन किया जाता है।

एमएफसी को अभी तक जिन बाधाओं को दूर करना है, उसके बावजूद इस तकनीक में अपार संभावनाएं हैं। सबसे पहले, "ईंधन" खोजना मुश्किल नहीं है। इसके अलावा, आज अपशिष्ट जल उपचार और कई अपशिष्टों के निपटान का मुद्दा बहुत गंभीर है। इस तकनीक के प्रयोग से इन दोनों समस्याओं का समाधान हो सकता है। दूसरे, सैद्धांतिक रूप से इसकी दक्षता बहुत अधिक हो सकती है। मुखय परेशानीइंजीनियरों के लिए, माइक्रोबियल ईंधन सेल हैं, और वास्तव में इस उपकरण का सबसे महत्वपूर्ण तत्व, रोगाणु हैं। और जबकि सूक्ष्म जीवविज्ञानी, जो कई शोध अनुदान प्राप्त करते हैं, आनन्दित होते हैं, विज्ञान कथा लेखक भी गलत सूक्ष्मजीवों के "प्रकाशन" के परिणामों पर पुस्तकों की सफलता की प्रत्याशा में अपना हाथ रगड़ते हैं। स्वाभाविक रूप से, कुछ ऐसा बाहर लाने का जोखिम है जो न केवल अनावश्यक कचरे को "पचा" देगा, बल्कि कुछ मूल्यवान भी होगा। तो सिद्धांत रूप में, जैसा कि किसी भी नई जैव प्रौद्योगिकी के साथ होता है, लोग अपनी जेब में बैक्टीरिया से पीड़ित बॉक्स ले जाने के विचार से सावधान रहते हैं।

आवेदन पत्र

स्थिर घरेलू और औद्योगिक बिजली संयंत्र

ईंधन कोशिकाओं का व्यापक रूप से विभिन्न स्वायत्त प्रणालियों में ऊर्जा स्रोतों के रूप में उपयोग किया जाता है, जैसे कि अंतरिक्ष यान, दूरस्थ मौसम स्टेशन, सैन्य प्रतिष्ठान, आदि। ऐसी बिजली आपूर्ति प्रणाली का मुख्य लाभ अन्य प्रौद्योगिकियों की तुलना में इसकी अत्यधिक उच्च विश्वसनीयता है। ईंधन कोशिकाओं में चलती भागों और किसी भी तंत्र की अनुपस्थिति के कारण, बिजली आपूर्ति प्रणालियों की विश्वसनीयता 99.99% तक पहुंच सकती है। इसके अलावा, एक अभिकर्मक के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने के मामले में, बहुत कम वजन प्राप्त किया जा सकता है, जो अंतरिक्ष उपकरण के मामले में सबसे महत्वपूर्ण मानदंडों में से एक है।

हाल ही में, आवासीय भवनों और कार्यालयों में व्यापक रूप से उपयोग किए जाने वाले संयुक्त ताप और बिजली प्रतिष्ठान अधिक व्यापक होते जा रहे हैं। इन प्रणालियों की ख़ासियत यह है कि वे लगातार बिजली उत्पन्न करते हैं, जिसका यदि तुरंत उपभोग नहीं किया जाता है, तो इसका उपयोग पानी और हवा को गर्म करने के लिए किया जाता है। इस तथ्य के बावजूद कि ऐसे प्रतिष्ठानों की विद्युत दक्षता केवल 15-20% है, इस नुकसान की भरपाई इस तथ्य से की जाती है कि अप्रयुक्त बिजली का उपयोग गर्मी उत्पादन के लिए किया जाता है। सामान्य तौर पर, ऐसी संयुक्त प्रणालियों की ऊर्जा दक्षता लगभग 80% होती है। ऐसे ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे अच्छे अभिकर्मकों में से एक फॉस्फोरिक एसिड है। ये इकाइयाँ 90% (35-50% बिजली और शेष तापीय ऊर्जा) की ऊर्जा दक्षता प्रदान करती हैं।

यातायात

ईंधन कोशिकाओं पर आधारित ऊर्जा प्रणालियों का परिवहन में भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वैसे, जर्मन वाहनों पर ईंधन सेल स्थापित करने वाले पहले लोगों में से थे। तो इस तरह के सेटअप से लैस दुनिया की पहली व्यावसायिक नाव आठ साल पहले शुरू हुई थी। यह छोटा जहाज, जिसे "हाइड्रा" कहा जाता है और 22 यात्रियों को ले जाने के लिए डिज़ाइन किया गया है, जून 2000 में जर्मनी की पूर्व राजधानी के पास लॉन्च किया गया था। हाइड्रोजन (क्षारीय ईंधन सेल) एक ऊर्जा-वाहक अभिकर्मक के रूप में कार्य करता है। क्षारीय (क्षारीय) ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के लिए धन्यवाद, स्थापना -10 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर करंट उत्पन्न करने में सक्षम है और खारे पानी से "डर" नहीं है। 5 किलोवाट इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित "हाइड्रा" नाव, 6 समुद्री मील (लगभग 12 किमी/घंटा) तक की गति में सक्षम है।

नाव "हाइड्रा"

भूमि परिवहन में ईंधन सेल (विशेष रूप से हाइड्रोजन संचालित) बहुत अधिक व्यापक हो गए हैं। सामान्य तौर पर, हाइड्रोजन का उपयोग ऑटोमोबाइल इंजनों के लिए ईंधन के रूप में काफी लंबे समय से किया जाता रहा है, और सिद्धांत रूप में, इस वैकल्पिक ईंधन का उपयोग करने के लिए एक पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन को आसानी से परिवर्तित किया जा सकता है। हालांकि, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया से बिजली पैदा करने की तुलना में हाइड्रोजन का पारंपरिक दहन कम कुशल है। और आदर्श रूप से, हाइड्रोजन, यदि इसका उपयोग ईंधन कोशिकाओं में किया जाता है, तो प्रकृति के लिए बिल्कुल सुरक्षित होगा या, जैसा कि वे कहते हैं, "पर्यावरण के अनुकूल", क्योंकि "ग्रीनहाउस" को छूने वाली रासायनिक प्रतिक्रिया के दौरान कोई कार्बन डाइऑक्साइड या अन्य पदार्थ नहीं निकलते हैं। प्रभाव"।

सच है, यहाँ, जैसा कि कोई उम्मीद करेगा, कई बड़े "लेकिन" हैं। तथ्य यह है कि गैर-नवीकरणीय संसाधनों (प्राकृतिक गैस, कोयला, तेल उत्पादों) से हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए कई प्रौद्योगिकियां इतनी पर्यावरण के अनुकूल नहीं हैं, क्योंकि उनकी प्रक्रिया में बड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड निकलता है। सैद्धांतिक रूप से, यदि इसे प्राप्त करने के लिए नवीकरणीय संसाधनों का उपयोग किया जाता है, तो कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं होगा। हालांकि, इस मामले में, लागत काफी बढ़ जाती है। कई विशेषज्ञों के अनुसार, इन कारणों से, गैसोलीन या प्राकृतिक गैस के विकल्प के रूप में हाइड्रोजन की क्षमता बहुत सीमित है। पहले से ही कम खर्चीले विकल्प हैं, और सबसे अधिक संभावना है, आवर्त सारणी के पहले तत्व पर ईंधन सेल वाहनों में एक सामूहिक घटना नहीं बन पाएंगे।

ऑटोमोबाइल निर्माता ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन के साथ काफी सक्रिय रूप से प्रयोग कर रहे हैं। और इसका मुख्य कारण वातावरण में हानिकारक उत्सर्जन के संबंध में यूरोपीय संघ की कठोर स्थिति है। यूरोप में तेजी से कड़े प्रतिबंधों से प्रेरित होकर, डेमलर एजी, फिएट और फोर्ड मोटर कंपनी ने मोटर वाहन उद्योग में ईंधन कोशिकाओं के भविष्य के लिए अपने दृष्टिकोण का अनावरण किया है, अपने बेस मॉडल को समान पावरट्रेन से लैस किया है। एक अन्य यूरोपीय ऑटो दिग्गज, वोक्सवैगन, वर्तमान में अपना ईंधन सेल वाहन तैयार कर रही है। जापानी और दक्षिण कोरियाई कंपनियां भी पीछे नहीं हैं। हालांकि, हर कोई इस तकनीक पर दांव नहीं लगा रहा है। बहुत से लोग आंतरिक दहन इंजनों को संशोधित करना पसंद करते हैं या उन्हें बैटरी चालित इलेक्ट्रिक मोटर्स के साथ जोड़ना पसंद करते हैं। टोयोटा, माज़दा और बीएमडब्ल्यू ने इस रास्ते का अनुसरण किया। अमेरिकी कंपनियों के लिए, फोर्ड के अलावा अपने फोकस मॉडल के साथ, जनरल मोटर्स ने कई ईंधन सेल वाहन भी प्रस्तुत किए। इन सभी उपक्रमों को कई राज्यों द्वारा सक्रिय रूप से प्रोत्साहित किया जाता है। उदाहरण के लिए, संयुक्त राज्य अमेरिका में एक कानून है जिसके अनुसार बाजार में प्रवेश करने वाली एक नई हाइब्रिड कार करों से मुक्त है, जो काफी अच्छी राशि हो सकती है, क्योंकि एक नियम के रूप में ऐसी कारें पारंपरिक आंतरिक दहन के साथ अपने समकक्षों की तुलना में अधिक महंगी होती हैं। इंजन। इस प्रकार, खरीद के रूप में संकर और भी आकर्षक हो जाते हैं। हालांकि, अभी के लिए, यह कानून केवल 60,000 कारों के बिक्री स्तर तक पहुंचने तक बाजार में प्रवेश करने वाले मॉडलों पर लागू होता है, जिसके बाद लाभ स्वतः रद्द हो जाता है।

इलेक्ट्रानिक्स

बहुत पहले नहीं, लैपटॉप में ईंधन कोशिकाओं का उपयोग बढ़ता हुआ पाया जाने लगा, मोबाइल फोनऔर अन्य मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरण। इसका कारण लंबी बैटरी लाइफ के लिए डिजाइन किए गए उपकरणों की तेजी से बढ़ती लोलुपता थी। फोन में बड़ी टच स्क्रीन के उपयोग, शक्तिशाली ऑडियो क्षमताओं और वाई-फाई, ब्लूटूथ और अन्य उच्च-आवृत्ति वायरलेस संचार प्रोटोकॉल के लिए समर्थन की शुरूआत के परिणामस्वरूप, बैटरी क्षमता की आवश्यकताएं भी बदल गई हैं। और, हालांकि क्षमता और कॉम्पैक्टनेस के मामले में पहले सेल फोन के दिनों से बैटरी एक लंबा सफर तय कर चुकी है (अन्यथा, आज प्रशंसकों को संचार समारोह के साथ इस हथियार के साथ स्टेडियम में अनुमति नहीं दी जाएगी), वे अभी भी नहीं रखते हैं इलेक्ट्रॉनिक सर्किट के लघुकरण के साथ, न ही निर्माताओं को अपने उत्पादों में निर्माण करने की इच्छा के साथ अधिक सुविधाएं. वर्तमान बैटरियों का एक और महत्वपूर्ण नुकसान उनका लंबा चार्जिंग समय है। सब कुछ इस तथ्य की ओर जाता है कि फोन या पॉकेट मल्टीमीडिया प्लेयर में जितनी अधिक सुविधाएँ उसके मालिक (वायरलेस इंटरनेट, नेविगेशन सिस्टम, आदि) की स्वायत्तता को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन की गई हैं, यह डिवाइस "सॉकेट" पर उतना ही अधिक निर्भर हो जाता है।

लैपटॉप के बारे में कहने के लिए कुछ भी नहीं है जो अधिकतम आकार में सीमित लोगों की तुलना में बहुत छोटे हैं। लंबे समय से अल्ट्रा-कुशल लैपटॉप का एक आला बनाया गया है, जो एक कार्यालय से दूसरे कार्यालय में इस तरह के हस्तांतरण को छोड़कर, स्वायत्त संचालन के लिए बिल्कुल भी अभिप्रेत नहीं है। और यहां तक ​​​​कि लैपटॉप की दुनिया के सबसे किफायती प्रतिनिधि भी शायद ही बैटरी जीवन का पूरा कार्य दिवस प्रदान कर सकें। इसलिए, पारंपरिक बैटरियों के विकल्प को खोजने का प्रश्न, जो अधिक महंगा नहीं होगा, बल्कि बहुत अधिक कुशल भी होगा, बहुत तीव्र है। और उद्योग के प्रमुख प्रतिनिधि हाल ही में इस समस्या को हल कर रहे हैं। बहुत पहले नहीं, वाणिज्यिक मेथनॉल ईंधन सेल पेश किए गए थे, जिनकी बड़े पैमाने पर डिलीवरी अगले साल की शुरुआत में शुरू की जा सकती है।

शोधकर्ताओं ने किसी कारण से हाइड्रोजन के ऊपर मेथनॉल को चुना। मेथनॉल को स्टोर करना बहुत आसान है क्योंकि इसमें उच्च दबाव या विशेष की आवश्यकता नहीं होती है तापमान व्यवस्था. मिथाइल अल्कोहल -97.0°C से 64.7°C पर द्रव है। जिसमें विशिष्ट ऊर्जामेथनॉल की एनटी मात्रा में निहित उच्च दबाव में हाइड्रोजन की समान मात्रा से अधिक परिमाण का एक क्रम है। प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल प्रौद्योगिकी, व्यापक रूप से मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में उपयोग की जाती है, इसमें उत्प्रेरक रूपांतरण प्रक्रिया (इसलिए "प्रत्यक्ष मेथनॉल" नाम) को दरकिनार करते हुए, ईंधन सेल कंटेनर को भरने के बाद मेथनॉल का उपयोग शामिल है। यह भी इस तकनीक का एक बड़ा फायदा है।

हालाँकि, जैसा कि कोई उम्मीद करेगा, इन सभी प्लसस में उनके माइनस थे, जिसने इसके आवेदन के दायरे को काफी सीमित कर दिया। इस तथ्य के मद्देनजर कि यह तकनीक अभी तक पूरी तरह से विकसित नहीं हुई है, झिल्ली सामग्री के माध्यम से मेथनॉल "रिसाव" के कारण ऐसी ईंधन कोशिकाओं की कम दक्षता की समस्या अनसुलझी बनी हुई है। इसके अलावा, उनके पास प्रभावशाली गतिशील विशेषताएं नहीं हैं। यह तय करना आसान नहीं है कि एनोड पर उत्पन्न कार्बन डाइऑक्साइड का क्या किया जाए। आधुनिक डीएमएफसी उपकरण उच्च ऊर्जा उत्पन्न करने में सक्षम नहीं हैं, लेकिन उनके पास पदार्थ की एक छोटी मात्रा के लिए उच्च ऊर्जा क्षमता है। इसका मतलब यह है कि हालांकि अभी बहुत अधिक ऊर्जा उपलब्ध नहीं है, प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल इसे उत्पन्न कर सकते हैं। लंबे समय तक. यह उन्हें अपनी कम शक्ति के कारण वाहनों में सीधे उपयोग करने की अनुमति नहीं देता है, लेकिन उन्हें मोबाइल उपकरणों के लिए लगभग आदर्श समाधान बनाता है जिनके लिए बैटरी जीवन महत्वपूर्ण है।

नवीनतम रुझान

हालांकि लंबे समय से वाहनों के लिए ईंधन सेल का उत्पादन किया गया है, लेकिन अभी तक ये समाधान व्यापक नहीं हो पाए हैं। इसके लिए कई कारण हैं। और मुख्य हैं किफायती ईंधन के उत्पादन को चालू रखने के लिए निर्माताओं की आर्थिक अक्षमता और अनिच्छा। अक्षय ऊर्जा स्रोतों में संक्रमण की प्राकृतिक प्रक्रिया को मजबूर करने के प्रयास, जैसा कि कोई उम्मीद कर सकता है, कुछ भी अच्छा नहीं हुआ। बेशक, कृषि उत्पादों की कीमतों में तेज वृद्धि का कारण इस तथ्य में नहीं छिपा है कि वे बड़े पैमाने पर जैव ईंधन में परिवर्तित होने लगे हैं, लेकिन इस तथ्य में कि अफ्रीका और एशिया के कई देश पर्याप्त उत्पादों का उत्पादन करने में सक्षम नहीं हैं। यहां तक ​​कि उत्पादों की घरेलू मांग को पूरा करने के लिए भी।

जाहिर है, जैव ईंधन के उपयोग की अस्वीकृति से विश्व खाद्य बाजार की स्थिति में महत्वपूर्ण सुधार नहीं होगा, बल्कि, इसके विपरीत, यह यूरोपीय और अमेरिकी किसानों पर हमला कर सकता है, जिन्होंने कई वर्षों में पहली बार प्राप्त किया है। अच्छा पैसा कमाने का अवसर। लेकिन इस मुद्दे के नैतिक पहलू को कोई नहीं लिख सकता, जब लाखों लोग भूखे मर रहे हों तो टैंकों में "रोटी" भरना बदसूरत है। इसलिए, विशेष रूप से यूरोपीय राजनेताअब जैव प्रौद्योगिकी के प्रति एक ठंडा रवैया होगा, जिसकी पुष्टि अक्षय ऊर्जा स्रोतों में संक्रमण के लिए रणनीति के संशोधन से पहले ही हो चुकी है।

इस स्थिति में, माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक ईंधन कोशिकाओं के लिए आवेदन का सबसे आशाजनक क्षेत्र बनना चाहिए। यह वह जगह है जहां ईंधन कोशिकाओं को पैर जमाने का सबसे बड़ा मौका मिलता है। सबसे पहले, जो लोग सेल फोन खरीदते हैं, वे कार खरीदारों की तुलना में प्रयोग करने के लिए अधिक इच्छुक हैं। और दूसरी बात, वे पैसा खर्च करने के लिए तैयार हैं और, एक नियम के रूप में, "दुनिया को बचाने" के खिलाफ नहीं हैं। आइपॉड नैनो के लाल "बोनो" संस्करण की जबरदस्त सफलता इस बात की पुष्टि के रूप में काम कर सकती है, जिसकी बिक्री से धन का एक हिस्सा रेड क्रॉस को गया था।

Apple iPod नैनो का "बोनो" संस्करण

उन लोगों में जिन्होंने पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स के लिए ईंधन कोशिकाओं पर अपना ध्यान केंद्रित किया है, उन फर्मों के रूप में जो पहले ईंधन सेल बनाने में विशिष्ट थीं और अब बस खोजी गई हैं नया क्षेत्रउनके अनुप्रयोग, और माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक के अग्रणी निर्माता। उदाहरण के लिए, हाल ही में एमटीआई माइक्रो, जिसने मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं का उत्पादन करने के लिए अपने व्यवसाय को फिर से तैयार किया है, ने घोषणा की कि यह 2009 में बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करेगा। उसने दुनिया का पहला मेथनॉल ईंधन सेल जीपीएस डिवाइस भी पेश किया। इस कंपनी के प्रतिनिधियों के अनुसार, निकट भविष्य में इसके उत्पाद पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी को पूरी तरह से बदल देंगे। सच है, पहले तो वे सस्ते नहीं होंगे, लेकिन यह समस्या किसी भी नई तकनीक के साथ है।

सोनी जैसी कंपनी के लिए, जिसने हाल ही में एक मीडिया-संचालित डिवाइस के अपने डीएमएफसी संस्करण को दिखाया, ये प्रौद्योगिकियां नई हैं, लेकिन वे एक आशाजनक नए बाजार में खो जाने के बारे में गंभीर नहीं हैं। बदले में, शार्प और भी आगे बढ़ गया और, अपने ईंधन सेल प्रोटोटाइप के साथ, हाल ही में 0.3 वाट प्रति घन सेंटीमीटर मेथनॉल की विशिष्ट ऊर्जा क्षमता के लिए एक विश्व रिकॉर्ड बनाया। यहां तक ​​कि कई देशों की सरकारें भी इन फ्यूल सेल बनाने वाली कंपनियों से मिलीं। इसलिए संयुक्त राज्य अमेरिका, कनाडा, ग्रेट ब्रिटेन, जापान और चीन के हवाई अड्डों ने मेथनॉल की विषाक्तता और ज्वलनशीलता के बावजूद, केबिन में इसके परिवहन पर पहले से मौजूद प्रतिबंधों को रद्द कर दिया। बेशक, यह केवल 200 मिलीलीटर की अधिकतम क्षमता वाले प्रमाणित ईंधन कोशिकाओं के लिए अनुमत है। फिर भी, यह एक बार फिर न केवल उत्साही लोगों, बल्कि राज्यों की ओर से इन विकासों में रुचि की पुष्टि करता है।

सच है, निर्माता अभी भी इसे सुरक्षित रूप से चलाने की कोशिश कर रहे हैं और मुख्य रूप से बैकअप पावर सिस्टम के रूप में ईंधन कोशिकाओं की पेशकश करते हैं। ऐसा ही एक समाधान ईंधन सेल और बैटरी का संयोजन है: जब तक ईंधन है, यह बैटरी को लगातार चार्ज करता है, और इसके खत्म होने के बाद, उपयोगकर्ता बस खाली कारतूस को मेथनॉल के एक नए कंटेनर से बदल देता है। एक अन्य लोकप्रिय प्रवृत्ति ईंधन सेल चार्जर्स का निर्माण है। इन्हें चलते-फिरते इस्तेमाल किया जा सकता है। साथ ही ये बैटरी को बहुत जल्दी चार्ज कर सकते हैं। दूसरे शब्दों में, भविष्य में, शायद हर कोई ऐसा "सॉकेट" अपनी जेब में रखेगा। मोबाइल फोन के मामले में यह दृष्टिकोण विशेष रूप से प्रासंगिक हो सकता है। बदले में, लैपटॉप निकट भविष्य में अंतर्निहित ईंधन कोशिकाओं का अधिग्रहण कर सकते हैं, जो कि "सॉकेट" से चार्जिंग को पूरी तरह से प्रतिस्थापित नहीं करते हैं, तो कम से कम इसके लिए एक गंभीर विकल्प बन जाते हैं।

इस प्रकार, जर्मनी की सबसे बड़ी रासायनिक कंपनी बीएएसएफ के पूर्वानुमान के अनुसार, जिसने हाल ही में जापान में अपने ईंधन सेल विकास केंद्र के निर्माण की घोषणा की, 2010 तक इन उपकरणों का बाजार 1 अरब डॉलर का होगा। साथ ही, इसके विश्लेषकों का अनुमान है कि 2020 तक ईंधन सेल बाजार की वृद्धि 20 अरब डॉलर हो जाएगी। वैसे, इस केंद्र में बीएएसएफ पोर्टेबल इलेक्ट्रॉनिक्स (विशेष रूप से लैपटॉप) और स्थिर ऊर्जा प्रणालियों के लिए ईंधन सेल विकसित करने की योजना बना रहा है। इस उद्यम के लिए जगह को संयोग से नहीं चुना गया था - जर्मन कंपनी स्थानीय फर्मों को इन प्रौद्योगिकियों के मुख्य खरीदारों के रूप में देखती है।

निष्कर्ष के बजाय

बेशक, किसी को ईंधन कोशिकाओं से यह उम्मीद नहीं करनी चाहिए कि वे मौजूदा बिजली आपूर्ति प्रणाली के लिए एक प्रतिस्थापन बन जाएंगे। कम से कम निकट भविष्य के लिए। यह एक दोधारी तलवार है: उपभोक्ता को बिजली की डिलीवरी से जुड़े नुकसान की अनुपस्थिति के कारण पोर्टेबल बिजली संयंत्र निश्चित रूप से अधिक कुशल हैं, लेकिन यह भी विचार करने योग्य है कि वे केंद्रीकृत बिजली आपूर्ति के लिए एक गंभीर प्रतियोगी बन सकते हैं। प्रणाली केवल तभी स्थापित की जाती है जब इन प्रतिष्ठानों के लिए एक केंद्रीकृत ईंधन आपूर्ति प्रणाली बनाई जाती है। यही है, "सॉकेट" को अंततः एक निश्चित पाइप द्वारा प्रतिस्थापित किया जाना चाहिए जो हर घर और हर नुक्कड़ और क्रेन में आवश्यक अभिकर्मकों की आपूर्ति करता है। और यह बाहरी वर्तमान स्रोतों से काफी स्वतंत्रता और स्वतंत्रता नहीं है, जिसके बारे में ईंधन सेल निर्माता बात करते हैं।

चार्जिंग गति के रूप में इन उपकरणों का एक निर्विवाद लाभ है - उन्होंने बस मेथनॉल कारतूस को बदल दिया (में .) अखिरी सहारा, जैक डेनियल की ट्रॉफी को कैमरे में खोल दिया, और फिर से लौवर की सीढ़ियों पर चढ़ गया। दूसरी ओर, यदि कहें, एक नियमित फोन दो घंटे में चार्ज हो जाएगा और हर 2-3 दिनों में रिचार्ज करने की आवश्यकता होगी, तो यह संभावना नहीं है कि परिवर्तन के रूप में एक विकल्प केवल विशेष दुकानों में बेचा जाने वाला एक कारतूस, यहां तक ​​​​कि हर दो सप्ताह में एक बार बड़े पैमाने पर उपयोगकर्ता द्वारा मांग की जाएगी। और, ज़ाहिर है, जब तक कि ये सौ मिलीलीटर ईंधन न हो। एक सुरक्षित हर्मेटिक कंटेनर में छिपा हुआ है, अंतिम उपभोक्ता तक पहुंचता है, इसकी कीमत में काफी वृद्धि होगी। केवल उत्पादन के पैमाने से लड़ना संभव होगा, लेकिन क्या यह पैमाना बाजार में मांग में होगा? और इष्टतम प्रकार तक ईंधन चुना जाता है, इस समस्या को हल करना बहुत समस्याग्रस्त होगा।

दूसरी ओर, पारंपरिक प्लग-इन चार्जिंग, ईंधन सेल और अन्य वैकल्पिक ऊर्जा आपूर्ति प्रणालियों (जैसे सौर पैनल) का संयोजन बिजली स्रोतों में विविधता लाने और पर्यावरणीय प्रकारों पर स्विच करने की समस्या का समाधान हो सकता है। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक उत्पादों के एक निश्चित समूह के लिए, ईंधन कोशिकाओं का व्यापक रूप से उपयोग किया जा सकता है। इसकी पुष्टि इस तथ्य से होती है कि कैनन ने हाल ही में डिजिटल कैमरों के लिए अपने स्वयं के ईंधन कोशिकाओं का पेटेंट कराया है और इन तकनीकों को अपने समाधानों में शामिल करने की रणनीति की घोषणा की है। लैपटॉप के लिए, यदि निकट भविष्य में ईंधन सेल उन तक पहुंचते हैं, तो सबसे अधिक संभावना केवल एक बैकअप पावर सिस्टम के रूप में होती है। अब, उदाहरण के लिए, हम मुख्य रूप से बाहरी चार्जिंग मॉड्यूल के बारे में बात कर रहे हैं जो एक लैपटॉप से ​​​​अतिरिक्त रूप से जुड़े हुए हैं।

लेकिन इन प्रौद्योगिकियों में लंबी अवधि में विकास की बड़ी संभावनाएं हैं। विशेष रूप से तेल भुखमरी के खतरे के आलोक में, जो अगले कुछ दशकों में हो सकता है। इन शर्तों के तहत, यह अधिक महत्वपूर्ण है कि ईंधन कोशिकाओं का उत्पादन कितना सस्ता होगा, लेकिन पेट्रोकेमिकल उद्योग की परवाह किए बिना उनके लिए ईंधन का उत्पादन कितना होगा और क्या यह इसकी आवश्यकता को पूरा करने में सक्षम होगा।

दुनिया के सभी क्षेत्रों में बिजली उत्पन्न करने वाले सौर पैनल या पवन चक्कियों से किसी को आश्चर्य नहीं होगा। लेकिन इन उपकरणों से उत्पादन स्थिर नहीं होता है और उस अवधि के दौरान बिजली प्राप्त करने के लिए बैकअप पावर स्रोत स्थापित करना या ग्रिड से कनेक्ट करना आवश्यक है जब अक्षय ऊर्जा सुविधाएं बिजली उत्पन्न नहीं करती हैं। हालांकि, 19वीं शताब्दी में विकसित ऐसे संयंत्र हैं जो बिजली पैदा करने के लिए "वैकल्पिक" ईंधन का उपयोग करते हैं, यानी गैस या तेल उत्पादों को नहीं जलाते हैं। ऐसे इंस्टॉलेशन ईंधन सेल हैं।

निर्माण का इतिहास

फ्यूल सेल (FC) या फ्यूल सेल की खोज 1838-1839 में विलियम ग्रोव (ग्रोव, ग्रोव) द्वारा की गई थी, जब वे पानी के इलेक्ट्रोलिसिस का अध्ययन कर रहे थे।

संदर्भ: पानी का इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अणुओं में विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत पानी के अपघटन की प्रक्रिया है।

इलेक्ट्रोलाइटिक सेल से बैटरी को डिस्कनेक्ट करने पर, वह यह जानकर हैरान रह गया कि इलेक्ट्रोड ने जारी गैस को अवशोषित करना और करंट उत्पन्न करना शुरू कर दिया। हाइड्रोजन के विद्युत रासायनिक "ठंडे" दहन की प्रक्रिया की खोज ऊर्जा उद्योग में एक महत्वपूर्ण घटना बन गई है। बाद में उन्होंने ग्रोव संचायक बनाया। इस उपकरण में नाइट्रिक एसिड में डूबा हुआ प्लैटिनम इलेक्ट्रोड और जिंक सल्फेट में जिंक इलेक्ट्रोड था। इसने 12 एम्पीयर का करंट और 8 वोल्ट का वोल्टेज उत्पन्न किया। खुद बढ़ो इस निर्माण कहा जाता है "गीली बैटरी". फिर उन्होंने दो प्लैटिनम इलेक्ट्रोड का उपयोग करके एक बैटरी बनाई। प्रत्येक इलेक्ट्रोड का एक सिरा सल्फ्यूरिक एसिड में था, जबकि दूसरा सिरा हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के कंटेनरों में बंद था। इलेक्ट्रोड के बीच एक स्थिर धारा थी, और कंटेनरों के अंदर पानी की मात्रा बढ़ गई। ग्रो इस उपकरण में पानी को विघटित और सुधारने में सक्षम था।

"बढ़ती बैटरी"

(स्रोत: रॉयल सोसाइटी ऑफ द नेशनल म्यूजियम ऑफ नेचुरल हिस्ट्री)

शब्द "ईंधन सेल" (अंग्रेजी "ईंधन सेल") केवल 1889 में एल मोंड द्वारा प्रकट हुआ था और
चौधरी लैंगर, जिन्होंने हवा और कोयला गैस से बिजली पैदा करने के लिए एक उपकरण बनाने की कोशिश की।

यह काम किस प्रकार करता है?

ईंधन सेल एक अपेक्षाकृत सरल उपकरण है. इसमें दो इलेक्ट्रोड होते हैं: एक एनोड (नकारात्मक इलेक्ट्रोड) और एक कैथोड (पॉजिटिव इलेक्ट्रोड)। इलेक्ट्रोड पर एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है। इसे तेज करने के लिए, इलेक्ट्रोड की सतह को उत्प्रेरक के साथ लेपित किया जाता है। ईंधन सेल एक और तत्व से लैस हैं - एक झिल्ली।ईंधन की रासायनिक ऊर्जा का सीधे विद्युत में रूपांतरण झिल्ली के कार्य के कारण होता है। यह तत्व के दो कक्षों को अलग करता है जिसमें ईंधन और ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति की जाती है। झिल्ली केवल प्रोटॉन की अनुमति देता है, जो ईंधन विभाजन के परिणामस्वरूप प्राप्त होते हैं, एक उत्प्रेरक के साथ लेपित इलेक्ट्रोड पर एक कक्ष से दूसरे कक्ष में जाने के लिए (इलेक्ट्रॉन तब बाहरी सर्किट के माध्यम से चलते हैं)। दूसरे कक्ष में, प्रोटॉन पानी बनाने के लिए इलेक्ट्रॉनों (और ऑक्सीजन परमाणुओं) के साथ पुनर्संयोजन करते हैं।

हाइड्रोजन ईंधन सेल का कार्य सिद्धांत

रासायनिक स्तर पर, ईंधन ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रिया सामान्य दहन (ऑक्सीकरण) प्रक्रिया के समान होती है।

ऑक्सीजन में सामान्य दहन के दौरान, कार्बनिक ईंधन का ऑक्सीकरण होता है, और ईंधन की रासायनिक ऊर्जा तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। आइए देखें कि इलेक्ट्रोलाइट माध्यम में और इलेक्ट्रोड की उपस्थिति में ऑक्सीजन द्वारा हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण होने पर क्या होता है।

एक क्षारीय वातावरण में स्थित इलेक्ट्रोड को हाइड्रोजन की आपूर्ति करके, एक रासायनिक प्रतिक्रिया होती है:

2H 2 + 4OH - → 4H 2 O + 4e -

जैसा कि आप देख सकते हैं, हमें इलेक्ट्रॉन मिलते हैं, जो बाहरी सर्किट से गुजरते हुए, विपरीत इलेक्ट्रोड में प्रवेश करते हैं, जिसमें ऑक्सीजन प्रवेश करती है और जहां प्रतिक्रिया होती है:

4e- + O 2 + 2H 2 O → 4OH -

यह देखा जा सकता है कि परिणामी प्रतिक्रिया 2H 2 + O 2 → H 2 O पारंपरिक दहन के समान है, लेकिन ईंधन सेल बिजली और कुछ गर्मी उत्पन्न करता है.

ईंधन सेल के प्रकार

FC को अभिक्रिया के लिए प्रयुक्त इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है:

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि कोयला, कार्बन मोनोऑक्साइड, अल्कोहल, हाइड्राज़िन और अन्य कार्बनिक पदार्थों का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में ईंधन के रूप में भी किया जा सकता है, और हवा, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, क्लोरीन, ब्रोमीन, नाइट्रिक एसिड, आदि का उपयोग ऑक्सीकरण एजेंटों के रूप में किया जा सकता है।

ईंधन सेल दक्षता

ईंधन सेल की एक विशेषता है दक्षता पर कोई कठोर सीमा नहींएक ताप इंजन की तरह।

मदद: दक्षताकार्नोट चक्र समान न्यूनतम और अधिकतम तापमान वाले सभी ताप इंजनों में अधिकतम संभव दक्षता है।

इसलिए, सिद्धांत रूप में ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 100% से अधिक हो सकती है। कई लोग मुस्कुराए और सोचा, "सतत गति मशीन का आविष्कार किया गया है।" नहीं, यह स्कूल रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में वापस जाने लायक है। ईंधन सेल रासायनिक ऊर्जा के विद्युत ऊर्जा में रूपांतरण पर आधारित है। यहीं चमत्कार होते हैं। प्रक्रिया में कुछ रासायनिक प्रतिक्रियाएं पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित कर सकती हैं।

संदर्भ: ऊष्माशोषी अभिक्रियाएँ ऊष्मा के अवशोषण के साथ होने वाली रासायनिक अभिक्रियाएँ हैं। एंडोथर्मिक प्रतिक्रियाओं के लिए, थैलेपी में परिवर्तन और आंतरिक ऊर्जासकारात्मक मूल्य हैं (Δएच >0, Δ यू > 0), इस प्रकार, प्रतिक्रिया उत्पादों में मूल घटकों की तुलना में अधिक ऊर्जा होती है।

ऐसी प्रतिक्रिया का एक उदाहरण हाइड्रोजन का ऑक्सीकरण है, जिसका उपयोग अधिकांश ईंधन कोशिकाओं में किया जाता है। इसलिए, सैद्धांतिक रूप से, दक्षता 100% से अधिक हो सकती है। लेकिन आज, ईंधन सेल ऑपरेशन के दौरान गर्म हो जाते हैं और पर्यावरण से गर्मी को अवशोषित नहीं कर पाते हैं।

संदर्भ: यह सीमा ऊष्मागतिकी के दूसरे नियम द्वारा लगाई गई है। गर्मी को "ठंडे" शरीर से "गर्म" शरीर में स्थानांतरित करने की प्रक्रिया संभव नहीं है।

साथ ही, गैर-संतुलन प्रक्रियाओं से जुड़े नुकसान भी हैं। जैसे: इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड की विशिष्ट चालकता के कारण ओमिक नुकसान, सक्रियण और एकाग्रता ध्रुवीकरण, प्रसार नुकसान। नतीजतन, ईंधन कोशिकाओं में उत्पन्न ऊर्जा का हिस्सा गर्मी में परिवर्तित हो जाता है। इसलिए, ईंधन सेल स्थायी गति मशीन नहीं हैं और उनकी दक्षता 100% से कम है। लेकिन इनकी दक्षता अन्य मशीनों की तुलना में अधिक होती है। आज ईंधन सेल दक्षता 80% तक पहुंच जाती है.

संदर्भ:चालीस के दशक में, अंग्रेजी इंजीनियर टी। बेकन ने 6 kW की कुल शक्ति और 80% की दक्षता के साथ एक ईंधन सेल बैटरी का डिजाइन और निर्माण किया, जो शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर चल रही थी, लेकिन बैटरी का पावर-टू-वेट अनुपात बदल गया बहुत छोटा होना - ऐसे सेल व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त और बहुत महंगे थे (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/)।

ईंधन सेल मुद्दे

लगभग सभी ईंधन सेल हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में करते हैं, इसलिए तार्किक प्रश्न यह है: "मैं इसे कहाँ से प्राप्त कर सकता हूँ?"

ऐसा लगता है कि इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप एक ईंधन सेल की खोज की गई थी, इसलिए आप इलेक्ट्रोलिसिस के परिणामस्वरूप जारी हाइड्रोजन का उपयोग कर सकते हैं। लेकिन आइए इस प्रक्रिया पर करीब से नज़र डालें।

फैराडे के नियम के अनुसार: किसी पदार्थ की मात्रा जो एनोड पर ऑक्सीकृत होती है या कैथोड पर कम हो जाती है, इलेक्ट्रोलाइट से गुजरने वाली बिजली की मात्रा के समानुपाती होती है। इसका मतलब है कि अधिक हाइड्रोजन प्राप्त करने के लिए, आपको अधिक बिजली खर्च करने की आवश्यकता है। जल इलेक्ट्रोलिसिस के मौजूदा तरीके एकता से कम दक्षता के साथ चलते हैं। फिर हम परिणामी हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में करते हैं, जहां दक्षता भी एकता से कम होती है। इसलिए, हम जितना उत्पन्न कर सकते हैं उससे अधिक ऊर्जा खर्च करेंगे।

बेशक, प्राकृतिक गैस से प्राप्त हाइड्रोजन का भी उपयोग किया जा सकता है। हाइड्रोजन उत्पादन की यह विधि सबसे सस्ती और सबसे लोकप्रिय बनी हुई है। वर्तमान में, दुनिया भर में उत्पादित हाइड्रोजन का लगभग 50% प्राकृतिक गैस से प्राप्त होता है। लेकिन हाइड्रोजन के भंडारण और परिवहन में समस्या है। हाइड्रोजन का घनत्व कम होता है ( एक लीटर हाइड्रोजन का वजन 0.0846 ग्राम होता है), इसलिए, इसे लंबी दूरी तक ले जाने के लिए, इसे संपीड़ित किया जाना चाहिए। और यह अतिरिक्त ऊर्जा और नकद लागत है। इसके अलावा, सुरक्षा के बारे में मत भूलना।

हालाँकि, यहाँ एक समाधान भी है - तरल हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग हाइड्रोजन के स्रोत के रूप में किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, एथिल या मिथाइल अल्कोहल। सच है, यहां पहले से ही एक विशेष अतिरिक्त उपकरण की आवश्यकता है - एक उच्च तापमान पर एक ईंधन कनवर्टर (मेथनॉल के लिए यह लगभग 240 डिग्री सेल्सियस होगा) अल्कोहल को गैसीय एच 2 और सीओ 2 के मिश्रण में परिवर्तित करना। लेकिन इस मामले में पोर्टेबिलिटी के बारे में सोचना पहले से ही अधिक कठिन है - ऐसे उपकरण स्थिर या कार जनरेटर के रूप में उपयोग करने के लिए अच्छे हैं, लेकिन कॉम्पैक्ट मोबाइल उपकरणों के लिए आपको कुछ कम भारी चाहिए।

उत्प्रेरक

ईंधन सेल में प्रतिक्रिया को बढ़ाने के लिए, एनोड सतह आमतौर पर उत्प्रेरक होती है। कुछ समय पहले तक, प्लैटिनम का उपयोग उत्प्रेरक के रूप में किया जाता था। इसलिए, ईंधन सेल की लागत अधिक थी। दूसरे, प्लैटिनम अपेक्षाकृत दुर्लभ धातु है। विशेषज्ञों के अनुसार, ईंधन कोशिकाओं के औद्योगिक उत्पादन में, प्लैटिनम के खोजे गए भंडार 15-20 वर्षों में समाप्त हो जाएंगे। लेकिन दुनिया भर के वैज्ञानिक प्लैटिनम को अन्य सामग्रियों से बदलने की कोशिश कर रहे हैं। वैसे, उनमें से कुछ ने अच्छे परिणाम प्राप्त किए। इसलिए चीनी वैज्ञानिकों ने प्लैटिनम को कैल्शियम ऑक्साइड से बदल दिया (स्रोत: www.cheburek.net)।

ईंधन सेल का उपयोग करना

1959 में पहली बार ऑटोमोटिव तकनीक में एक ईंधन सेल का परीक्षण किया गया था। एलिस-चेम्बर्स ट्रैक्टर ने संचालित करने के लिए 1008 बैटरी का उपयोग किया था। ईंधन गैसों का मिश्रण था, मुख्यतः प्रोपेन और ऑक्सीजन।

स्रोत: http://www.planetseed.com/

60 के दशक के मध्य से, "अंतरिक्ष दौड़" की ऊंचाई पर, अंतरिक्ष यान के निर्माता ईंधन कोशिकाओं में रुचि रखने लगे। हजारों वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के काम ने एक नए स्तर तक पहुंचना संभव बना दिया, और 1965 में। ईंधन कोशिकाओं का परीक्षण संयुक्त राज्य अमेरिका में जेमिनी 5 अंतरिक्ष यान पर और बाद में अपोलो अंतरिक्ष यान पर चंद्रमा की उड़ानों के लिए और शटल कार्यक्रम के तहत किया गया था। यूएसएसआर में, एनपीओ क्वांट में ईंधन सेल विकसित किए गए थे, अंतरिक्ष में उपयोग के लिए भी (स्रोत: http://www.powerinfo.ru/)।

चूंकि ईंधन सेल में हाइड्रोजन दहन का अंतिम उत्पाद पानी है, इसलिए उन्हें पर्यावरणीय प्रभाव के मामले में सबसे स्वच्छ माना जाता है। इसलिए, पारिस्थितिकी में सामान्य रुचि की पृष्ठभूमि के खिलाफ ईंधन कोशिकाओं ने अपनी लोकप्रियता हासिल करना शुरू कर दिया।

पहले से ही होंडा, फोर्ड, निसान और मर्सिडीज-बेंज जैसे कार निर्माताओं ने हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं द्वारा संचालित वाहन बनाए हैं।

मर्सिडीज-बेंज - हाइड्रोजन द्वारा संचालित एनर-जी-फोर्स

हाइड्रोजन पर कारों का उपयोग करते समय, हाइड्रोजन भंडारण की समस्या हल हो जाती है। हाइड्रोजन फिलिंग स्टेशनों के निर्माण से कहीं भी ईंधन भरना संभव हो जाएगा। इसके अलावा, गैस स्टेशन पर इलेक्ट्रिक कार को चार्ज करने की तुलना में हाइड्रोजन से कार भरना तेज है। लेकिन ऐसी परियोजनाओं को लागू करते समय उन्हें इलेक्ट्रिक वाहनों जैसी समस्या का सामना करना पड़ा। लोग हाइड्रोजन कार में "स्थानांतरित" करने के लिए तैयार हैं यदि उनके लिए एक बुनियादी ढांचा है। और पर्याप्त संख्या में उपभोक्ता होने पर गैस स्टेशनों का निर्माण शुरू हो जाएगा। इसलिए, हम फिर से अंडे और चिकन की दुविधा में आ गए।

मोबाइल फोन और लैपटॉप में फ्यूल सेल का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। वे दिन गए जब सप्ताह में एक बार फोन चार्ज किया जाता था। अब फोन लगभग हर दिन चार्ज हो रहा है, और लैपटॉप बिना नेटवर्क के 3-4 घंटे तक काम करता है। इसलिए, मोबाइल प्रौद्योगिकी निर्माताओं ने चार्जिंग और काम करने के लिए फोन और लैपटॉप के साथ एक ईंधन सेल को संश्लेषित करने का फैसला किया। उदाहरण के लिए, 2003 में तोशिबा मेथनॉल ईंधन सेल के तैयार प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया। यह लगभग 100mW की शक्ति देता है। मेथनॉल के 2 क्यूब्स (99.5%) का एक रिफिल एमपी3 प्लेयर के 20 घंटे के संचालन के लिए पर्याप्त है। फिर से, उसी "तोशिबा" ने 275x75x40 मिमी लैपटॉप बिजली आपूर्ति तत्व का प्रदर्शन किया, जो कंप्यूटर को एक बार चार्ज करने पर 5 घंटे तक काम करने की अनुमति देता है।

लेकिन कुछ निर्माता आगे बढ़ गए हैं। पॉवरट्रैक जारी किया है अभियोक्ताएक ही नाम के साथ। पॉवरट्रैक दुनिया का पहला वाटर चार्जर है। इसे इस्तेमाल करना बहुत ही आसान है। USB केबल के माध्यम से तत्काल बिजली प्रदान करने के लिए PowerTrekk को पानी जोड़ने की आवश्यकता है। इस ईंधन सेल में सिलिकॉन पाउडर और सोडियम सिलिकाइड (NaSi) होता है, जब पानी में मिलाया जाता है, तो यह संयोजन हाइड्रोजन उत्पन्न करता है। हाइड्रोजन ईंधन सेल में ही हवा के साथ मिश्रित होता है, और यह हाइड्रोजन को अपने झिल्ली प्रोटॉन एक्सचेंज के माध्यम से बिना पंखे या पंप के बिजली में परिवर्तित करता है। आप ऐसा पोर्टेबल चार्जर 149 € में खरीद सकते हैं (

ज्ञान की पारिस्थितिकी विज्ञान और प्रौद्योगिकी: हाइड्रोजन ऊर्जा सबसे अधिक कुशल उद्योगों में से एक है, और ईंधन सेल इसे नवीन प्रौद्योगिकियों में सबसे आगे रहने की अनुमति देते हैं।

एक ईंधन सेल एक ऐसा उपकरण है जो विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से हाइड्रोजन युक्त ईंधन से दक्षतापूर्वक प्रत्यक्ष धारा और गर्मी उत्पन्न करता है।

एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है जिसमें यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से प्रत्यक्ष धारा उत्पन्न करता है। फिर से, एक बैटरी की तरह, एक ईंधन सेल में एक एनोड, एक कैथोड और एक इलेक्ट्रोलाइट शामिल होता है। हालांकि, बैटरी के विपरीत, ईंधन सेल विद्युत ऊर्जा को स्टोर नहीं कर सकते हैं, डिस्चार्ज नहीं करते हैं, और रिचार्ज करने के लिए बिजली की आवश्यकता नहीं होती है। ईंधन सेल लगातार बिजली पैदा कर सकते हैं जब तक उनके पास ईंधन और हवा की आपूर्ति होती है। एक कार्यशील ईंधन सेल का वर्णन करने के लिए सही शब्द सेल सिस्टम है, क्योंकि इसे ठीक से काम करने के लिए कुछ सहायक प्रणालियों की आवश्यकता होती है।

अन्य बिजली जनरेटर जैसे कि आंतरिक दहन इंजन या गैस, कोयला, तेल आदि द्वारा संचालित टर्बाइन के विपरीत, ईंधन सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। इसका मतलब है कोई शोर रोटर नहीं अधिक दबाव, जोर से निकास शोर, कंपन। ईंधन सेल एक मूक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करते हैं। ईंधन कोशिकाओं की एक अन्य विशेषता यह है कि वे ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली, गर्मी और पानी में परिवर्तित करते हैं।

ईंधन सेल अत्यधिक कुशल होते हैं और कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और नाइट्रस ऑक्साइड जैसी बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं। ईंधन सेल के संचालन से एकमात्र उत्सर्जन भाप के रूप में पानी और थोड़ी मात्रा में कार्बन डाइऑक्साइड होता है, जो शुद्ध हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में उपयोग करने पर बिल्कुल भी उत्सर्जित नहीं होता है। ईंधन कोशिकाओं को असेंबलियों में और फिर व्यक्तिगत कार्यात्मक मॉड्यूल में इकट्ठा किया जाता है।

ईंधन कोशिकाओं के संचालन का सिद्धांत

इलेक्ट्रोलाइट, कैथोड और एनोड का उपयोग करके चल रही विद्युत रासायनिक प्रतिक्रिया के कारण ईंधन सेल बिजली और गर्मी उत्पन्न करते हैं।

एनोड और कैथोड को एक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किया जाता है जो प्रोटॉन का संचालन करता है। हाइड्रोजन के एनोड में प्रवेश करने के बाद और ऑक्सीजन कैथोड में प्रवेश करने के बाद, एक रासायनिक प्रतिक्रिया शुरू होती है, जिसके परिणामस्वरूप विद्युत प्रवाह, गर्मी और पानी उत्पन्न होता है। एनोड उत्प्रेरक पर, आणविक हाइड्रोजन अलग हो जाता है और इलेक्ट्रॉनों को खो देता है। हाइड्रोजन आयनों (प्रोटॉन) को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से कैथोड तक ले जाया जाता है, जबकि इलेक्ट्रॉनों को इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से और एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से पारित किया जाता है, जिससे एक प्रत्यक्ष करंट बनता है जिसका उपयोग बिजली उपकरणों के लिए किया जा सकता है। कैथोड उत्प्रेरक पर, एक ऑक्सीजन अणु एक इलेक्ट्रॉन (जो बाहरी संचार से आपूर्ति की जाती है) और एक आने वाले प्रोटॉन के साथ जुड़ता है, और पानी बनाता है, जो एकमात्र प्रतिक्रिया उत्पाद है (वाष्प और / या तरल के रूप में)।

नीचे इसी प्रतिक्रिया है:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 => 4H+ + 4e-
कैथोड पर अभिक्रिया: O2 + 4H+ + 4e- => 2H2O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

ईंधन सेल प्रकार

जैसे विभिन्न प्रकार के आंतरिक दहन इंजन होते हैं, वैसे ही विभिन्न प्रकार के ईंधन सेल होते हैं - पसंद उपयुक्त प्रकारईंधन सेल इसके अनुप्रयोग पर निर्भर करता है।ईंधन कोशिकाओं को उच्च तापमान और निम्न तापमान में विभाजित किया जाता है। कम तापमान वाली ईंधन कोशिकाओं को ईंधन के रूप में अपेक्षाकृत शुद्ध हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है।

इसका अक्सर मतलब है कि प्राथमिक ईंधन (जैसे प्राकृतिक गैस) को शुद्ध हाइड्रोजन में बदलने के लिए ईंधन प्रसंस्करण की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया में अतिरिक्त ऊर्जा की खपत होती है और इसके लिए विशेष उपकरणों की आवश्यकता होती है। उच्च तापमान ईंधन कोशिकाओं को इस अतिरिक्त प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे ऊंचे तापमान पर ईंधन को "आंतरिक रूप से परिवर्तित" कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे में निवेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पिघला हुआ कार्बोनेट (एमसीएफसी) पर ईंधन तत्व।

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल उच्च तापमान ईंधन सेल हैं। उच्च परिचालन तापमान ईंधन प्रोसेसर के बिना प्राकृतिक गैस के सीधे उपयोग की अनुमति देता है और कम . के साथ ईंधन गैस कैलोरी मानईंधन उत्पादन प्रक्रियाएंऔर अन्य स्रोतों से। इस प्रक्रिया को 1960 के दशक के मध्य में विकसित किया गया था। उस समय से, विनिर्माण प्रौद्योगिकी, प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार हुआ है।

आरसीएफसी का संचालन अन्य ईंधन कोशिकाओं से अलग है। ये कोशिकाएं पिघले हुए कार्बोनेट लवण के मिश्रण से इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं। वर्तमान में, दो प्रकार के मिश्रण का उपयोग किया जाता है: लिथियम कार्बोनेट और पोटेशियम कार्बोनेट या लिथियम कार्बोनेट और सोडियम कार्बोनेट। कार्बोनेट लवण को पिघलाने और इलेक्ट्रोलाइट में आयनों की उच्च स्तर की गतिशीलता प्राप्त करने के लिए, पिघले हुए कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन सेल उच्च तापमान (650 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं। दक्षता 60-80% के बीच भिन्न होती है।

जब 650°C के तापमान पर गर्म किया जाता है, तो लवण कार्बोनेट आयनों (CO32-) के लिए चालक बन जाते हैं। ये आयन कैथोड से एनोड में जाते हैं जहां वे हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से कैथोड में वापस भेजा जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: CO32- + H2 => H2O + CO2 + 2e-
कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO2 + 1/2O2 + 2e- => CO32-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: एच 2 (जी) + 1/2 ओ 2 (जी) + सीओ 2 (कैथोड) => एच 2 ओ (जी) + सीओ 2 (एनोड)

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के उच्च परिचालन तापमान के कुछ फायदे हैं। उच्च तापमान पर, प्राकृतिक गैस में आंतरिक रूप से सुधार किया जाता है, जिससे ईंधन प्रोसेसर की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। इसके अलावा, फायदे में इलेक्ट्रोड पर स्टेनलेस स्टील शीट और निकल उत्प्रेरक जैसे निर्माण की मानक सामग्री का उपयोग करने की क्षमता शामिल है। विभिन्न प्रकार के औद्योगिक और वाणिज्यिक अनुप्रयोगों के लिए उच्च दबाव भाप उत्पन्न करने के लिए अपशिष्ट गर्मी का उपयोग किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइट में उच्च प्रतिक्रिया तापमान के भी अपने फायदे हैं। उच्च तापमान के अनुप्रयोग को इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में काफी समय लगता है, और सिस्टम ऊर्जा की खपत में बदलाव के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएं निरंतर बिजली की स्थिति में पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल सिस्टम के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान कार्बन मोनोऑक्साइड, "विषाक्तता", आदि द्वारा ईंधन सेल क्षति को रोकता है।

पिघले हुए कार्बोनेट ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। उत्पादन के साथ औद्योगिक रूप से उत्पादित थर्मल पावर प्लांट विद्युत शक्ति 2.8 मेगावाट। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

फॉस्फोरिक एसिड (पीएफसी) पर आधारित ईंधन सेल।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल व्यावसायिक उपयोग के लिए पहली ईंधन सेल थे। इस प्रक्रिया को 1960 के दशक के मध्य में विकसित किया गया था और 1970 के दशक से इसका परीक्षण किया गया है। तब से, स्थिरता, प्रदर्शन और लागत में वृद्धि हुई है।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल 100% तक की एकाग्रता के साथ ऑर्थोफॉस्फोरिक एसिड (H3PO4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, इस कारण इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग 150-220 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर किया जाता है।

ईंधन कोशिकाओं में चार्ज वाहक इस प्रकार केहाइड्रोजन (H+, प्रोटॉन) है। इसी तरह की प्रक्रिया प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (एमईएफसी) में होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के साथ निर्देशित किया जाता है, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। बिजली और गर्मी उत्पन्न करने वाली प्रतिक्रियाएं नीचे दी गई हैं।

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 => 4H+ + 4e-
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2(g) + 4H+ + 4e- => 2H2O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते समय फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 40% से अधिक होती है। गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में, कुल दक्षता लगभग 85% है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान को देखते हुए, अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी को गर्म करने और वायुमंडलीय दबाव में भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

गर्मी और बिजली के संयुक्त उत्पादन में फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं पर थर्मल पावर प्लांट का उच्च प्रदर्शन इस प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के फायदों में से एक है। पौधे लगभग 1.5% की सांद्रता में कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो ईंधन की पसंद का बहुत विस्तार करता है। इसके अलावा, CO2 इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है, इस प्रकार का सेल सुधारित प्राकृतिक ईंधन के साथ काम करता है। सरल निर्माण, कम इलेक्ट्रोलाइट अस्थिरता और बढ़ी हुई स्थिरता भी इस प्रकार के ईंधन सेल के फायदे हैं।

400 kW तक की आउटपुट इलेक्ट्रिक पावर वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 11 मेगावाट के प्रतिष्ठानों ने प्रासंगिक परीक्षण पास कर लिए हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले संयंत्र विकसित किए जा रहे हैं।

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PME) के साथ फ्यूल सेल

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन वाली ईंधन कोशिकाओं को सबसे अधिक माना जाता है सबसे अच्छा प्रकारवाहन शक्ति उत्पन्न करने के लिए ईंधन सेल जो गैसोलीन और डीजल आंतरिक दहन इंजन को प्रतिस्थापित कर सकते हैं। इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग सबसे पहले नासा द्वारा जेमिनी कार्यक्रम के लिए किया गया था। आज, MOPFC पर 1 W से 2 kW की शक्ति वाले इंस्टॉलेशन विकसित और प्रदर्शित किए जा रहे हैं।

ये ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक ठोस बहुलक झिल्ली (पतली प्लास्टिक फिल्म) का उपयोग करते हैं। पानी के साथ गर्भवती होने पर, यह बहुलक प्रोटॉन पास करता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों का संचालन नहीं करता है।

ईंधन हाइड्रोजन है, और आवेश वाहक एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) है। एनोड पर, हाइड्रोजन अणु हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से कैथोड तक जाते हैं, जबकि इलेक्ट्रॉन बाहरी सर्कल के चारों ओर घूमते हैं और विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते हैं। ऑक्सीजन, जिसे हवा से लिया जाता है, कैथोड को खिलाया जाता है और इलेक्ट्रॉनों और हाइड्रोजन आयनों के साथ मिलकर पानी बनाता है। इलेक्ट्रोड पर निम्नलिखित प्रतिक्रियाएं होती हैं:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

अन्य प्रकार के ईंधन कोशिकाओं की तुलना में, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाएं किसी दिए गए ईंधन सेल की मात्रा या वजन के लिए अधिक शक्ति उत्पन्न करती हैं। यह सुविधा उन्हें कॉम्पैक्ट और हल्का होने की अनुमति देती है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से कम है, जो आपको जल्दी से ऑपरेशन शुरू करने की अनुमति देता है। ये विशेषताएं, साथ ही ऊर्जा उत्पादन को जल्दी से बदलने की क्षमता, कुछ ऐसी विशेषताएं हैं जो इन ईंधन कोशिकाओं को वाहनों में उपयोग के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार बनाती हैं।

एक अन्य लाभ यह है कि इलेक्ट्रोलाइट एक तरल पदार्थ के बजाय एक ठोस है। ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ गैसों को कैथोड और एनोड पर रखना आसान होता है और इसलिए ऐसे ईंधन सेल निर्माण के लिए सस्ते होते हैं। अन्य इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में, एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के उपयोग से अभिविन्यास जैसी समस्याएं नहीं होती हैं, जंग की घटना के कारण कम समस्याएं होती हैं, जिससे सेल और उसके घटकों का लंबा स्थायित्व होता है।

सॉलिड ऑक्साइड फ्यूल सेल (SOFC)

सॉलिड ऑक्साइड ईंधन सेल उच्चतम ऑपरेटिंग तापमान वाले ईंधन सेल हैं। ऑपरेटिंग तापमान 600 डिग्री सेल्सियस से 1000 डिग्री सेल्सियस तक भिन्न हो सकता है, जो विशेष पूर्व-उपचार के बिना विभिन्न प्रकार के ईंधन के उपयोग की अनुमति देता है। इन उच्च तापमानों को संभालने के लिए, इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग एक पतली सिरेमिक-आधारित ठोस धातु ऑक्साइड होता है, जो अक्सर येट्रियम और ज़िरकोनियम का मिश्र धातु होता है, जो ऑक्सीजन (O2-) आयनों का संवाहक होता है। ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने की तकनीक 1950 के दशक के उत्तरार्ध से विकसित हो रही है। और इसके दो विन्यास हैं: तलीय और ट्यूबलर।

एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में एक हेमेटिक गैस संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट्स एक छिद्रपूर्ण सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं में आवेश वाहक ऑक्सीजन आयन (О2-) है। कैथोड पर, ऑक्सीजन के अणु हवा से एक ऑक्सीजन आयन और चार इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाते हैं। ऑक्सीजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से गुजरते हैं और हाइड्रोजन के साथ मिलकर चार मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से निर्देशित किया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट ऊष्मा उत्पन्न होती है।

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 2O2- => 2H2O + 4e-
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2 + 4e- => 2O2-
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

उत्पन्न विद्युत ऊर्जा की दक्षता सभी ईंधन कोशिकाओं में सबसे अधिक है - लगभग 60%। इसके अलावा, उच्च परिचालन तापमान संयुक्त गर्मी और बिजली उत्पादन को उच्च दबाव भाप उत्पन्न करने की अनुमति देता है। उच्च तापमान वाले ईंधन सेल को टरबाइन के साथ मिलाने से विद्युत ऊर्जा उत्पादन की दक्षता को 70% तक बढ़ाने के लिए एक हाइब्रिड ईंधन सेल का निर्माण होता है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस-1000 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसके परिणामस्वरूप इष्टतम परिचालन स्थितियों तक पहुंचने में लंबा समय लगता है, और बिजली की खपत में बदलाव का जवाब देने के लिए सिस्टम धीमा है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन को पुनर्प्राप्त करने के लिए किसी कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जिससे थर्मल पावर प्लांट को कोयला गैसीकरण या अपशिष्ट गैसों, और इसी तरह से अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ संचालित करने की अनुमति मिलती है। इसके अलावा, यह ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति अनुप्रयोगों के लिए उत्कृष्ट है। 100 kW की आउटपुट विद्युत शक्ति के साथ औद्योगिक रूप से उत्पादित मॉड्यूल।

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण (DOMTE) के साथ ईंधन सेल

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने की तकनीक सक्रिय विकास के दौर से गुजर रही है। इसने मोबाइल फोन, लैपटॉप के साथ-साथ पोर्टेबल बिजली स्रोत बनाने के क्षेत्र में खुद को सफलतापूर्वक स्थापित किया है। इन तत्वों के भविष्य के अनुप्रयोग का उद्देश्य क्या है।

मेथनॉल के प्रत्यक्ष ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं की संरचना एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओएफईसी) के साथ ईंधन कोशिकाओं के समान होती है, अर्थात। एक बहुलक का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है, और एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) का उपयोग चार्ज वाहक के रूप में किया जाता है। हालांकि, तरल मेथनॉल (CH3OH) को एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकृत किया जाता है, जिससे CO2, हाइड्रोजन आयन और इलेक्ट्रॉन निकलते हैं, जो एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से निर्देशित होते हैं, और एक विद्युत प्रवाह उत्पन्न होता है। हाइड्रोजन आयन इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरते हैं और हवा से ऑक्सीजन और बाहरी सर्किट से इलेक्ट्रॉनों के साथ प्रतिक्रिया करके एनोड पर पानी बनाते हैं।

एनोड अभिक्रिया: CH3OH + H2O => CO2 + 6H+ + 6e-
कैथोड पर अभिक्रिया: 3/2O2 + 6H+ + 6e- => 3H2O
सामान्य तत्व प्रतिक्रिया: CH3OH + 3/2O2 => CO2 + 2H2O

इन ईंधन कोशिकाओं का विकास 1990 के दशक की शुरुआत में शुरू हुआ था। बेहतर उत्प्रेरकों के विकास के बाद, और अन्य हालिया नवाचारों के लिए धन्यवाद, बिजली घनत्व और दक्षता में 40% तक की वृद्धि हुई है।

इन तत्वों का परीक्षण 50-120 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में किया गया था। कम ऑपरेटिंग तापमान और कनवर्टर की कोई आवश्यकता नहीं होने के कारण, प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल मोबाइल फोन और अन्य उपभोक्ता उत्पादों से लेकर ऑटोमोटिव इंजन तक के अनुप्रयोगों के लिए सबसे अच्छे उम्मीदवार हैं। इस प्रकार की ईंधन कोशिकाओं का लाभ तरल ईंधन के उपयोग और कनवर्टर का उपयोग करने की आवश्यकता के अभाव के कारण उनके छोटे आयाम हैं।

क्षारीय ईंधन सेल (एएफसी)

क्षारीय ईंधन सेल (ALFC) सबसे अधिक अध्ययन की जाने वाली तकनीकों में से एक हैं और 1960 के दशक के मध्य से इसका उपयोग किया जा रहा है। नासा द्वारा अपोलो और स्पेस शटल कार्यक्रमों में। इन अंतरिक्ष यान में ईंधन सेल बिजली और पीने के पानी का उत्पादन करते हैं। क्षारीय ईंधन सेल बिजली उत्पन्न करने के लिए उपयोग की जाने वाली सबसे कुशल कोशिकाओं में से हैं, जिसमें बिजली उत्पादन क्षमता 70% तक पहुंच जाती है।

क्षारीय ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते हैं, यानी पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक जलीय घोल, जो एक झरझरा, स्थिर मैट्रिक्स में निहित होता है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है, जो 65 डिग्री सेल्सियस से 220 डिग्री सेल्सियस तक होती है। SFC में आवेश वाहक एक हाइड्रॉक्साइड आयन (OH-) है जो कैथोड से एनोड की ओर बढ़ता है, जहाँ यह हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करके पानी और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है। एनोड पर उत्पन्न पानी कैथोड में वापस चला जाता है, फिर से वहां हाइड्रॉक्साइड आयन उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में होने वाली प्रतिक्रियाओं की इस श्रृंखला के परिणामस्वरूप, बिजली का उत्पादन होता है और, उप-उत्पाद के रूप में, गर्मी:

एनोड प्रतिक्रिया: 2H2 + 4OH- => 4H2O + 4e-
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O2 + 2H2O + 4e- => 4OH-
प्रणाली की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H2 + O2 => 2H2O

एसएफसी का लाभ यह है कि ये ईंधन सेल निर्माण के लिए सबसे सस्ते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पर आवश्यक उत्प्रेरक कोई भी पदार्थ हो सकता है जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के उत्प्रेरक के रूप में उपयोग किए जाने वाले पदार्थों की तुलना में सस्ता होता है। इसके अलावा, एससीएफसी अपेक्षाकृत कम तापमान पर काम करते हैं और सबसे कुशल ईंधन कोशिकाओं में से हैं - ऐसी विशेषताएं क्रमशः तेज बिजली उत्पादन और उच्च ईंधन दक्षता में योगदान कर सकती हैं।

में से एक विशेषणिक विशेषताएं SHTE - CO2 के प्रति उच्च संवेदनशीलता, जिसे ईंधन या वायु में समाहित किया जा सकता है। CO2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे जल्दी से जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को बहुत कम कर देता है। इसलिए, एसएफसी का उपयोग अंतरिक्ष और पानी के नीचे के वाहनों जैसे बंद स्थानों तक सीमित है, उन्हें शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर काम करना चाहिए। इसके अलावा, CO, H2O और CH4 जैसे अणु, जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए सुरक्षित हैं और उनमें से कुछ के लिए ईंधन भी, SFC के लिए हानिकारक हैं।

पॉलिमर इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल (पीईटीई)

बहुलक इलेक्ट्रोलाइट ईंधन कोशिकाओं के मामले में, बहुलक झिल्ली में जल क्षेत्रों के साथ बहुलक फाइबर होते हैं जिसमें जल आयनों का एक चालन होता है एच 2 ओ + (प्रोटॉन, लाल) पानी के अणु से जुड़ा होता है। धीमी आयन विनिमय के कारण पानी के अणु एक समस्या पेश करते हैं। इसलिए, ईंधन और निकास इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की एक उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस तक सीमित कर देता है।

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल (SCFC)

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स में इलेक्ट्रोलाइट (CsHSO4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस है। SO42-ऑक्सी आयनों का घूर्णन प्रोटॉन (लाल) को चित्र में दिखाए अनुसार स्थानांतरित करने की अनुमति देता है।

आमतौर पर, एक ठोस एसिड ईंधन सेल एक सैंडविच होता है जिसमें अच्छा संपर्क सुनिश्चित करने के लिए दो कसकर संपीड़ित इलेक्ट्रोड के बीच ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत सैंडविच होती है। गर्म होने पर, कार्बनिक घटक वाष्पित हो जाता है, इलेक्ट्रोड में छिद्रों से निकल जाता है, ईंधन (या कोशिकाओं के दूसरे छोर पर ऑक्सीजन), इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड के बीच कई संपर्कों की क्षमता को बनाए रखता है। प्रकाशित

ईंधन सेल प्रकार	वर्किंग टेम्परेचर	बिजली उत्पादन क्षमता	ईंधन प्रकार	आवेदन क्षेत्र
आरकेटीई	550-700 डिग्री सेल्सियस	50-70%		मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
एफकेटीई	100-220 डिग्री सेल्सियस	35-40%	शुद्ध हाइड्रोजन	बड़े प्रतिष्ठान
मोप्टे	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान
SOFC	450-1000 डिग्री सेल्सियस	45-70%	अधिकांश हाइड्रोकार्बन ईंधन	छोटे, मध्यम और बड़े प्रतिष्ठान
Ponte	20-90 डिग्री सेल्सियस	20-30%	मेथनॉल	पोर्टेबल इकाइयां
एसएचटीई	50-200 डिग्री सेल्सियस	40-65%	शुद्ध हाइड्रोजन	अंतरिक्ष अनुसंधान
पीट	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान

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अपनी यात्रा की शुरुआत के कुछ ही समय बाद, अलॉय नोरा जनजाति की भूमि के बाहर स्थित एक अग्रदूत बंकर पर ठोकर खाएगा। बंकर के अंदर, एक शक्तिशाली दरवाजे के पीछे, किसी प्रकार का कवच है जो दूर से बहुत आकर्षक लगता है।

तार

कलरव

अपनी यात्रा की शुरुआत के कुछ ही समय बाद, अलॉय नोरा जनजाति की भूमि के बाहर स्थित एक अग्रदूत बंकर पर ठोकर खाएगा। बंकर के अंदर, एक शक्तिशाली दरवाजे के पीछे, किसी प्रकार का कवच है जो दूर से बहुत आकर्षक लगता है।

यह शील्ड वीवर है, वास्तव में - खेल में सबसे अच्छा उपकरण। इसे कैसे प्राप्त करें? एयरटाइट बंकर का दरवाजा खोलने और शील्ड वीवर प्राप्त करने के लिए, आपको पूरे खेल की दुनिया में बिखरे हुए पांच ईंधन कोशिकाओं को खोजने की आवश्यकता होगी।

नीचे हम आपको दिखाएंगे कि ईंधन कोशिकाओं को कहां देखना है और खोज करते समय और प्राचीन शस्त्रागार में पहेली को कैसे हल करना है।

फ्यूल सेल #1 - मदर्स हार्ट (माँ के गर्भ की खोज)

एलॉय पूरी तरह से भर जाने से पहले ही पहला ईंधन सेल ढूंढ लेगा खुली दुनिया. दीक्षा के बाद, हमारी नायिका खुद को माँ के हृदय में, नोरा जनजाति के पवित्र स्थान और कुलपतियों के निवास स्थान में पाएगी।

बिस्तर से बाहर निकलने पर, अलॉय क्रम में कई कमरों से गुज़रेगा और उनमें से एक में एक सीलबंद दरवाजा आ जाएगा जिसे खोला नहीं जा सकता। चारों ओर देखें - पास में एक वेंटिलेशन शाफ्ट होगा, जिसे जलती हुई मोमबत्तियों से सजाया जाएगा। सुनो।

खदान से गुजरने के बाद आप खुद को एक बंद दरवाजे के पीछे पाएंगे। मोमबत्तियों और रहस्यमय दीवार ब्लॉक के बगल में फर्श पर देखें - यहां एक ईंधन सेल है।

जरूरी: यदि आप इस ईंधन सेल को अभी नहीं उठाते हैं, तो आप "हार्ट ऑफ़ द बुरो" खोज को पूरा करने के बाद ही खेल के बाद के चरणों में इस स्थान पर फिर से पहुँच पाएंगे।

ईंधन सेल #2 - खंडहर

एलॉय पहले भी इन खंडहरों में जा चुकी थीं - वह बचपन में यहां गिरी थीं। दीक्षा पास करने के बाद, अपने बचपन को याद करना और यहाँ फिर से लौटना - दूसरा ईंधन तत्व उठाकर लायक है।

खंडहरों का प्रवेश द्वार ऐसा दिखता है, साहसपूर्वक कूदो।

आपको खंडहरों के पहले स्तर की आवश्यकता है, नक्शे पर बैंगनी रंग में हाइलाइट किया गया निचला दायां क्षेत्र। यहां एक दरवाजा है जिसे अलॉय अपने भाले से खोलेगा।

दरवाजे से जाने के बाद, सीढ़ियों से ऊपर जाएं और दाएं मुड़ें - एलॉय अपनी युवावस्था में इन स्टैलेक्टाइट्स के माध्यम से नहीं चढ़ सकती थी, लेकिन अब उसका तर्क है। फिर से भाला निकालो और स्टैलेक्टाइट्स को तोड़ो - रास्ता साफ है, यह टेबल पर पड़े ईंधन तत्व को लेने के लिए बना हुआ है।

ईंधन सेल #3 - मास्टर की सीमा (मास्टर की सीमा क्वेस्ट)

हम उत्तर की ओर जा रहे हैं। कहानी की खोज के दौरान, मास्टर्स रीच, एलॉय विशाल अग्रदूत खंडहर की खोज करता है। खंडहर के बारहवें स्तर पर छिपा हुआ एक और ईंधन सेल है।

आपको न केवल खंडहरों के ऊपरी स्तर पर चढ़ने की जरूरत है, बल्कि थोड़ी ऊंची चढ़ाई भी करनी होगी। इमारत के बचे हुए हिस्से पर तब तक चढ़ें जब तक कि आप अपने आप को सभी हवाओं के लिए खुले एक छोटे से मंच पर न पा लें।

यह वह जगह है जहां तीसरा ईंधन सेल निहित है। उतरना बाकी है।

ईंधन सेल #4 - मृत्यु का खजाना (कार्य मृत्यु का खजाना)

यह ईंधन तत्व मानचित्र के उत्तरी भाग में भी छिपा है, लेकिन यह नोरा जनजाति की भूमि के काफी करीब है। कहानी मिशन के पारित होने के दौरान अलॉय भी यहां पहुंच जाएगा।

तत्व को प्राप्त करने के लिए, एलॉय को स्थान के तीसरे स्तर पर स्थित सीलबंद दरवाजे पर बिजली की आपूर्ति बहाल करने की आवश्यकता है।

ऐसा करने के लिए, आपको एक छोटी पहेली को हल करने की आवश्यकता है - दरवाजे के नीचे के स्तर पर चार नियामकों के दो ब्लॉक हैं।

सबसे पहले, आइए नियामकों के बाएं ब्लॉक से निपटें। पहले घुंडी को "देखना" चाहिए, दूसरा "दाईं ओर", तीसरा "बाईं ओर", चौथा "नीचे"।

हम दाहिने ब्लॉक में जाते हैं। आप पहले दो नियामकों को नहीं छूते हैं, तीसरे और चौथे नियामकों को "नीचे" दिखना चाहिए।

हम एक स्तर ऊपर उठते हैं - यहाँ नियामकों का अंतिम खंड है। सही क्रम है: ऊपर, नीचे, बाएँ, दाएँ।

यदि आप सब कुछ ठीक करते हैं, तो सभी नियंत्रण फ़िरोज़ा में रंग बदल देंगे, बिजली की आपूर्ति बहाल हो जाएगी। दरवाजे पर वापस चढ़ो और इसे खोलो - यह एक और ईंधन तत्व है।

फ्यूल सेल #5 - GAIA प्राइम (खोज फॉलन माउंटेन)

अंत में, अंतिम ईंधन सेल - और फिर से साजिश कार्य पर। एलॉय जीएईए प्राइम के खंडहरों की यात्रा करता है।

जब आप तीसरे स्तर पर पहुँचते हैं तो विशेष रूप से सावधान रहें। किसी समय आला के सामने एक आकर्षक रसातल होगा, जिसमें आप एक रस्सी पर नीचे जा सकते हैं - आप वहाँ जाएँ कोई ज़रुरत नहीं है.

बाईं ओर मुड़ना और छिपी हुई गुफा का पता लगाना बेहतर है, यदि आप ध्यान से पहाड़ के नीचे जाते हैं तो आप इसमें प्रवेश कर सकते हैं।

अंदर आओ और बहुत अंत तक आगे बढ़ो। दायीं ओर के आखिरी कमरे में आखिरी ईंधन सेल के साथ एक रैक होगा। तुमने यह किया!

प्राचीन शस्त्रागार के लिए अपना रास्ता बनाना

यह प्राचीन शस्त्रागार में लौटने और एक अच्छी तरह से योग्य इनाम प्राप्त करने के लिए बनी हुई है। क्या आपको शस्त्रागार के निर्देशांक याद हैं? यदि नहीं, तो यहाँ नक्शा है।

नीचे उतरें और फ्यूल सेल को खाली सेल में डालें। नियामक आग पर हैं, अब आपको दरवाजा खोलने के लिए पहेली को हल करने की जरूरत है।

पहली घुंडी ऊपर की ओर, दूसरी दायीं ओर, तीसरी नीचे, चौथी बायीं ओर, पांचवीं ऊपर दिखनी चाहिए। हो गया, दरवाजा खुला है - लेकिन यह अभी खत्म नहीं हुआ है।

अब आपको कवच माउंट को अनलॉक करने की आवश्यकता है - एक और नियामक पहेली जहां शेष ईंधन सेल काम में आएंगे। यहां पहला घुंडी दायीं ओर, दूसरा बायीं ओर, तीसरा ऊपर, चौथा दायीं ओर, पांचवां बायीं ओर देखना चाहिए।

अंत में, इस सारी पीड़ा के बाद, आपने प्राचीन कवच पर अधिकार कर लिया है। यह शील्ड वीवर है, जो उपकरण का एक बहुत अच्छा टुकड़ा है जो एलॉय को कुछ समय के लिए लगभग अजेय बना देता है।

मुख्य बात यह है कि कवच के रंग की सावधानीपूर्वक निगरानी करें: यदि यह सफेद झिलमिलाहट करता है, तो सब कुछ क्रम में है। यदि लाल है, तो कोई अधिक सुरक्षा नहीं है।

वे यूएस नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) के अंतरिक्ष यान द्वारा संचालित हैं। वे ओमाहा में पहले नेशनल बैंक के कंप्यूटरों को शक्ति प्रदान करते हैं। उनका उपयोग शिकागो में कुछ सार्वजनिक सिटी बसों में किया जाता है।

ये सभी ईंधन सेल हैं। ईंधन सेल विद्युत रासायनिक उपकरण हैं जो दहन प्रक्रिया के बिना बिजली उत्पन्न करते हैं - रासायनिक रूप से, बैटरी की तरह। फर्क सिर्फ इतना है कि वे अलग-अलग का उपयोग करते हैं रासायनिक पदार्थ, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन, और रासायनिक प्रतिक्रिया का उत्पाद पानी है। प्राकृतिक गैस का भी उपयोग किया जा सकता है, लेकिन निश्चित रूप से, हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग करते समय कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन का एक निश्चित स्तर अपरिहार्य है।

क्योंकि ईंधन सेल उच्च दक्षता पर और हानिकारक उत्सर्जन के बिना काम कर सकते हैं, वे एक स्थायी ऊर्जा स्रोत के रूप में महान वादा रखते हैं जो ग्रीनहाउस गैसों और अन्य प्रदूषकों के उत्सर्जन को कम करने में मदद करेगा। ईंधन कोशिकाओं के व्यापक उपयोग में मुख्य बाधा बिजली या प्रोपेल वाहनों को उत्पन्न करने वाले अन्य उपकरणों की तुलना में उनकी उच्च लागत है।

विकास का इतिहास

1839 में सर विलियम ग्रोव्स द्वारा पहली ईंधन कोशिकाओं का प्रदर्शन किया गया था। ग्रोव्स ने दिखाया कि इलेक्ट्रोलिसिस की प्रक्रिया - विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में पानी का विभाजन - प्रतिवर्ती है। यानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को रासायनिक रूप से मिलाकर बिजली बनाई जा सकती है।

इसके प्रदर्शन के बाद, कई वैज्ञानिक परिश्रम के साथ ईंधन कोशिकाओं का अध्ययन करने के लिए दौड़ पड़े, लेकिन आंतरिक दहन इंजन के आविष्कार और उन्नीसवीं शताब्दी के उत्तरार्ध में तेल भंडार निकालने के लिए बुनियादी ढांचे के विकास ने ईंधन कोशिकाओं के विकास को बहुत पीछे छोड़ दिया। और भी अधिक उनकी उच्च लागत ईंधन कोशिकाओं के विकास के लिए विवश।

ईंधन सेल के विकास में उछाल 1950 के दशक में आया, जब नासा ने अंतरिक्ष उड़ानों के लिए एक कॉम्पैक्ट इलेक्ट्रिक जनरेटर की आवश्यकता के संबंध में उनकी ओर रुख किया। उपयुक्त धन का निवेश किया गया था, और परिणामस्वरूप, अपोलो और जेमिनी की उड़ानें ईंधन कोशिकाओं पर की गईं। अंतरिक्ष यान भी ईंधन कोशिकाओं पर चलते हैं।

ईंधन सेल अभी भी काफी हद तक एक प्रायोगिक तकनीक है, लेकिन कई कंपनियां पहले से ही उन्हें वाणिज्यिक बाजार में बेच रही हैं। पिछले लगभग दस वर्षों में ही, वाणिज्यिक ईंधन सेल प्रौद्योगिकी में महत्वपूर्ण प्रगति हुई है।

ईंधन सेल कैसे काम करता है

ईंधन सेल बैटरी की तरह होते हैं - वे एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से बिजली उत्पन्न करते हैं। इसके विपरीत, आंतरिक दहन इंजन ईंधन जलाते हैं और इस प्रकार गर्मी उत्पन्न करते हैं, जिसे बाद में यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित किया जाता है। जब तक निकास गैसों से निकलने वाली ऊष्मा का किसी तरह से उपयोग नहीं किया जाता (उदाहरण के लिए, हीटिंग या एयर कंडीशनिंग के लिए), तब यह कहा जा सकता है कि आंतरिक दहन इंजन की दक्षता काफी कम है। उदाहरण के लिए, यह उम्मीद की जाती है कि किसी वाहन में उपयोग किए जाने पर ईंधन कोशिकाओं की दक्षता - वर्तमान में विकास के तहत एक परियोजना - कारों में उपयोग किए जाने वाले आज के विशिष्ट गैसोलीन इंजनों की तुलना में दोगुने से अधिक कुशल होगी।

हालांकि बैटरी और ईंधन सेल दोनों ही रासायनिक रूप से बिजली का उत्पादन करते हैं, लेकिन वे दो अलग-अलग कार्य करते हैं। बैटरियों को ऊर्जा उपकरण संग्रहीत किया जाता है: वे जो बिजली उत्पन्न करते हैं वह उनके अंदर पहले से ही पदार्थ की रासायनिक प्रतिक्रिया का परिणाम है। ईंधन सेल ऊर्जा का भंडारण नहीं करते हैं, लेकिन बाहरी रूप से आपूर्ति किए गए ईंधन से कुछ ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। इस संबंध में, एक ईंधन सेल एक पारंपरिक बिजली संयंत्र की तरह है।

कई अलग-अलग प्रकार के ईंधन सेल हैं। सबसे सरल ईंधन सेल में एक विशेष झिल्ली होती है जिसे इलेक्ट्रोलाइट के रूप में जाना जाता है। पाउडर इलेक्ट्रोड झिल्ली के दोनों किनारों पर जमा होते हैं। यह डिज़ाइन - दो इलेक्ट्रोड से घिरा एक इलेक्ट्रोलाइट - एक अलग तत्व है। हाइड्रोजन एक तरफ (एनोड) और ऑक्सीजन (वायु) से दूसरी (कैथोड) में प्रवाहित होती है। प्रत्येक इलेक्ट्रोड की एक अलग रासायनिक प्रतिक्रिया होती है।

एनोड पर, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के मिश्रण में टूट जाता है। कुछ ईंधन कोशिकाओं में, इलेक्ट्रोड एक उत्प्रेरक से घिरे होते हैं, जो आमतौर पर प्लैटिनम या अन्य महान धातुओं से बना होता है, जो पृथक्करण प्रतिक्रिया को बढ़ावा देता है:

2H2 ==> 4H+ + 4e-।

H2 = द्विपरमाणुक हाइड्रोजन अणु, रूप, in

जिसमें हाइड्रोजन गैस के रूप में मौजूद है;

एच+ = आयनित हाइड्रोजन, यानी। प्रोटॉन;

ई- = इलेक्ट्रॉन।

एक ईंधन सेल का संचालन इस तथ्य पर आधारित है कि इलेक्ट्रोलाइट स्वयं के माध्यम से (कैथोड की ओर) प्रोटॉन से गुजरता है, लेकिन इलेक्ट्रॉन नहीं करते हैं। इलेक्ट्रॉन बाहरी संवाहक सर्किट के साथ कैथोड की ओर बढ़ते हैं। इलेक्ट्रॉनों की यह गति एक विद्युत प्रवाह है जिसका उपयोग ईंधन सेल से जुड़े बाहरी उपकरण, जैसे कि इलेक्ट्रिक मोटर या लाइट बल्ब को बिजली देने के लिए किया जा सकता है। इस उपकरण को आमतौर पर "लोड" के रूप में जाना जाता है।

ईंधन सेल के कैथोड पक्ष पर, प्रोटॉन (जो इलेक्ट्रोलाइट से होकर गुजरे हैं) और इलेक्ट्रॉन (जो बाहरी भार से गुजरे हैं) "पुनर्संयोजन" करते हैं और पानी बनाने के लिए कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, H2O:

4H+ + 4e- + O2 ==> 2H2O।

ईंधन सेल में समग्र प्रतिक्रिया इस प्रकार लिखी जाती है:

2H2 + O2 ==> 2H2O।

अपने काम में, ईंधन सेल हवा से हाइड्रोजन ईंधन और ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं। हाइड्रोजन को सीधे या बाहरी ईंधन स्रोत जैसे प्राकृतिक गैस, गैसोलीन या मेथनॉल से अलग करके आपूर्ति की जा सकती है। बाहरी स्रोत के मामले में, इसे हाइड्रोजन निकालने के लिए रासायनिक रूप से परिवर्तित किया जाना चाहिए। इस प्रक्रिया को "सुधार" कहा जाता है। हाइड्रोजन अमोनिया से भी प्राप्त किया जा सकता है, वैकल्पिक स्रोत जैसे कि शहर के लैंडफिल और अपशिष्ट जल उपचार संयंत्रों से गैस, और जल इलेक्ट्रोलिसिस, जो पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विघटित करने के लिए बिजली का उपयोग करता है। वर्तमान में, परिवहन में उपयोग की जाने वाली अधिकांश ईंधन सेल प्रौद्योगिकियां मेथनॉल का उपयोग करती हैं।

ईंधन कोशिकाओं के लिए हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए ईंधन में सुधार के लिए विभिन्न साधन विकसित किए गए हैं। अमेरिकी ऊर्जा विभाग ने एक स्व-निहित ईंधन सेल को हाइड्रोजन की आपूर्ति करने के लिए एक गैसोलीन सुधारक के अंदर एक ईंधन संयंत्र विकसित किया है। अमेरिका में पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने एक कॉम्पैक्ट ईंधन सुधारक का प्रदर्शन किया है जो एक पावर पैक के आकार का दसवां हिस्सा है। यूएस यूटिलिटी, नॉर्थवेस्ट पावर सिस्टम्स और सैंडिया नेशनल लेबोरेटरी ने एक ईंधन सुधारक का प्रदर्शन किया है जो ईंधन कोशिकाओं के लिए डीजल ईंधन को हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है।

व्यक्तिगत रूप से, ईंधन सेल लगभग 0.7-1.0 वोल्ट प्रत्येक का उत्पादन करते हैं। वोल्टेज बढ़ाने के लिए, तत्वों को "कैस्केड" में इकट्ठा किया जाता है, अर्थात। सीरियल कनेक्शन। अधिक करंट बनाने के लिए, कैस्केड तत्वों के सेट समानांतर में जुड़े हुए हैं। यदि आप ईंधन सेल कैस्केड को एक ईंधन संयंत्र, एक वायु आपूर्ति और शीतलन प्रणाली और एक नियंत्रण प्रणाली के साथ जोड़ते हैं, तो आपको एक ईंधन सेल इंजन मिलता है। यह इंजन एक वाहन, एक निश्चित बिजली संयंत्र या एक पोर्टेबल विद्युत जनरेटर को शक्ति प्रदान कर सकता है। ईंधन सेल इंजन आवेदन, ईंधन सेल के प्रकार और उपयोग किए गए ईंधन के आधार पर विभिन्न आकारों में आते हैं। उदाहरण के लिए, ओमाहा में बैंक में स्थापित चार अलग 200 kW स्थिर बिजली संयंत्रों में से प्रत्येक का आकार लगभग एक ट्रक ट्रेलर के आकार का है।

अनुप्रयोग

ईंधन सेल का उपयोग स्थिर और मोबाइल दोनों उपकरणों में किया जा सकता है। अमेरिकी उत्सर्जन नियमों को सख्त करने के जवाब में, डेमलर क्रिसलर, टोयोटा, फोर्ड, जनरल मोटर्स, वोक्सवैगन, होंडा और निसान सहित वाहन निर्माताओं ने ईंधन सेल वाहनों का प्रयोग और प्रदर्शन किया है। पहले वाणिज्यिक ईंधन सेल वाहनों के 2004 या 2005 में सड़कों पर उतरने की उम्मीद है।

ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के इतिहास में एक मील का पत्थर जून 1993 का प्रदर्शन था जिसमें 90 किलोवाट हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन के साथ बैलार्ड पावर सिस्टम की प्रयोगात्मक 32-फुट सिटी बस का प्रदर्शन किया गया था। तब से, कई अलग - अलग प्रकारऔर ईंधन सेल यात्री वाहनों की विभिन्न पीढ़ियों द्वारा संचालित अलग - अलग प्रकारईंधन। 1996 के अंत से, कैलिफोर्निया में पाम डेजर्ट में तीन हाइड्रोजन ईंधन सेल संचालित गोल्फ कार्ट का उपयोग किया जा रहा है। शिकागो, इलिनोइस की सड़कों पर; वैंकूवर, ब्रिटिश कोलंबिया; और ओस्लो, नॉर्वे ईंधन सेल सिटी बसों का परीक्षण कर रहे हैं। लंदन की सड़कों पर क्षारीय ईंधन सेल टैक्सियों का परीक्षण किया जा रहा है।

ईंधन सेल प्रौद्योगिकी का उपयोग करने वाले स्थिर प्रतिष्ठानों का भी प्रदर्शन किया जा रहा है, लेकिन इनका अभी तक व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से उपयोग नहीं किया गया है। नेब्रास्का में ओमाहा का पहला नेशनल बैंक कंप्यूटरों को बिजली देने के लिए ईंधन सेल सिस्टम का उपयोग करता है क्योंकि सिस्टम बैटरी बैकअप के साथ पुराने मेन सिस्टम की तुलना में अधिक विश्वसनीय है। दुनिया का सबसे बड़ा वाणिज्यिक 1.2 मेगावाट ईंधन सेल सिस्टम जल्द ही अलास्का के एक मेल सेंटर में स्थापित किया जाएगा। ईंधन सेल लैपटॉप, सीवेज उपचार संयंत्रों और वेंडिंग मशीनों में उपयोग किए जाने वाले नियंत्रण प्रणालियों का भी परीक्षण और प्रदर्शन किया जा रहा है।

"पक्ष - विपक्ष"

ईंधन कोशिकाओं के कई फायदे हैं। जबकि आधुनिक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता केवल 12-15% है, ईंधन कोशिकाओं के लिए यह गुणांक 50% है। ईंधन कोशिकाओं की दक्षता काफी हद तक बनी रह सकती है ऊँचा स्तर, तब भी जब उनका उपयोग पूर्ण रेटेड शक्ति पर नहीं किया जाता है, जो पेट्रोल इंजन पर एक प्रमुख लाभ है।

ईंधन सेल डिजाइन की मॉड्यूलर प्रकृति का मतलब है कि ईंधन सेल बिजली संयंत्र की क्षमता को केवल कुछ और चरणों को जोड़कर बढ़ाया जा सकता है। यह सुनिश्चित करता है कि आपूर्ति और मांग के बेहतर मिलान की अनुमति देते हुए क्षमता का कम उपयोग कारक कम से कम हो। चूंकि ईंधन सेल स्टैक की दक्षता अलग-अलग कोशिकाओं के प्रदर्शन से निर्धारित होती है, इसलिए छोटे ईंधन सेल बिजली संयंत्र बड़े लोगों की तरह ही कुशलता से काम करते हैं। इसके अलावा, स्थिर ईंधन सेल सिस्टम से अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी और अंतरिक्ष हीटिंग के लिए किया जा सकता है, जिससे ऊर्जा दक्षता और बढ़ जाती है।

ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते समय, व्यावहारिक रूप से कोई हानिकारक उत्सर्जन नहीं होता है। जब इंजन शुद्ध हाइड्रोजन पर चलता है, तो उपोत्पाद के रूप में केवल ऊष्मा और शुद्ध जलवाष्प ही बनते हैं। तो अंतरिक्ष यान पर, अंतरिक्ष यात्री पानी पीते हैं, जो जहाज पर ईंधन कोशिकाओं के संचालन के परिणामस्वरूप बनता है। उत्सर्जन की संरचना हाइड्रोजन स्रोत की प्रकृति पर निर्भर करती है। मेथनॉल के उपयोग से नाइट्रोजन ऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड का शून्य उत्सर्जन होता है और केवल छोटे हाइड्रोकार्बन उत्सर्जन होते हैं। जैसे ही आप हाइड्रोजन से मेथनॉल से गैसोलीन में जाते हैं, उत्सर्जन बढ़ता है, हालांकि गैसोलीन के साथ भी उत्सर्जन काफी कम रहेगा। किसी भी मामले में, ईंधन कोशिकाओं के साथ आज के पारंपरिक आंतरिक दहन इंजन के प्रतिस्थापन के परिणामस्वरूप CO2 और NOx उत्सर्जन में समग्र कमी आएगी।

ईंधन कोशिकाओं का उपयोग विकेंद्रीकृत बिजली उत्पादन के लिए अतिरिक्त अवसर पैदा करते हुए, ऊर्जा बुनियादी ढांचे का लचीलापन प्रदान करता है। विकेन्द्रीकृत ऊर्जा स्रोतों की बहुलता संचरण हानियों को कम करना और ऊर्जा बिक्री बाजारों को विकसित करना संभव बनाती है (जो विशेष रूप से दूरदराज और ग्रामीण क्षेत्रों के लिए महत्वपूर्ण है जहां बिजली लाइनों तक पहुंच नहीं है)। ईंधन सेल की मदद से, व्यक्तिगत निवासी या पड़ोस खुद को अधिकांश बिजली प्रदान कर सकते हैं और इस प्रकार इसके उपयोग की दक्षता में उल्लेखनीय वृद्धि कर सकते हैं।

ईंधन सेल उच्च गुणवत्ता वाली ऊर्जा और बढ़ी हुई विश्वसनीयता प्रदान करते हैं। वे टिकाऊ होते हैं, कोई हिलने-डुलने वाले हिस्से नहीं होते हैं, और निरंतर मात्रा में बिजली पैदा करते हैं।

हालांकि, प्रदर्शन में सुधार, लागत कम करने और इस प्रकार ईंधन सेल को अन्य ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धी बनाने के लिए ईंधन सेल प्रौद्योगिकी में और सुधार करने की आवश्यकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि जब ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की लागत विशेषताओं पर विचार किया जाता है, तो तुलना तकनीकी विशेषताओं के सभी घटकों के आधार पर की जानी चाहिए, जिसमें पूंजीगत परिचालन लागत, प्रदूषक उत्सर्जन, ऊर्जा गुणवत्ता, स्थायित्व, डीकमिशनिंग और लचीलेपन शामिल हैं।

हालांकि हाइड्रोजन गैस सबसे अच्छा ईंधन है, इसके लिए बुनियादी ढांचा या परिवहन आधार अभी तक मौजूद नहीं है। अल्पावधि में, मौजूदा जीवाश्म ईंधन आपूर्ति प्रणाली (गैस स्टेशन, आदि) का उपयोग बिजली संयंत्रों को गैसोलीन, मेथनॉल या प्राकृतिक गैस के रूप में हाइड्रोजन स्रोतों के साथ प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। यह समर्पित हाइड्रोजन फिलिंग स्टेशनों की आवश्यकता को समाप्त कर देगा, लेकिन प्रत्येक वाहन को जीवाश्म ईंधन से हाइड्रोजन कनवर्टर ("सुधारकर्ता") के साथ फिट करने की आवश्यकता होगी। इस दृष्टिकोण का नुकसान यह है कि यह जीवाश्म ईंधन का उपयोग करता है और इस प्रकार कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन में परिणत होता है। मेथनॉल, वर्तमान में प्रमुख उम्मीदवार, गैसोलीन की तुलना में कम उत्सर्जन करता है, लेकिन इसके लिए कार में एक बड़े टैंक की आवश्यकता होगी क्योंकि यह समान ऊर्जा सामग्री के लिए दोगुनी जगह लेता है।

जीवाश्म ईंधन आपूर्ति प्रणालियों के विपरीत, सौर और पवन प्रणाली (पानी से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन बनाने के लिए बिजली का उपयोग करना) और प्रत्यक्ष फोटो-रूपांतरण प्रणाली (हाइड्रोजन का उत्पादन करने के लिए अर्धचालक सामग्री या एंजाइम का उपयोग करके) बिना किसी सुधार कदम के हाइड्रोजन की आपूर्ति कर सकते हैं, और इस तरह, उत्सर्जन हानिकारक पदार्थों से बचा जा सकता है, जो मेथनॉल या गैसोलीन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते समय देखा जाता है। हाइड्रोजन को आवश्यकतानुसार ईंधन सेल में संग्रहीत और बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। भविष्य में, ईंधन कोशिकाओं को इस प्रकार के नवीकरणीय ऊर्जा स्रोतों से जोड़ना ऊर्जा के उत्पादक, पर्यावरण के अनुकूल और बहुमुखी स्रोत प्रदान करने के लिए एक प्रभावी रणनीति होने की संभावना है।

आईईईआर की सिफारिशें हैं कि स्थानीय और संघीय प्राधिकरण, साथ ही राज्य सरकारों ने अपने खरीद बजट का एक हिस्सा ईंधन सेल वाहनों के परिवहन के लिए आवंटित किया, साथ ही साथ स्थिर प्रणालीइसकी कुछ महत्वपूर्ण या नई इमारतों को गर्मी और बिजली प्रदान करने के लिए ईंधन कोशिकाओं पर। यह महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी के विकास में योगदान देगा और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करेगा।