প্রথম নজরে, ধারণাটি প্রায় জাদুকর মনে হয়: পানিতে বিদ্যুৎ প্রয়োগ করুন, এবং খাঁটি হাইড্রোজেন গ্যাস বেরিয়ে আসে। কিন্তু যে কোন প্রকৌশলীকে জিজ্ঞাসা করুনপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করেআণবিক স্তরে, এবং আপনি আধুনিক শক্তি প্রযুক্তির সবচেয়ে মার্জিত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়া এক উন্মোচন করবে.এই গাইডটি আপনাকে পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার এর ভিতরে নিয়ে যায় Membrane রসায়ন থেকে স্ট্যাক ইঞ্জিনিয়ারিং পর্যন্ত এই ডিভাইসগুলি কীভাবে শিল্পের শীর্ষস্থানীয় দক্ষতার সাথে সবুজ হাইড্রোজেন উত্পাদন করে তা ব্যাখ্যা করতে.
একটি প্রধান কাজ নীতিপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজারএকটি একক, অসাধারণ কার্যকর উপাদান উপর নির্ভর করেঃ একটিসলিড পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট ঝিল্লিযা প্রোটন (এইচ+) পরিচালনা করে এবং ইলেকট্রন এবং গ্যাসকে ব্লক করে।দুই ধাপে জল বিভাজন প্রতিক্রিয়া যা পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হলে শূন্য কার্বন নির্গমন সহ ক্যাথোডে হাইড্রোজেন এবং অ্যানোডে অক্সিজেন উত্পাদন করে.
অ্যানোডে (অক্সিজেন সাইড):
জলের অণুগুলি ইরিডিয়াম-ভিত্তিক অনুঘটক স্তরের সাথে দেখা করে, যেখানে একটি প্রয়োগ করা ভোল্টেজ অক্সিজেন পরমাণু থেকে ইলেকট্রনগুলি ছিনিয়ে নেয়ঃ
2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (E° = 1.23 V)
প্রোটনগুলি (এইচ +) অবিলম্বে পিইএম ঝিল্লিতে প্রবেশ করে, যখন ইলেকট্রনগুলি বাহ্যিক সার্কিটের মাধ্যমে ক্যাথোডে ভ্রমণ করে। অক্সিজেন গ্যাস বুদবুদ গঠন করে এবং সঞ্চালিত জল প্রবাহ দ্বারা বহন করা হয়.
ক্যাথোডে (হাইড্রোজেন সাইড):
প্রোটন যা ঝিল্লি দিয়ে স্থানান্তরিত হয়েছে প্ল্যাটিনাম ভিত্তিক অনুঘটক স্তরে ইলেকট্রনগুলির সাথে পুনরায় একত্রিত হয়ঃ
4H+ + 4e− → 2H2 (E° = 0.00 V)
সামগ্রিক কোষ প্রতিক্রিয়াঃ
2H2O → 2H2 + O2 (E°)কোষ= ১.২৩ ভোল্ট ২৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে)
ব্যবহারিকভাবে, অপারেটিং ভোল্টেজ সাধারণত উচ্চতর1.6 ∙2.0 ভোল্ট প্রতি সেলবাণিজ্যিক বর্তমানের ঘনত্বের কারণে মুদ্রণীয় ওভারপোটেনশিয়াল এবং ঝিল্লি এবং বৈদ্যুতিক পরিচিতি জুড়ে ওহ্মিক ক্ষতির কারণে।
ঝিল্লিটি সাধারণত একটি পারফ্লুওরোসুলফোনিক অ্যাসিড (পিএফএসএ) পলিমার, সাধারণত নাফিয়ন TM, যার বেধ50 ¢ 180 μmএর আণবিক কাঠামোর মধ্যে একটি হাইড্রোফোবিক পিটিএফই মেরুদণ্ড রয়েছে যা হাইড্রোফিলিক সালফোনিক অ্যাসিড (-SO3H) সাইড চেইনের সাথে রয়েছে যা জল ভরা আইওনিক চ্যানেল গঠন করে। এই চ্যানেলগুলি কেবলমাত্র২ ০৪ ন্যানোমিটারএখানে যাদু ঘটেঃ প্রোটন এক জল অণু থেকে অন্য একটিতে ঝাঁপ দেয় গ্রোথাস প্রক্রিয়া দ্বারা,0.১ এস/সিমিযখন সম্পূর্ণরূপে হাইড্রেটেড থাকে।
মেম্ব্রানের প্রধান প্রয়োজনীয়তাগুলির মধ্যে রয়েছেঃ
অনুঘটক স্তরগুলি ঝর্ণামূলক পাতলা ফিল্ম (5 ′′ 15 μm পুরু) যা ঝিল্লিটির উভয় পাশে প্রয়োগ করা হয়, যা ত্বক গঠন করে।মেম্ব্রান ইলেক্ট্রোড সমাবেশ (MEA)ক্যাটালিস্টকে দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যা সহজতর করতে হবে এবং উচ্চতর সম্ভাব্যতায় অ্যাসিডিক পরিবেশে ক্ষয় প্রতিরোধ করতে হবে।
অ্যানোড ক্যাটালিস্ট (অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া):
ক্যাথোড অনুঘটক (হাইড্রোজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া):
অ্যানোড সাইডে, পোরাস ট্রান্সপোর্ট লেয়ার (পিটিএল) একযোগে তিনটি কাজ সম্পাদন করতে হবেঃ তরল জলকে অনুঘটক স্তরে বিতরণ করা, বিকশিত অক্সিজেন গ্যাস অপসারণ করা,এবং বিপরীতধর্মী প্লেট থেকে অনুঘটক থেকে ইলেকট্রন পরিচালনাএটি সাধারণত একটিটাইটানিয়াম ফাইবার সিন্টারড ফিল্টার বা প্রসারিত জালযার পোরোসিটি ৫০-৭০% এবং বেধ ০.২-০.৩ মিমি।
ক্যাথোডের দিকে, যেখানে পরিবেশ কম ক্ষয়কারী,কার্বন কাগজ বা কার্বন কাপড়ক্যাথোড পিটিএল বিপোলার প্লেটের সাথে বৈদ্যুতিক যোগাযোগ বজায় রেখে অনুঘটক থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস পরিবহন করে।
বাইপোলার প্লেটগুলি একটি স্ট্যাকের মধ্যে পৃথক কোষগুলি পৃথক করে এবং একই সাথে প্রদান করেঃ
উপকরণ নির্বাচন অন্তর্ভুক্তটাইটানিয়াম প্রতিরক্ষামূলক আবরণ সহ(সোনার, প্ল্যাটিনাম, বা নিজস্ব নাইট্রাইড / কার্বাইড লেপ), কম খরচে সিস্টেমের জন্য লেপযুক্ত স্টেইনলেস স্টিল এবং ছোট আকারের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গ্রাফাইট কম্পোজিট।
স্ট্যাক সমন্বয়টি ঘন শেষ প্লেট (সাধারণত স্টেইনলেস স্টিল বা অ্যালুমিনিয়াম) এবং একটি সংকোচন সিস্টেমের সাথে সম্পন্ন হয়ডিস্ক স্প্রিংস সহ বাঁধা রডঅথবাহাইড্রোলিক কম্প্রেশন০১.৫ এমপিএ) পুরো সক্রিয় এলাকায় বজায় রাখে। সঠিক সংকোচন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণঃ খুব কম পরিমাণে উচ্চ যোগাযোগ প্রতিরোধের এবং গ্যাস ফুটো সৃষ্টি করে;খুব বেশি হলে পিটিএল নষ্ট হয়ে যায় এবং এমইএ ক্ষতিগ্রস্ত হয়।.
একটি একক PEM ইলেক্ট্রোলাইসিস সেল সাধারণত একটি সক্রিয় এলাকা আছে1,000 ₹৩০০০ সেমিএবং বর্তমানের সমানুপাতিক হারে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করে:
হাইড্রোজেন উৎপাদনের হার (এনএল/ঘন্টা) = আই * এন * ০.৪১৮ * ηএফ
যেখানে I হল বর্তমান (A), n হল কোষের সংখ্যা, 0.418 হল ফ্যারাডে রূপান্তর ধ্রুবক (NL/A·h), এবং ηএফহল ফারাডাইক দক্ষতা (সাধারণত >৯৯%) ।
| স্ট্যাক স্কেল | সেল সংখ্যা | সক্রিয় এলাকা (cm2) | H2 আউটপুট (কেজি/দিন) | ইনপুট পাওয়ার (এমডাব্লু) |
|---|---|---|---|---|
| পরীক্ষাগার | ৫১০ | ২৫৫০ | 0.১১০০।5 | 0.০০৫০।025 |
| পাইলট | ২০৬০ | ৩০০৬৮০ | ৫৫৫ | 0.২৫১।25 |
| বাণিজ্যিক মডিউল | ১০০ ₹২০০ | 1,000 ¢3,000 | ২০০ ₹৫০০ | ১০ ¢ ২৫ |
| ইউটিলিটি স্কেল প্ল্যান্ট | একাধিক স্ট্যাক | N/A | 10,000 ₹100,000+ | ৫০০-৫০০০+ |
তাপমাত্রা PEM ইলেক্ট্রোলাইজার দক্ষতা একটি সমালোচনামূলক ভূমিকা পালন করে।৫০-৮০°সিবিভিন্ন প্রতিযোগিতামূলক প্রভাবের মধ্যে সর্বোত্তম ভারসাম্য প্রদান করেঃ
PEM ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করে তার একটি প্রায়শই উপেক্ষা করা দিক হলপানির বিশুদ্ধতা. ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারগুলির বিপরীতে যা কিছু দ্রবীভূত লবণকে সহ্য করে, পিইএম সিস্টেমগুলির জন্য অতি-পরিচ্ছন্ন ডিওনিজড ওয়াটার মিটিং প্রয়োজনএএসটিএম টাইপ ২ বা তার চেয়ে ভালোস্পেসিফিকেশনঃ
কেন এত কঠোর প্রয়োজনীয়তা? ধাতু ক্যাটিয়ন (বিশেষত Ca2+, Mg2+, Fe2+/3+) ঝিল্লি মধ্যে sulfonic অ্যাসিড সাইট দখল করতে পারেন, প্রোটন স্থানচ্যুতি এবং স্থায়ীভাবে conductivity হ্রাস।ক্লোরাইড আয়ন অ্যানোড পিটিএল এ টাইটানিয়াম ক্ষয় ত্বরান্বিতজৈব দূষণকারীরা ক্যাটালিস্টের পৃষ্ঠকে আবরণ করে সক্রিয় স্থানগুলিকে ব্লক করে।
সম্ভবত "পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করে" এর সবচেয়ে আকর্ষণীয় উত্তরটি তাদের অসাধারণলোড নমনীয়তা. সৌর এবং বায়ু সঙ্গে জুটিবদ্ধ করা হলে, একটি electrolyser ক্রমাগত তার বিদ্যুৎ খরচ উপলব্ধ উত্পাদন মেলে সামঞ্জস্য করতে হবে। এখানে কিভাবে PEM প্রযুক্তি excels হয়ঃ
ধাপ ১ঃ পাওয়ার সেন্সিং।পুনর্নবীকরণযোগ্য উত্স থেকে উপলব্ধ ডিসি শক্তি নিয়মিত পর্যবেক্ষণ করে।
ধাপ ২ঃ তাত্ক্ষণিক বর্তমান সমন্বয়।কন্ট্রোল সিস্টেম ভিতরে স্ট্যাক বর্তমান সামঞ্জস্যমিলিসেকেন্ডহাইড্রোজেন উত্পাদনের হার আনুপাতিকভাবে পরিবর্তন করে। অ্যালক্যালাইন সিস্টেমের বিপরীতে কোন সর্বনিম্ন লোড প্রয়োজনীয়তা নেই যা গ্যাস ক্রসওভার প্রতিরোধের জন্য ≥20% লোড বজায় রাখতে হবে।
ধাপ ৩ঃ তাপীয় ব্যবস্থাপনা প্রতিক্রিয়া।বর্তমানের পরিবর্তনের সাথে সাথে, শীতল সিস্টেমটি 50 ~ 80 ° C অপারেটিং উইন্ডো বজায় রাখার জন্য জল প্রবাহকে মডুলেট করে। পিইএম স্ট্যাকগুলির কম তাপীয় ভর রয়েছে, যা দ্রুত তাপমাত্রা স্থিতিশীল করতে সক্ষম করে।
চতুর্থ ধাপ: চাপ নিয়ন্ত্রণ।হাইড্রোজেন আউটলেটের ব্যাক-চাপ নিয়ন্ত্রক হাইড্রোজেন উত্পাদনের হার পরিবর্তিত হলেও লক্ষ্য ক্যাথোড চাপ (সাধারণত 30 বার) বজায় রাখতে সামঞ্জস্য করে।
৫ম ধাপ: পানি পুনরায় সঞ্চালন।অ্যানোড জল সঞ্চালন পাম্প পুরো লোড পরিসীমা জুড়ে পর্যাপ্ত জল সরবরাহ এবং অক্সিজেন অপসারণ নিশ্চিত করার জন্য প্রবাহ হার সামঞ্জস্য করে।
এই গতিশীল ক্ষমতাপুনর্নবীকরণযোগ্য উত্পাদনের সাথে সরাসরি সংযোগব্যাটারি বাফারিং ছাড়া, নেটওয়ার্কের বাইরে সবুজ হাইড্রোজেন প্রকল্পের জন্য সিস্টেমের জটিলতা এবং খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করা।
| ক্ষতির প্রক্রিয়া | ভোল্টেজ পেনাল্টি (এমভি) | প্রশমন কৌশল |
|---|---|---|
| থার্মোডাইনামিক সর্বনিম্ন | 1,230 | মৌলিক সীমা; উচ্চ তাপমাত্রা সামান্য হ্রাস পায় |
| অ্যানোড কিনেটিক ওভারপোটেনশিয়াল (ওইআর) | ২৫০ ₹৩৫০ | উন্নত IrO2 ন্যানোস্ট্রাকচার, মিশ্র অক্সাইড, উচ্চ তাপমাত্রা |
| ক্যাথোড কিনেটিক ওভারপোটেনশিয়াল (এইচইআর) | ২০৫০ | অপ্টিমাইজড পিটি কণা আকার এবং বন্টন |
| ঝিল্লি ওহ্মিক ক্ষতি | ৫০ ₹১৫০ | পাতলা ঝিল্লি, উচ্চতর অপারেটিং তাপমাত্রা, উন্নত হাইড্রোকার্বন ঝিল্লি |
| যোগাযোগ এবং ইন্টারফেস প্রতিরোধের | ৩০ ০৮০ | অপ্টিমাইজড কম্প্রেশন, লেপযুক্ত দ্বি-পোলার প্লেট, উন্নত পিটিএল ডিজাইন |
| গণপরিবহন সীমাবদ্ধতা | 10 ¢40 | অপ্টিমাইজড প্রবাহ ক্ষেত্র নকশা, উচ্চতর PTL porosity |
সিস্টেম পর্যায়ে, সর্বশেষতম PEM ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি৬৫-৬৮% দক্ষতা(এলএইচভি ভিত্তিতে), প্রায়৫০৫৫ কেডব্লিউএইচ/কেজি H2২০২৬ সালের জন্য মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি মন্ত্রণালয়ের লক্ষ্য সিস্টেম পর্যায়ে ৫১ কিলোওয়াট ঘন্টা/কেজি, দীর্ঘমেয়াদী লক্ষ্য ৪৩ কিলোওয়াট ঘন্টা/কেজি।
একটি কোল্ড-স্টার্ট পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার একটি নামমাত্র হাইড্রোজেন উত্পাদন৫ মিনিটের নিচে. উষ্ণ স্ট্যান্ডবাই থেকে (<50°C), পূর্ণ উৎপাদন৩০ সেকেন্ডের কম. গরম idle থেকে (অপারেশন তাপমাত্রা, শূন্য বর্তমান), র্যাম্প আপ কার্যকরভাবেতাৎক্ষণিক∙ শুধুমাত্র রেক্টিফায়ার রেসপন্স টাইম (মিলিসেকেন্ড) দ্বারা সীমাবদ্ধ।
- হ্যাঁ।ডিফারেনশিয়াল চাপ অপারেশনএটি পিইএম প্রযুক্তির একটি মূল সুবিধা। ক্যাথোড (হাইড্রোজেন পাশ) 30 ′′ 50 বার এ কাজ করতে পারে যখন অ্যানোড (অক্সিজেন পাশ) বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কাছাকাছি থাকে।কঠিন ঝিল্লি যান্ত্রিক ব্যর্থতা বা অত্যধিক গ্যাস ক্রসওভার ছাড়া 80 বার পর্যন্ত চাপ পার্থক্য প্রতিরোধ করতে পারেনএটি একটি হাইড্রোজেন প্রাক-কম্প্রেসার প্রয়োজন অপসারণ।
পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলির ক্ষারীয় সিস্টেমের তুলনায় অপেক্ষাকৃত কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। মূল কাজগুলির মধ্যে রয়েছেঃ প্রতি 3-6 মাসে ডি-ইউনাইজেশন রজন কার্টিজগুলি প্রতিস্থাপন করা,ত্রৈমাসিক ভিত্তিতে জল ফিল্টার পরিদর্শন ও পরিষ্কার করা, প্রতি বছর স্ট্যাক সংকোচন পরীক্ষা করা, 50,000 ₹ 80,000 অপারেটিং ঘন্টা পরে ঝিল্লি প্রতিস্থাপন করা, এবং গ্যাস সেন্সর এবং প্রবাহ মিটার অর্ধ-বার calibrating।
না. পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হলে, একটি পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার উত্পাদন করেশুধুমাত্র হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন, শূন্য কার্বন নির্গমন, শূন্য NOx, এবং শূন্য কণা। একমাত্র "বর্জ্য" প্রবাহ হ'ল অবনমিত অ্যানোড জল, যা দ্রবীভূত অক্সিজেন ধারণ করে এবং পুনরায় প্রচলিত হতে পারে।এমনকি অক্সিজেনের উপ-উত্পাদনকেও আটকানো এবং রাজস্ব প্রবাহ হিসাবে বিক্রি করা যেতে পারে.
গুণমান পরীক্ষায় একাধিক পর্যায়ে জড়িতঃ পোলারাইজেশন বক্ররেখা এবং স্থায়িত্ব স্ক্রিনিংয়ের জন্য একক কোষের ফিক্সচারগুলিতে পৃথক এমইএ পরীক্ষা, 1 এ হিলিয়ামের সাথে স্ট্যাক স্তরের ফুটো পরীক্ষা।৫* অপারেটিং চাপ, প্রতিরোধের চরিত্রগতকরণের জন্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পেড্যান্স স্পেকট্রোস্কোপ (ইআইএস), নামমাত্র শক্তিতে 48 × 72 ঘন্টা কমিশনিং রান,এবং গ্যাস ক্রোম্যাটোগ্রাফি ব্যবহার করে গ্যাস বিশুদ্ধতার পর্যায়ক্রমিক ইন-লাইন বিশ্লেষণ পুরো স্ট্যাক জীবনকাল জুড়ে.
বোঝাপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করেএটি এমন একটি প্রযুক্তি প্রকাশ করে যা একই সাথে নীতিগতভাবে মার্জিত এবং বাস্তবায়নে চাহিদাপূর্ণ।এবং স্ট্যাক ডিজাইন একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম তৈরি করে যা বিরতিপূর্ণ পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎকে বিশুদ্ধ বিদ্যুৎতে রূপান্তর করতে সক্ষম, যা অন্য কোন জল বিভাজন প্রযুক্তির তুলনায় দক্ষতা এবং প্রতিক্রিয়াশীলতার সাথে সংরক্ষণযোগ্য হাইড্রোজেন।
বিশ্বব্যাপী হাইড্রোজেন অর্থনীতি পরীক্ষামূলক প্রকল্প থেকে গিগাওয়াট ইনস্টলেশনে পরিণত হওয়ায়, এই নির্দেশিকায় বর্ণিত প্রকৌশল মৌলিকগুলি এমন ভিত্তি গঠন করে যার উপর উত্পাদন উদ্ভাবন,খরচ কমানোআপনি একটি নির্দিষ্ট প্রকল্পের জন্য ইলেক্ট্রোলাইজার প্রযুক্তির মূল্যায়ন করছেন, উদ্ভিদ সিস্টেমের ভারসাম্য ডিজাইন করছেন, অথবা পরবর্তী প্রজন্মের উপকরণ গবেষণা করছেন,পিইএমের কাজের নীতিগুলির একটি নিখুঁত বোঝাপড়া মূল সূচনা পয়েন্ট.
আপনার সবুজ হাইড্রোজেন প্রকল্পের জন্য পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার সিস্টেম খুঁজছেন? আমাদের ইঞ্জিনিয়ারিং টিম আপনাকে সঠিক সমাধানের আকার নির্ধারণে, ইন্টিগ্রেশন বিকল্পগুলি মূল্যায়ন করতে এবং প্রযুক্তির ল্যান্ডস্কেপে নেভিগেট করতে সহায়তা করতে পারে।কথোপকথন শুরু করার জন্য হাত বাড়ান.
প্রথম নজরে, ধারণাটি প্রায় জাদুকর মনে হয়: পানিতে বিদ্যুৎ প্রয়োগ করুন, এবং খাঁটি হাইড্রোজেন গ্যাস বেরিয়ে আসে। কিন্তু যে কোন প্রকৌশলীকে জিজ্ঞাসা করুনপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করেআণবিক স্তরে, এবং আপনি আধুনিক শক্তি প্রযুক্তির সবচেয়ে মার্জিত ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রক্রিয়া এক উন্মোচন করবে.এই গাইডটি আপনাকে পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার এর ভিতরে নিয়ে যায় Membrane রসায়ন থেকে স্ট্যাক ইঞ্জিনিয়ারিং পর্যন্ত এই ডিভাইসগুলি কীভাবে শিল্পের শীর্ষস্থানীয় দক্ষতার সাথে সবুজ হাইড্রোজেন উত্পাদন করে তা ব্যাখ্যা করতে.
একটি প্রধান কাজ নীতিপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজারএকটি একক, অসাধারণ কার্যকর উপাদান উপর নির্ভর করেঃ একটিসলিড পলিমার ইলেক্ট্রোলাইট ঝিল্লিযা প্রোটন (এইচ+) পরিচালনা করে এবং ইলেকট্রন এবং গ্যাসকে ব্লক করে।দুই ধাপে জল বিভাজন প্রতিক্রিয়া যা পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হলে শূন্য কার্বন নির্গমন সহ ক্যাথোডে হাইড্রোজেন এবং অ্যানোডে অক্সিজেন উত্পাদন করে.
অ্যানোডে (অক্সিজেন সাইড):
জলের অণুগুলি ইরিডিয়াম-ভিত্তিক অনুঘটক স্তরের সাথে দেখা করে, যেখানে একটি প্রয়োগ করা ভোল্টেজ অক্সিজেন পরমাণু থেকে ইলেকট্রনগুলি ছিনিয়ে নেয়ঃ
2H2O → O2 + 4H+ + 4e− (E° = 1.23 V)
প্রোটনগুলি (এইচ +) অবিলম্বে পিইএম ঝিল্লিতে প্রবেশ করে, যখন ইলেকট্রনগুলি বাহ্যিক সার্কিটের মাধ্যমে ক্যাথোডে ভ্রমণ করে। অক্সিজেন গ্যাস বুদবুদ গঠন করে এবং সঞ্চালিত জল প্রবাহ দ্বারা বহন করা হয়.
ক্যাথোডে (হাইড্রোজেন সাইড):
প্রোটন যা ঝিল্লি দিয়ে স্থানান্তরিত হয়েছে প্ল্যাটিনাম ভিত্তিক অনুঘটক স্তরে ইলেকট্রনগুলির সাথে পুনরায় একত্রিত হয়ঃ
4H+ + 4e− → 2H2 (E° = 0.00 V)
সামগ্রিক কোষ প্রতিক্রিয়াঃ
2H2O → 2H2 + O2 (E°)কোষ= ১.২৩ ভোল্ট ২৫ ডিগ্রি সেলসিয়াসে)
ব্যবহারিকভাবে, অপারেটিং ভোল্টেজ সাধারণত উচ্চতর1.6 ∙2.0 ভোল্ট প্রতি সেলবাণিজ্যিক বর্তমানের ঘনত্বের কারণে মুদ্রণীয় ওভারপোটেনশিয়াল এবং ঝিল্লি এবং বৈদ্যুতিক পরিচিতি জুড়ে ওহ্মিক ক্ষতির কারণে।
ঝিল্লিটি সাধারণত একটি পারফ্লুওরোসুলফোনিক অ্যাসিড (পিএফএসএ) পলিমার, সাধারণত নাফিয়ন TM, যার বেধ50 ¢ 180 μmএর আণবিক কাঠামোর মধ্যে একটি হাইড্রোফোবিক পিটিএফই মেরুদণ্ড রয়েছে যা হাইড্রোফিলিক সালফোনিক অ্যাসিড (-SO3H) সাইড চেইনের সাথে রয়েছে যা জল ভরা আইওনিক চ্যানেল গঠন করে। এই চ্যানেলগুলি কেবলমাত্র২ ০৪ ন্যানোমিটারএখানে যাদু ঘটেঃ প্রোটন এক জল অণু থেকে অন্য একটিতে ঝাঁপ দেয় গ্রোথাস প্রক্রিয়া দ্বারা,0.১ এস/সিমিযখন সম্পূর্ণরূপে হাইড্রেটেড থাকে।
মেম্ব্রানের প্রধান প্রয়োজনীয়তাগুলির মধ্যে রয়েছেঃ
অনুঘটক স্তরগুলি ঝর্ণামূলক পাতলা ফিল্ম (5 ′′ 15 μm পুরু) যা ঝিল্লিটির উভয় পাশে প্রয়োগ করা হয়, যা ত্বক গঠন করে।মেম্ব্রান ইলেক্ট্রোড সমাবেশ (MEA)ক্যাটালিস্টকে দ্রুত প্রতিক্রিয়া গতিবিদ্যা সহজতর করতে হবে এবং উচ্চতর সম্ভাব্যতায় অ্যাসিডিক পরিবেশে ক্ষয় প্রতিরোধ করতে হবে।
অ্যানোড ক্যাটালিস্ট (অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া):
ক্যাথোড অনুঘটক (হাইড্রোজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া):
অ্যানোড সাইডে, পোরাস ট্রান্সপোর্ট লেয়ার (পিটিএল) একযোগে তিনটি কাজ সম্পাদন করতে হবেঃ তরল জলকে অনুঘটক স্তরে বিতরণ করা, বিকশিত অক্সিজেন গ্যাস অপসারণ করা,এবং বিপরীতধর্মী প্লেট থেকে অনুঘটক থেকে ইলেকট্রন পরিচালনাএটি সাধারণত একটিটাইটানিয়াম ফাইবার সিন্টারড ফিল্টার বা প্রসারিত জালযার পোরোসিটি ৫০-৭০% এবং বেধ ০.২-০.৩ মিমি।
ক্যাথোডের দিকে, যেখানে পরিবেশ কম ক্ষয়কারী,কার্বন কাগজ বা কার্বন কাপড়ক্যাথোড পিটিএল বিপোলার প্লেটের সাথে বৈদ্যুতিক যোগাযোগ বজায় রেখে অনুঘটক থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস পরিবহন করে।
বাইপোলার প্লেটগুলি একটি স্ট্যাকের মধ্যে পৃথক কোষগুলি পৃথক করে এবং একই সাথে প্রদান করেঃ
উপকরণ নির্বাচন অন্তর্ভুক্তটাইটানিয়াম প্রতিরক্ষামূলক আবরণ সহ(সোনার, প্ল্যাটিনাম, বা নিজস্ব নাইট্রাইড / কার্বাইড লেপ), কম খরচে সিস্টেমের জন্য লেপযুক্ত স্টেইনলেস স্টিল এবং ছোট আকারের অ্যাপ্লিকেশনের জন্য গ্রাফাইট কম্পোজিট।
স্ট্যাক সমন্বয়টি ঘন শেষ প্লেট (সাধারণত স্টেইনলেস স্টিল বা অ্যালুমিনিয়াম) এবং একটি সংকোচন সিস্টেমের সাথে সম্পন্ন হয়ডিস্ক স্প্রিংস সহ বাঁধা রডঅথবাহাইড্রোলিক কম্প্রেশন০১.৫ এমপিএ) পুরো সক্রিয় এলাকায় বজায় রাখে। সঠিক সংকোচন অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণঃ খুব কম পরিমাণে উচ্চ যোগাযোগ প্রতিরোধের এবং গ্যাস ফুটো সৃষ্টি করে;খুব বেশি হলে পিটিএল নষ্ট হয়ে যায় এবং এমইএ ক্ষতিগ্রস্ত হয়।.
একটি একক PEM ইলেক্ট্রোলাইসিস সেল সাধারণত একটি সক্রিয় এলাকা আছে1,000 ₹৩০০০ সেমিএবং বর্তমানের সমানুপাতিক হারে হাইড্রোজেন উৎপন্ন করে:
হাইড্রোজেন উৎপাদনের হার (এনএল/ঘন্টা) = আই * এন * ০.৪১৮ * ηএফ
যেখানে I হল বর্তমান (A), n হল কোষের সংখ্যা, 0.418 হল ফ্যারাডে রূপান্তর ধ্রুবক (NL/A·h), এবং ηএফহল ফারাডাইক দক্ষতা (সাধারণত >৯৯%) ।
| স্ট্যাক স্কেল | সেল সংখ্যা | সক্রিয় এলাকা (cm2) | H2 আউটপুট (কেজি/দিন) | ইনপুট পাওয়ার (এমডাব্লু) |
|---|---|---|---|---|
| পরীক্ষাগার | ৫১০ | ২৫৫০ | 0.১১০০।5 | 0.০০৫০।025 |
| পাইলট | ২০৬০ | ৩০০৬৮০ | ৫৫৫ | 0.২৫১।25 |
| বাণিজ্যিক মডিউল | ১০০ ₹২০০ | 1,000 ¢3,000 | ২০০ ₹৫০০ | ১০ ¢ ২৫ |
| ইউটিলিটি স্কেল প্ল্যান্ট | একাধিক স্ট্যাক | N/A | 10,000 ₹100,000+ | ৫০০-৫০০০+ |
তাপমাত্রা PEM ইলেক্ট্রোলাইজার দক্ষতা একটি সমালোচনামূলক ভূমিকা পালন করে।৫০-৮০°সিবিভিন্ন প্রতিযোগিতামূলক প্রভাবের মধ্যে সর্বোত্তম ভারসাম্য প্রদান করেঃ
PEM ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করে তার একটি প্রায়শই উপেক্ষা করা দিক হলপানির বিশুদ্ধতা. ক্ষারীয় ইলেক্ট্রোলাইজারগুলির বিপরীতে যা কিছু দ্রবীভূত লবণকে সহ্য করে, পিইএম সিস্টেমগুলির জন্য অতি-পরিচ্ছন্ন ডিওনিজড ওয়াটার মিটিং প্রয়োজনএএসটিএম টাইপ ২ বা তার চেয়ে ভালোস্পেসিফিকেশনঃ
কেন এত কঠোর প্রয়োজনীয়তা? ধাতু ক্যাটিয়ন (বিশেষত Ca2+, Mg2+, Fe2+/3+) ঝিল্লি মধ্যে sulfonic অ্যাসিড সাইট দখল করতে পারেন, প্রোটন স্থানচ্যুতি এবং স্থায়ীভাবে conductivity হ্রাস।ক্লোরাইড আয়ন অ্যানোড পিটিএল এ টাইটানিয়াম ক্ষয় ত্বরান্বিতজৈব দূষণকারীরা ক্যাটালিস্টের পৃষ্ঠকে আবরণ করে সক্রিয় স্থানগুলিকে ব্লক করে।
সম্ভবত "পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করে" এর সবচেয়ে আকর্ষণীয় উত্তরটি তাদের অসাধারণলোড নমনীয়তা. সৌর এবং বায়ু সঙ্গে জুটিবদ্ধ করা হলে, একটি electrolyser ক্রমাগত তার বিদ্যুৎ খরচ উপলব্ধ উত্পাদন মেলে সামঞ্জস্য করতে হবে। এখানে কিভাবে PEM প্রযুক্তি excels হয়ঃ
ধাপ ১ঃ পাওয়ার সেন্সিং।পুনর্নবীকরণযোগ্য উত্স থেকে উপলব্ধ ডিসি শক্তি নিয়মিত পর্যবেক্ষণ করে।
ধাপ ২ঃ তাত্ক্ষণিক বর্তমান সমন্বয়।কন্ট্রোল সিস্টেম ভিতরে স্ট্যাক বর্তমান সামঞ্জস্যমিলিসেকেন্ডহাইড্রোজেন উত্পাদনের হার আনুপাতিকভাবে পরিবর্তন করে। অ্যালক্যালাইন সিস্টেমের বিপরীতে কোন সর্বনিম্ন লোড প্রয়োজনীয়তা নেই যা গ্যাস ক্রসওভার প্রতিরোধের জন্য ≥20% লোড বজায় রাখতে হবে।
ধাপ ৩ঃ তাপীয় ব্যবস্থাপনা প্রতিক্রিয়া।বর্তমানের পরিবর্তনের সাথে সাথে, শীতল সিস্টেমটি 50 ~ 80 ° C অপারেটিং উইন্ডো বজায় রাখার জন্য জল প্রবাহকে মডুলেট করে। পিইএম স্ট্যাকগুলির কম তাপীয় ভর রয়েছে, যা দ্রুত তাপমাত্রা স্থিতিশীল করতে সক্ষম করে।
চতুর্থ ধাপ: চাপ নিয়ন্ত্রণ।হাইড্রোজেন আউটলেটের ব্যাক-চাপ নিয়ন্ত্রক হাইড্রোজেন উত্পাদনের হার পরিবর্তিত হলেও লক্ষ্য ক্যাথোড চাপ (সাধারণত 30 বার) বজায় রাখতে সামঞ্জস্য করে।
৫ম ধাপ: পানি পুনরায় সঞ্চালন।অ্যানোড জল সঞ্চালন পাম্প পুরো লোড পরিসীমা জুড়ে পর্যাপ্ত জল সরবরাহ এবং অক্সিজেন অপসারণ নিশ্চিত করার জন্য প্রবাহ হার সামঞ্জস্য করে।
এই গতিশীল ক্ষমতাপুনর্নবীকরণযোগ্য উত্পাদনের সাথে সরাসরি সংযোগব্যাটারি বাফারিং ছাড়া, নেটওয়ার্কের বাইরে সবুজ হাইড্রোজেন প্রকল্পের জন্য সিস্টেমের জটিলতা এবং খরচ উল্লেখযোগ্যভাবে হ্রাস করা।
| ক্ষতির প্রক্রিয়া | ভোল্টেজ পেনাল্টি (এমভি) | প্রশমন কৌশল |
|---|---|---|
| থার্মোডাইনামিক সর্বনিম্ন | 1,230 | মৌলিক সীমা; উচ্চ তাপমাত্রা সামান্য হ্রাস পায় |
| অ্যানোড কিনেটিক ওভারপোটেনশিয়াল (ওইআর) | ২৫০ ₹৩৫০ | উন্নত IrO2 ন্যানোস্ট্রাকচার, মিশ্র অক্সাইড, উচ্চ তাপমাত্রা |
| ক্যাথোড কিনেটিক ওভারপোটেনশিয়াল (এইচইআর) | ২০৫০ | অপ্টিমাইজড পিটি কণা আকার এবং বন্টন |
| ঝিল্লি ওহ্মিক ক্ষতি | ৫০ ₹১৫০ | পাতলা ঝিল্লি, উচ্চতর অপারেটিং তাপমাত্রা, উন্নত হাইড্রোকার্বন ঝিল্লি |
| যোগাযোগ এবং ইন্টারফেস প্রতিরোধের | ৩০ ০৮০ | অপ্টিমাইজড কম্প্রেশন, লেপযুক্ত দ্বি-পোলার প্লেট, উন্নত পিটিএল ডিজাইন |
| গণপরিবহন সীমাবদ্ধতা | 10 ¢40 | অপ্টিমাইজড প্রবাহ ক্ষেত্র নকশা, উচ্চতর PTL porosity |
সিস্টেম পর্যায়ে, সর্বশেষতম PEM ইলেক্ট্রোলাইজারগুলি৬৫-৬৮% দক্ষতা(এলএইচভি ভিত্তিতে), প্রায়৫০৫৫ কেডব্লিউএইচ/কেজি H2২০২৬ সালের জন্য মার্কিন যুক্তরাষ্ট্রের জ্বালানি মন্ত্রণালয়ের লক্ষ্য সিস্টেম পর্যায়ে ৫১ কিলোওয়াট ঘন্টা/কেজি, দীর্ঘমেয়াদী লক্ষ্য ৪৩ কিলোওয়াট ঘন্টা/কেজি।
একটি কোল্ড-স্টার্ট পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার একটি নামমাত্র হাইড্রোজেন উত্পাদন৫ মিনিটের নিচে. উষ্ণ স্ট্যান্ডবাই থেকে (<50°C), পূর্ণ উৎপাদন৩০ সেকেন্ডের কম. গরম idle থেকে (অপারেশন তাপমাত্রা, শূন্য বর্তমান), র্যাম্প আপ কার্যকরভাবেতাৎক্ষণিক∙ শুধুমাত্র রেক্টিফায়ার রেসপন্স টাইম (মিলিসেকেন্ড) দ্বারা সীমাবদ্ধ।
- হ্যাঁ।ডিফারেনশিয়াল চাপ অপারেশনএটি পিইএম প্রযুক্তির একটি মূল সুবিধা। ক্যাথোড (হাইড্রোজেন পাশ) 30 ′′ 50 বার এ কাজ করতে পারে যখন অ্যানোড (অক্সিজেন পাশ) বায়ুমণ্ডলীয় চাপের কাছাকাছি থাকে।কঠিন ঝিল্লি যান্ত্রিক ব্যর্থতা বা অত্যধিক গ্যাস ক্রসওভার ছাড়া 80 বার পর্যন্ত চাপ পার্থক্য প্রতিরোধ করতে পারেনএটি একটি হাইড্রোজেন প্রাক-কম্প্রেসার প্রয়োজন অপসারণ।
পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজারগুলির ক্ষারীয় সিস্টেমের তুলনায় অপেক্ষাকৃত কম রক্ষণাবেক্ষণের প্রয়োজনীয়তা রয়েছে। মূল কাজগুলির মধ্যে রয়েছেঃ প্রতি 3-6 মাসে ডি-ইউনাইজেশন রজন কার্টিজগুলি প্রতিস্থাপন করা,ত্রৈমাসিক ভিত্তিতে জল ফিল্টার পরিদর্শন ও পরিষ্কার করা, প্রতি বছর স্ট্যাক সংকোচন পরীক্ষা করা, 50,000 ₹ 80,000 অপারেটিং ঘন্টা পরে ঝিল্লি প্রতিস্থাপন করা, এবং গ্যাস সেন্সর এবং প্রবাহ মিটার অর্ধ-বার calibrating।
না. পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎ দ্বারা চালিত হলে, একটি পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার উত্পাদন করেশুধুমাত্র হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেন, শূন্য কার্বন নির্গমন, শূন্য NOx, এবং শূন্য কণা। একমাত্র "বর্জ্য" প্রবাহ হ'ল অবনমিত অ্যানোড জল, যা দ্রবীভূত অক্সিজেন ধারণ করে এবং পুনরায় প্রচলিত হতে পারে।এমনকি অক্সিজেনের উপ-উত্পাদনকেও আটকানো এবং রাজস্ব প্রবাহ হিসাবে বিক্রি করা যেতে পারে.
গুণমান পরীক্ষায় একাধিক পর্যায়ে জড়িতঃ পোলারাইজেশন বক্ররেখা এবং স্থায়িত্ব স্ক্রিনিংয়ের জন্য একক কোষের ফিক্সচারগুলিতে পৃথক এমইএ পরীক্ষা, 1 এ হিলিয়ামের সাথে স্ট্যাক স্তরের ফুটো পরীক্ষা।৫* অপারেটিং চাপ, প্রতিরোধের চরিত্রগতকরণের জন্য ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল ইম্পেড্যান্স স্পেকট্রোস্কোপ (ইআইএস), নামমাত্র শক্তিতে 48 × 72 ঘন্টা কমিশনিং রান,এবং গ্যাস ক্রোম্যাটোগ্রাফি ব্যবহার করে গ্যাস বিশুদ্ধতার পর্যায়ক্রমিক ইন-লাইন বিশ্লেষণ পুরো স্ট্যাক জীবনকাল জুড়ে.
বোঝাপিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার কিভাবে কাজ করেএটি এমন একটি প্রযুক্তি প্রকাশ করে যা একই সাথে নীতিগতভাবে মার্জিত এবং বাস্তবায়নে চাহিদাপূর্ণ।এবং স্ট্যাক ডিজাইন একটি ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল সিস্টেম তৈরি করে যা বিরতিপূর্ণ পুনর্নবীকরণযোগ্য বিদ্যুৎকে বিশুদ্ধ বিদ্যুৎতে রূপান্তর করতে সক্ষম, যা অন্য কোন জল বিভাজন প্রযুক্তির তুলনায় দক্ষতা এবং প্রতিক্রিয়াশীলতার সাথে সংরক্ষণযোগ্য হাইড্রোজেন।
বিশ্বব্যাপী হাইড্রোজেন অর্থনীতি পরীক্ষামূলক প্রকল্প থেকে গিগাওয়াট ইনস্টলেশনে পরিণত হওয়ায়, এই নির্দেশিকায় বর্ণিত প্রকৌশল মৌলিকগুলি এমন ভিত্তি গঠন করে যার উপর উত্পাদন উদ্ভাবন,খরচ কমানোআপনি একটি নির্দিষ্ট প্রকল্পের জন্য ইলেক্ট্রোলাইজার প্রযুক্তির মূল্যায়ন করছেন, উদ্ভিদ সিস্টেমের ভারসাম্য ডিজাইন করছেন, অথবা পরবর্তী প্রজন্মের উপকরণ গবেষণা করছেন,পিইএমের কাজের নীতিগুলির একটি নিখুঁত বোঝাপড়া মূল সূচনা পয়েন্ট.
আপনার সবুজ হাইড্রোজেন প্রকল্পের জন্য পিইএম ইলেক্ট্রোলাইজার সিস্টেম খুঁজছেন? আমাদের ইঞ্জিনিয়ারিং টিম আপনাকে সঠিক সমাধানের আকার নির্ধারণে, ইন্টিগ্রেশন বিকল্পগুলি মূল্যায়ন করতে এবং প্রযুক্তির ল্যান্ডস্কেপে নেভিগেট করতে সহায়তা করতে পারে।কথোপকথন শুরু করার জন্য হাত বাড়ান.