ईंधन सेल प्रौद्योगिकी और ऑटोमोबाइल में इसका उपयोग। ईंधन कोशिकाएं

वे यूएस नेशनल एरोनॉटिक्स एंड स्पेस एडमिनिस्ट्रेशन (NASA) अंतरिक्ष यान द्वारा संचालित हैं। वे ओमाहा में फर्स्ट नेशनल बैंक के कंप्यूटरों को बिजली 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 बिना जलाए बिजली उत्पन्न करते हैं - रासायनिक रूप से, बैटरी की तरह। अंतर केवल इतना है कि वे अन्य रसायनों, हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करते हैं, और रासायनिक प्रतिक्रिया का उत्पाद पानी है। प्राकृतिक गैस का भी उपयोग किया जा सकता है, हालांकि, हाइड्रोकार्बन ईंधन का उपयोग करते समय, निश्चित रूप से, कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन का एक निश्चित स्तर अपरिहार्य है।

क्योंकि ईंधन सेल कुशलतापूर्वक और हानिकारक उत्सर्जन के बिना काम कर सकते हैं, वे एक स्थायी ऊर्जा स्रोत के लिए 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 प्रक्रिया - विद्युत प्रवाह द्वारा पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करना - प्रतिवर्ती है। यानी हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को रासायनिक रूप से मिलाकर बिजली बनाई जा सकती है।

इसके प्रदर्शन के बाद, कई वैज्ञानिक उत्साह 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 के निष्कर्षण के लिए बुनियादी ढांचे के विकास ने ईंधन कोशिकाओं के विकास को बहुत पीछे छोड़ दिया। . ईंधन कोशिकाओं का विकास उनकी उच्च लागत के कारण और बाधित हुआ।

1950 के दशक में ईंधन सेल के विकास में तेजी आई, जब नासा ने अंतरिक्ष उड़ान के लिए एक कॉम्पैक्ट पावर जनरेटर की उभरती आवश्यकता के संबंध में उनकी ओर रुख किया। धन का निवेश किया गया था, और परिणामस्वरूप, अपोलो और जेमिनी की उड़ानें ईंधन कोशिकाओं पर की गईं। अंतरिक्ष यान भी ईंधन कोशिकाओं द्वारा संचालित होते हैं।

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

ईंधन सेल कैसे काम करता है

ईंधन सेल भंडारण बैटरी की तरह 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 तक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता को काफी कम कहा जा सकता है। उदाहरण के लिए, एक वाहन में ईंधन सेल की दक्षता - वर्तमान में विकास के तहत एक परियोजना - ऑटोमोबाइल में उपयोग किए जाने वाले आज के विशिष्ट गैसोलीन इंजन की दक्षता से दोगुने से अधिक होने की उम्मीद है।

जबकि बैटरी और ईंधन सेल दोनों रासायनिक रूप से बिजली उत्पन्न करते हैं, वे दो पूरी तरह से अलग कार्य करते हैं। बैटरियों को ऊर्जा उपकरण संग्रहीत किया जाता है: वे जो बिजली उत्पन्न करते हैं वह उनके अंदर पहले से ही एक पदार्थ से रासायनिक प्रतिक्रिया का परिणाम होता 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 लगाए जाते 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 पर विभिन्न रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं।

एनोड पर, हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों के मिश्रण में क्षय हो जाता है। कुछ ईंधन कोशिकाओं में, इलेक्ट्रोड एक उत्प्रेरक से घिरे होते हैं, जो आमतौर पर प्लैटिनम या अन्य महान धातुओं से बने होते हैं, जो पृथक्करण प्रतिक्रिया की सुविधा प्रदान करते हैं:

2H2 ==> 4H + + 4e-।

H2 = द्विपरमाणुक हाइड्रोजन अणु, रूप, in

कौन सा 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 एक बाहरी संवाहक सर्किट के साथ कैथोड में चले जाते हैं। इलेक्ट्रॉनों की यह गति एक विद्युत प्रवाह है जिसका उपयोग ईंधन सेल से जुड़े बाहरी उपकरण को चलाने के लिए किया जा सकता है, जैसे कि इलेक्ट्रिक मोटर या लाइट बल्ब। 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 एक बाहरी भार से गुजरे हैं) "पुनर्मिलन" करते हैं और पानी बनाने के लिए कैथोड को आपूर्ति की गई ऑक्सीजन के साथ प्रतिक्रिया करते हैं, H2O:

4H + + 4e- + O2 ==> 2H2O।

एक 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 की आपूर्ति सीधे या बाहरी ईंधन स्रोत जैसे प्राकृतिक गैस, गैसोलीन या मेथनॉल से निष्कर्षण द्वारा की जा सकती है। बाहरी स्रोत के मामले में, इसे हाइड्रोजन निकालने के लिए रासायनिक रूप से परिवर्तित करने की आवश्यकता होती है। इस प्रक्रिया को "सुधार" कहा जाता है। हाइड्रोजन अमोनिया से भी प्राप्त किया जा सकता है, वैकल्पिक संसाधन 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। परिवहन में अधिकांश ईंधन सेल प्रौद्योगिकियां आज 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 आत्म-निहित ईंधन सेल को हाइड्रोजन की आपूर्ति करने के लिए एक गैसोलीन सुधारक के अंदर एक ईंधन प्रणाली विकसित की है। संयुक्त राज्य अमेरिका में पैसिफिक नॉर्थवेस्ट नेशनल लेबोरेटरी के शोधकर्ताओं ने एक कॉम्पैक्ट सुधारक ईंधन संयंत्र का प्रदर्शन किया है जो एक बिजली इकाई के आकार का दसवां हिस्सा है। एक अमेरिकी उपयोगिता कंपनी, 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, कैस्केडिंग तत्वों के सेट समानांतर में जुड़े हुए हैं। यदि आप ईंधन कोशिकाओं के कैस्केड को एक ईंधन प्रणाली, एक वायु और शीतलन प्रणाली और एक नियंत्रण प्रणाली के साथ जोड़ते हैं, तो आपको एक ईंधन सेल इंजन मिलता है। यह इंजन एक वाहन, एक स्थिर बिजली संयंत्र, या एक पोर्टेबल इलेक्ट्रिक जनरेटर चला 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 एक बैंक में स्थापित चार अलग 200 kW स्थिर बिजली संयंत्रों में से प्रत्येक का आकार मोटे तौर पर एक ट्रक ट्रेलर के आकार का है।

अनुप्रयोग

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

ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के इतिहास में एक प्रमुख मील का पत्थर जून 1993 में एक 90 किलोवाट हाइड्रोजन ईंधन सेल इंजन द्वारा संचालित बैलार्ड पावर सिस्टम की प्रयोगात्मक 32-फुट सिटी बस का प्रदर्शन था। तब से, ईंधन सेल यात्री वाहनों के कई अलग-अलग प्रकार और पीढ़ियों को विकसित और सेवा में रखा गया है। 1996 के अंत से, कैलिफोर्निया के पाम डेजर्ट में तीन हाइड्रोजन ईंधन सेल 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 रहा है। 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 वे अभी तक व्यावसायिक रूप से व्यापक रूप से उपयोग नहीं किए गए हैं। नेब्रास्का में ओमाहा का पहला नेशनल बैंक अपने कंप्यूटरों को शक्ति प्रदान करने के लिए एक ईंधन सेल प्रणाली का उपयोग करता है क्योंकि यह प्रणाली पुरानी प्रणाली की तुलना में अधिक विश्वसनीय है, जो बैटरी समर्थित मुख्य आपूर्ति द्वारा संचालित थी। 1.2 मेगावाट की क्षमता वाला दुनिया का सबसे बड़ा वाणिज्यिक ईंधन सेल सिस्टम जल्द ही अलास्का में एक डाक प्रसंस्करण केंद्र में स्थापित किया जाएगा। ईंधन सेल नोटबुक कंप्यूटर, अपशिष्ट जल उपचार संयंत्र नियंत्रण प्रणाली और वेंडिंग मशीनों का भी परीक्षण और प्रदर्शन किया जा रहा है।

"फायदा और नुकसान"

ईंधन कोशिकाओं के कई फायदे हैं। जबकि आधुनिक आंतरिक दहन इंजन की दक्षता केवल 12-15% है, ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 50% है। ईंधन कोशिकाओं की दक्षता काफी उच्च स्तर पर रह सकती है, तब भी जब उनका उपयोग उनकी पूर्ण रेटेड शक्ति पर नहीं किया जाता है, जो कि गैसोलीन इंजन पर एक महत्वपूर्ण लाभ है।

ईंधन कोशिकाओं के मॉड्यूलर डिजाइन का मतलब है कि ईंधन सेल बिजली संयंत्र की क्षमता को कुछ और चरणों को जोड़कर बढ़ाया जा सकता है। यह क्षमता कम उपयोग कारक को कम करता है, जो आपूर्ति और मांग के बीच बेहतर मिलान की अनुमति देता है। चूंकि ईंधन सेल स्टैक की दक्षता अलग-अलग कोशिकाओं के प्रदर्शन से निर्धारित होती है, इसलिए छोटे ईंधन सेल बिजली संयंत्र बड़े लोगों के रूप में कुशलता से काम करते हैं। इसके अलावा, स्थिर ईंधन सेल सिस्टम से अपशिष्ट गर्मी का उपयोग पानी और कमरों को गर्म करने 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 उप-उत्पादों के रूप में केवल गर्मी और शुद्ध जल वाष्प उत्पन्न होते 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 शून्य नाइट्रोजन ऑक्साइड और कार्बन मोनोऑक्साइड उत्सर्जन और केवल छोटे हाइड्रोकार्बन उत्सर्जन होते हैं। हाइड्रोजन से मेथनॉल और गैसोलीन में स्विच के रूप में उत्सर्जन बढ़ता है, हालांकि गैसोलीन के साथ भी उत्सर्जन काफी कम रहेगा। किसी भी मामले में, आज के पारंपरिक आंतरिक दहन इंजनों को ईंधन कोशिकाओं से बदलने से CO2 और नाइट्रोजन ऑक्साइड उत्सर्जन में समग्र कमी आएगी।

ईंधन सेल का उपयोग ऊर्जा के बुनियादी ढांचे को लचीलापन प्रदान करता है, विकेंद्रीकृत बिजली उत्पादन के लिए अतिरिक्त अवसर पैदा करता है। विकेन्द्रीकृत ऊर्जा स्रोतों की बहुलता पारेषण हानियों को कम करने और ऊर्जा बाजारों को विकसित करने की अनुमति देती है (जो बिजली लाइनों तक पहुंच के अभाव में दूरस्थ और ग्रामीण क्षेत्रों के लिए विशेष रूप से महत्वपूर्ण 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 और बढ़ी हुई विश्वसनीयता की ऊर्जा प्रदान करते हैं। वे टिकाऊ होते हैं, उनके पास चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं, और वे निरंतर मात्रा में ऊर्जा उत्पन्न करते हैं।

हालांकि, ईंधन सेल प्रौद्योगिकी को अपनी उत्पादकता बढ़ाने, लागत कम करने और इस प्रकार ईंधन कोशिकाओं को अन्य ऊर्जा प्रौद्योगिकियों के साथ प्रतिस्पर्धी बनाने के लिए और सुधार की आवश्यकता है। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि ऊर्जा प्रौद्योगिकियों की लागत विशेषताओं पर विचार करते समय, तुलना सभी घटक तकनीकी विशेषताओं 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, बुनियादी ढांचा या परिवहन आधार अभी तक मौजूद नहीं है। अल्पावधि में, मौजूदा जीवाश्म ईंधन आपूर्ति प्रणाली (गैस स्टेशन, आदि) का उपयोग गैसोलीन, मेथनॉल या प्राकृतिक गैस के रूप में हाइड्रोजन स्रोतों के साथ बिजली संयंत्र प्रदान करने के लिए किया जा सकता है। यह समर्पित हाइड्रोजन फिलिंग स्टेशनों की आवश्यकता को समाप्त कर देगा, लेकिन इसके लिए आवश्यक होगा कि प्रत्येक वाहन पर एक जीवाश्म-से-हाइड्रोजन कनवर्टर ("सुधारकर्ता") स्थापित किया जाए। इस दृष्टिकोण का नुकसान यह है कि यह जीवाश्म ईंधन का उपयोग करता है और इस प्रकार कार्बन डाइऑक्साइड उत्सर्जन की ओर जाता है। मेथनॉल, वर्तमान में प्रमुख उम्मीदवार, गैसोलीन की तुलना में कम उत्सर्जन उत्पन्न करता है, लेकिन इसके लिए कार पर एक बड़ी क्षमता की आवश्यकता होगी क्योंकि यह समान ऊर्जा सामग्री के लिए दो बार जगह लेती 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 सुधार के हाइड्रोजन प्रदान कर सकते हैं, और इस प्रकार, हानिकारक उत्सर्जन पदार्थों से बचा जा सकता है, जिसे मेथनॉल या गैसोलीन ईंधन कोशिकाओं के उपयोग से देखा जाता है। हाइड्रोजन को आवश्यकतानुसार ईंधन सेल में संग्रहीत और बिजली में परिवर्तित किया जा सकता है। भविष्य में, इस प्रकार की नवीकरणीय ऊर्जा के साथ ईंधन कोशिकाओं का संयोजन एक उत्पादक, पर्यावरण की दृष्टि से ध्वनि और बहुमुखी ऊर्जा स्रोत प्रदान करने के लिए एक प्रभावी रणनीति होने की संभावना है।

आईईईआर की सिफारिश है कि स्थानीय, संघीय और राज्य सरकारें अपने परिवहन खरीद बजट का एक हिस्सा ईंधन सेल वाहनों के साथ-साथ निश्चित ईंधन सेल सिस्टम को उनके कुछ महत्वपूर्ण या नए भवनों के लिए गर्मी और बिजली प्रदान करने के लिए आवंटित करती हैं। इससे महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी विकसित करने और ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जन को कम करने में मदद मिलेगी।

विभिन्न प्रकार के आंतरिक दहन इंजनों के अस्तित्व के समान, विभिन्न प्रकार के ईंधन सेल होते हैं - उपयुक्त प्रकार के ईंधन सेल का चुनाव आवेदन पर निर्भर करता है।

ईंधन कोशिकाओं को उच्च तापमान और निम्न तापमान में विभाजित किया जाता है। कम तापमान ईंधन सेलईंधन 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 सेलइस अतिरिक्त प्रक्रिया की आवश्यकता नहीं है, क्योंकि वे ऊंचे तापमान पर ईंधन का "आंतरिक रूपांतरण" कर सकते हैं, जिसका अर्थ है कि हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे में निवेश करने की कोई आवश्यकता नहीं है।

पिघला हुआ कार्बोनेट (आरकेटीई) पर आधारित ईंधन सेल

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल उच्च तापमान ईंधन सेल हैं। उच्च परिचालन तापमान प्राकृतिक गैस को सीधे प्रोसेसर ईंधन और औद्योगिक प्रक्रियाओं और अन्य स्रोतों के लिए कम कैलोरी मान ईंधन गैस के बिना उपयोग करने की अनुमति देता है। इस प्रक्रिया को 1960 के दशक के मध्य में विकसित किया गया था। तब से, उत्पादन तकनीक, प्रदर्शन और विश्वसनीयता में सुधार हुआ है।

आरकेटीई 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 उपयोग में हैं: लिथियम कार्बोनेट और पोटेशियम कार्बोनेट या लिथियम कार्बोनेट और सोडियम कार्बोनेट। कार्बोनेट लवण को पिघलाने और इलेक्ट्रोलाइट में उच्च स्तर की आयन 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 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है, तो लवण कार्बोनेट आयनों (सीओ 3 2-) के लिए एक कंडक्टर बन जाते हैं। ये आयन कैथोड से एनोड तक जाते हैं, जहां वे हाइड्रोजन के साथ मिलकर पानी, कार्बन डाइऑक्साइड और मुक्त इलेक्ट्रॉन बनाते हैं। इन इलेक्ट्रॉनों को एक बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से कैथोड में वापस भेज दिया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और गर्मी उप-उत्पाद के रूप में उत्पन्न होती है।

एनोड पर प्रतिक्रिया: सीओ 3 2- + एच 2 => एच 2 ओ + सीओ 2 + 2e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: CO 2 + 1/2 O 2 + 2e - => CO 3 2-
तत्व की सामान्य 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, लाभों में निर्माण की मानक सामग्री जैसे स्टेनलेस स्टील शीट और इलेक्ट्रोड पर निकल उत्प्रेरक का उपयोग करने की क्षमता शामिल है। अपशिष्ट ताप का उपयोग विभिन्न प्रकार के औद्योगिक और व्यावसायिक उद्देश्यों के लिए उच्च दबाव वाली भाप उत्पन्न करने के लिए किया जा सकता है।

इलेक्ट्रोलाइट में उच्च प्रतिक्रिया तापमान के भी फायदे हैं। इष्टतम परिचालन स्थितियों को प्राप्त करने के लिए उच्च तापमान के उपयोग में लंबा समय लगता है, और सिस्टम ऊर्जा खपत में परिवर्तन के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ये विशेषताएं निरंतर बिजली की स्थिति के तहत पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट के साथ ईंधन सेल प्रतिष्ठानों के उपयोग की अनुमति देती हैं। उच्च तापमान ईंधन सेल, "विषाक्तता", आदि को कार्बन मोनोऑक्साइड क्षति को रोकता है।

पिघला हुआ कार्बोनेट इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल बड़े स्थिर प्रतिष्ठानों में उपयोग के लिए उपयुक्त हैं। 2.8 मेगावाट की उत्पादन विद्युत शक्ति वाले थर्मल पावर प्लांट औद्योगिक रूप से उत्पादित होते हैं। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले प्रतिष्ठान विकसित किए जा रहे हैं।

फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल (FCTE)

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड 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 में वृद्धि हुई है और लागत कम हो गई है।

फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन सेल फॉस्फोरिक एसिड (एच 3 पीओ 4) पर आधारित इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग 100% तक की एकाग्रता के साथ करते हैं। फॉस्फोरिक एसिड की आयनिक चालकता कम तापमान पर कम होती है, यही वजह है कि इन ईंधन कोशिकाओं का उपयोग 150-220 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान पर किया जाता है।

इस प्रकार के ईंधन सेल में आवेश वाहक हाइड्रोजन (H+, प्रोटॉन) होता है। एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओपीटीई) के साथ ईंधन कोशिकाओं में एक समान प्रक्रिया होती है, जिसमें एनोड को आपूर्ति की गई हाइड्रोजन प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में अलग हो जाती है। प्रोटॉन इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से यात्रा करते हैं और कैथोड पर हवा से ऑक्सीजन के साथ मिलकर पानी बनाते हैं। विद्युत प्रवाह उत्पन्न करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को बाहरी विद्युत परिपथ के माध्यम से प्रसारित किया जाता है। नीचे वे अभिक्रियाएँ हैं जो विद्युत धारा और ऊष्मा उत्पन्न करती हैं।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 => 4H + + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 (g) + 4H + + 4e - => 2H 2 O
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

विद्युत ऊर्जा उत्पन्न करते समय फॉस्फोरिक (ऑर्थोफॉस्फोरिक) एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं की दक्षता 40% से अधिक होती है। संयुक्त गर्मी और बिजली उत्पादन के साथ, 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। संयंत्र लगभग 1.5% की सांद्रता के साथ कार्बन मोनोऑक्साइड का उपयोग करते हैं, जो ईंधन की पसंद का काफी विस्तार करता है। इसके अलावा, सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन सेल के संचालन को प्रभावित नहीं करता है, इस प्रकार की सेल सुधारित प्राकृतिक ईंधन के साथ काम करती है। सरल डिजाइन, 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। तदनुसार 11 मेगावाट इकाइयों का परीक्षण किया गया है। 100 मेगावाट तक की उत्पादन शक्ति वाले प्रतिष्ठान विकसित किए जा रहे हैं।

झिल्ली-विनिमय प्रोटॉन ईंधन सेल (MOPTE)

वाहन शक्ति पैदा करने के लिए झिल्ली ईंधन कोशिकाओं को सबसे अच्छा प्रकार का ईंधन सेल माना जाता है, जो गैसोलीन और डीजल आंतरिक दहन इंजन को बदल सकता है। इन फ्यूल सेल्स का इस्तेमाल सबसे पहले नासा ने जेमिनी प्रोग्राम के लिए किया था। आज, 1W से 2 kW की क्षमता वाली MOPTE इकाइयाँ विकसित और प्रदर्शित की जा रही हैं।

ये ईंधन सेल इलेक्ट्रोलाइट के रूप में एक ठोस बहुलक झिल्ली (पतली प्लास्टिक फिल्म) का उपयोग करते हैं। जब पानी में भिगोया जाता है, तो यह बहुलक प्रोटॉन को गुजरने देता है लेकिन इलेक्ट्रॉनों का संचालन नहीं करता है।

ईंधन हाइड्रोजन है, और आवेश वाहक एक हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) है। एनोड पर, एक हाइड्रोजन अणु हाइड्रोजन आयन (प्रोटॉन) और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित 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 पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

अन्य प्रकार के ईंधन सेल की तुलना में, प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल किसी दिए गए आयतन या ईंधन सेल के वजन के लिए अधिक ऊर्जा का उत्पादन करते हैं। यह सुविधा उन्हें कॉम्पैक्ट और हल्का होने की अनुमति देती है। इसके अलावा, ऑपरेटिंग तापमान 100 डिग्री सेल्सियस से कम है, जो त्वरित स्टार्ट-अप 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 वाहन उपयोग के लिए एक प्रमुख उम्मीदवार बनाती हैं।

एक अन्य लाभ यह है कि इलेक्ट्रोलाइट एक ठोस पदार्थ है, न कि तरल पदार्थ। एक ठोस इलेक्ट्रोलाइट के साथ कैथोड और एनोड पर गैसों को रखना आसान होता है, और इसलिए ऐसे ईंधन सेल निर्माण के लिए सस्ते होते हैं। अन्य इलेक्ट्रोलाइट्स की तुलना में, ठोस इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करते समय, अभिविन्यास जैसी कोई कठिनाई नहीं होती है, जंग की घटना के कारण कम समस्याएं होती हैं, जिससे सेल और उसके घटकों का लंबा जीवन 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 का उपयोग करने की अनुमति देता है। ऐसे उच्च तापमान 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 आयनों (ओ 2 -) 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।

ठोस इलेक्ट्रोलाइट एक इलेक्ट्रोड से दूसरे इलेक्ट्रोड में गैस का एक भली भांति बंद करके सील संक्रमण प्रदान करता है, जबकि तरल इलेक्ट्रोलाइट्स एक झरझरा सब्सट्रेट में स्थित होते हैं। इस प्रकार के ईंधन सेल में आवेश वाहक एक ऑक्सीजन आयन (O 2 -) होता है। कैथोड पर, हवा से ऑक्सीजन के अणु 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 प्रवाहित किया जाता है, जिससे विद्युत प्रवाह और अपशिष्ट ऊष्मा उत्पन्न होती है।

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 2O 2 - => 2H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 4e - => 2O 2 -
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

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 में सक्षम बनाता 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 बनाना संभव हो जाता है।

ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (600 डिग्री सेल्सियस - 1000 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जो इष्टतम परिचालन स्थितियों को प्राप्त करने में लंबा समय लेता है, और सिस्टम ऊर्जा खपत में परिवर्तन के लिए अधिक धीरे-धीरे प्रतिक्रिया करता है। ऐसे उच्च परिचालन तापमान पर, ईंधन से हाइड्रोजन को पुनर्प्राप्त करने के लिए एक कनवर्टर की आवश्यकता नहीं होती है, जो थर्मल पावर प्लांट को कोयले या अपशिष्ट गैसों और इसी तरह के गैसीकरण के परिणामस्वरूप अपेक्षाकृत अशुद्ध ईंधन के साथ संचालित करने की अनुमति देता है। साथ ही, यह ईंधन सेल औद्योगिक और बड़े केंद्रीय बिजली संयंत्रों सहित उच्च शक्ति संचालन के लिए उत्कृष्ट है। 100 kW की आउटपुट विद्युत शक्ति वाले मॉड्यूल व्यावसायिक रूप से उत्पादित किए जाते हैं।

डायरेक्ट मेथनॉल ऑक्सीडेशन फ्यूल सेल (POMTE)

प्रत्यक्ष मेथनॉल 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 उपयोग का उद्देश्य क्या है।

प्रत्यक्ष मेथनॉल ऑक्सीकरण के साथ ईंधन कोशिकाओं का डिजाइन एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एमओपीटीई) के साथ ईंधन कोशिकाओं के समान 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 (सीएच 3 ओएच) सीओ 2, हाइड्रोजन आयनों और इलेक्ट्रॉनों की रिहाई के साथ एनोड पर पानी की उपस्थिति में ऑक्सीकृत होता है, जो बाहरी विद्युत सर्किट के माध्यम से प्रसारित होते हैं, जिससे 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 पर प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + एच 2 ओ => सीओ 2 + 6 एच + + 6e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: 3/2 O 2 + 6H + + 6e - => 3H 2 O
तत्व की सामान्य प्रतिक्रिया: सीएच 3 ओएच + 3/2 ओ 2 => सीओ 2 + 2 एच 2 ओ

इन ईंधन कोशिकाओं का विकास 1990 के दशक की शुरुआत में शुरू हुआ था। बेहतर उत्प्रेरक और अन्य हालिया नवाचारों के विकास के साथ, बिजली घनत्व और दक्षता को 40% तक बढ़ा दिया गया है।

इन तत्वों का परीक्षण 50-120 डिग्री सेल्सियस के तापमान रेंज में किया गया था। उनके कम ऑपरेटिंग तापमान और कनवर्टर की कोई आवश्यकता नहीं होने के कारण, प्रत्यक्ष मेथनॉल ईंधन सेल मोबाइल फोन और अन्य उपभोक्ता वस्तुओं और ऑटोमोटिव इंजन दोनों में अनुप्रयोगों के लिए सबसे अच्छे उम्मीदवार हैं। इस प्रकार के ईंधन सेल का लाभ तरल ईंधन के उपयोग और कनवर्टर की आवश्यकता के अभाव के कारण इसका छोटा आकार है।

क्षारीय ईंधन सेल (SHFC)

क्षारीय ईंधन सेल (ALFC) 1960 के दशक के मध्य से उपयोग की जाने वाली सबसे अधिक अध्ययन की जाने वाली तकनीकों में से एक हैं। 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 किए जाने वाले सबसे कुशल तत्वों में से एक हैं, जिसमें बिजली उत्पादन क्षमता 70% तक पहुंच जाती है।

क्षारीय ईंधन कोशिकाएं एक इलेक्ट्रोलाइट का उपयोग करती हैं, जो कि एक झरझरा स्थिर मैट्रिक्स में निहित पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड का एक जलीय घोल है। पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड की सांद्रता ईंधन सेल के ऑपरेटिंग तापमान के आधार पर भिन्न हो सकती है, जो 65 ° C से 220 ° C तक होती है। SHFC में आवेश वाहक एक हाइड्रॉक्सिल आयन (OH -) है, जो कैथोड से एनोड तक जाता है, जहाँ यह हाइड्रोजन के साथ प्रतिक्रिया करता है, पानी और इलेक्ट्रॉनों का उत्पादन करता है। एनोड पर उत्पन्न पानी कैथोड में वापस चला जाता है, फिर से वहां हाइड्रॉक्सिल आयन उत्पन्न करता है। ईंधन सेल में प्रतिक्रियाओं की यह श्रृंखला बिजली पैदा करती है और, उप-उत्पाद के रूप में, गर्मी:

एनोड पर प्रतिक्रिया: 2H 2 + 4OH - => 4H 2 O + 4e -
कैथोड पर प्रतिक्रिया: O 2 + 2H 2 O + 4e - => 4OH -
सिस्टम की सामान्य प्रतिक्रिया: 2H 2 + O 2 => 2H 2 O

SHFC का लाभ यह है कि ये ईंधन सेल उत्पादन में सबसे सस्ते हैं, क्योंकि इलेक्ट्रोड पर जिस उत्प्रेरक की आवश्यकता होती है, वह कोई भी पदार्थ हो सकता है जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए 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 एक हैं - इस तरह की विशेषताएं तदनुसार बिजली उत्पादन और उच्च ईंधन दक्षता के त्वरण में योगदान कर सकती हैं।

SHFC की विशिष्ट विशेषताओं में से एक CO 2 के प्रति इसकी उच्च संवेदनशीलता है, जिसे ईंधन या वायु में समाहित किया जा सकता है। सीओ 2 इलेक्ट्रोलाइट के साथ प्रतिक्रिया करता है, इसे जल्दी से जहर देता है, और ईंधन सेल की दक्षता को बहुत कम कर देता है। इसलिए, SHTE 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, सीओ, एच 2 ओ और सीएच 4 जैसे अणु, जो अन्य ईंधन कोशिकाओं के लिए सुरक्षित हैं, और उनमें से कुछ के लिए ईंधन भी एसएचएफसी 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 की चालकता एच 2 ओ + (प्रोटॉन, लाल) पानी के अणु से जुड़ी होती है। पानी के अणु अपने धीमे आयन विनिमय के कारण एक समस्या उत्पन्न करते हैं। इसलिए, ईंधन और आउटलेट इलेक्ट्रोड दोनों में पानी की उच्च सांद्रता की आवश्यकता होती है, जो ऑपरेटिंग तापमान को 100 डिग्री सेल्सियस तक सीमित करता है।

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल (TKTE)

सॉलिड एसिड फ्यूल सेल्स में इलेक्ट्रोलाइट (C s HSO4) में पानी नहीं होता है। इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 100-300 डिग्री सेल्सियस है। ऑक्सी आयनों का घूर्णन SO 4 2- 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 एक ठोस एसिड यौगिक की एक बहुत पतली परत दो कसकर संपीड़ित इलेक्ट्रोड के बीच अच्छी संपर्क सुनिश्चित करने के लिए 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।

ईंधन सेल प्रकार	वर्किंग टेम्परेचर	बिजली उत्पादन दक्षता	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 इंस्टॉलेशन
एसएचटीई	50-200 डिग्री सेल्सियस	40-65%	शुद्ध हाइड्रोजन	अंतरिक्ष की खोज
पीट	30-100 डिग्री सेल्सियस	35-50%	शुद्ध हाइड्रोजन	छोटे प्रतिष्ठान

ऊर्जा विशेषज्ञ बताते हैं कि अधिकांश विकसित देशों में अपेक्षाकृत कम बिजली के वितरित ऊर्जा स्रोतों में रुचि तेजी से बढ़ रही है। इन स्व-निहित बिजली संयंत्रों के मुख्य लाभ निर्माण के दौरान मध्यम पूंजीगत लागत, त्वरित कमीशनिंग, अपेक्षाकृत आसान रखरखाव और अच्छा पर्यावरणीय प्रदर्शन है। एक स्वायत्त बिजली आपूर्ति प्रणाली के साथ, बिजली लाइनों और सबस्टेशनों में निवेश की आवश्यकता नहीं होती है। खपत के बिंदुओं पर सीधे स्वायत्त ऊर्जा स्रोतों का स्थान न केवल नेटवर्क में नुकसान को समाप्त करता है, बल्कि बिजली आपूर्ति की विश्वसनीयता भी बढ़ाता है।

स्वायत्त ऊर्जा स्रोत जैसे कि छोटी गैस टरबाइन इकाइयाँ (गैस टरबाइन इकाइयाँ), आंतरिक दहन इंजन, पवन टरबाइन और अर्धचालक सौर सेल सर्वविदित हैं।

कोयले/गैस से चलने वाले आंतरिक दहन इंजन या टर्बाइनों के विपरीत, ईंधन सेल ईंधन नहीं जलाते हैं। वे एक रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करते हैं। इसलिए, ईंधन सेल ईंधन के दहन से बड़ी मात्रा में ग्रीनहाउस गैसों का उत्पादन नहीं करते हैं, जैसे कार्बन डाइऑक्साइड (CO2), मीथेन (CH4) और नाइट्रोजन ऑक्साइड (NOx)। यदि कोशिकाओं के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग किया जाता है, तो ईंधन कोशिकाओं से उत्सर्जन भाप के रूप में पानी और कार्बन डाइऑक्साइड के निम्न स्तर (या कोई CO2 उत्सर्जन बिल्कुल नहीं) होता है। इसके अलावा, ईंधन सेल चुपचाप काम करते हैं क्योंकि उनमें शोर वाले उच्च दबाव वाले रोटार शामिल नहीं होते हैं और ऑपरेशन के दौरान कोई निकास शोर और कंपन नहीं होता है।

एक ईंधन सेल ऑक्सीजन या अन्य ऑक्सीकरण एजेंट के साथ रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से ईंधन की रासायनिक ऊर्जा को बिजली में परिवर्तित करता है। ईंधन कोशिकाओं में एक एनोड (नकारात्मक पक्ष), एक कैथोड (धनात्मक पक्ष), और एक इलेक्ट्रोलाइट होता है जो ईंधन सेल के दो किनारों के बीच आवेशों को स्थानांतरित करने की अनुमति देता है (चित्र: ईंधन सेल योजनाबद्ध आरेख)।

इलेक्ट्रॉन बाहरी लूप के माध्यम से एनोड से कैथोड तक जाते हैं, जिससे डीसी बिजली बनती है। इस तथ्य के कारण कि विभिन्न प्रकार के ईंधन कोशिकाओं के बीच मुख्य अंतर इलेक्ट्रोलाइट है, ईंधन कोशिकाओं को उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के अनुसार उप-विभाजित किया जाता है, अर्थात। उच्च तापमान और निम्न तापमान ईंधन सेल (टीईपीएम, पीएमटीई)। हाइड्रोजन सबसे आम ईंधन है, लेकिन प्राकृतिक गैस और अल्कोहल (यानी मेथनॉल) जैसे हाइड्रोकार्बन का भी कभी-कभी उपयोग किया जा सकता है। ईंधन सेल बैटरी से इस मायने में भिन्न होते हैं कि रासायनिक प्रतिक्रिया को बनाए रखने के लिए उन्हें ईंधन और ऑक्सीजन / वायु के निरंतर स्रोत की आवश्यकता होती है, और जब तक उन्हें आपूर्ति की जाती है तब तक वे बिजली का उत्पादन करते हैं।

ईंधन सेल पारंपरिक ऊर्जा स्रोतों जैसे दहन इंजन या बैटरी पर निम्नलिखित लाभ प्रदान करते हैं:

• ईंधन सेल डीजल या गैस इंजन की तुलना में अधिक कुशल होते हैं।
• आंतरिक दहन इंजन की तुलना में अधिकांश ईंधन सेल चुपचाप काम करते हैं। इसलिए, वे विशेष आवश्यकताओं वाले भवनों के लिए उपयुक्त हैं, जैसे कि अस्पताल।
• ईंधन कोशिकाओं से जीवाश्म ईंधन के जलने से होने वाला प्रदूषण नहीं होता है; उदाहरण के लिए, केवल पानी हाइड्रोजन ईंधन कोशिकाओं का उप-उत्पाद है।
• यदि अक्षय ऊर्जा स्रोत द्वारा प्रदान किए गए पानी के इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन का उत्पादन किया जाता है, तो ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते समय, पूरे चक्र में कोई ग्रीनहाउस गैस उत्सर्जित नहीं होती है।
• ईंधन कोशिकाओं को तेल या गैस जैसे पारंपरिक ईंधन की आवश्यकता नहीं होती है, इसलिए आप तेल उत्पादक देशों पर आर्थिक निर्भरता से छुटकारा पा सकते हैं और अधिक ऊर्जा सुरक्षा प्रदान कर सकते हैं।
• ईंधन सेल पावर ग्रिड पर निर्भर नहीं होते हैं, क्योंकि हाइड्रोजन का उत्पादन कहीं भी किया जा सकता है, जहां पानी और बिजली होती है, और उत्पादित ईंधन को वितरित किया जा सकता है।
• खपत के बिंदु पर ऊर्जा उत्पादन के लिए स्थिर ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करते समय, विकेंद्रीकृत ऊर्जा ग्रिड का उपयोग किया जा सकता है, जो संभावित रूप से अधिक स्थिर होते हैं।
• कम तापमान वाले ईंधन सेल (टीईपीएम, पीएमटीई) में कम गर्मी हस्तांतरण होता है, जो उन्हें विभिन्न प्रकार के अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।
• उच्च तापमान ईंधन सेल बिजली के साथ उच्च गुणवत्ता वाली प्रक्रिया गर्मी ऊर्जा का उत्पादन करते हैं और सह-उत्पादन के लिए उपयुक्त हैं (जैसे आवासीय भवनों के लिए गर्मी और बिजली का संयुक्त उत्पादन)।
• रन टाइम बैटरियों के रन टाइम की तुलना में काफी लंबा है, क्योंकि रन टाइम बढ़ाने के लिए केवल अधिक ईंधन की आवश्यकता होती है, और प्लांट उत्पादकता में वृद्धि की आवश्यकता नहीं होती है।
• बैटरी के विपरीत, ईंधन कोशिकाओं में ईंधन भरने पर "स्मृति प्रभाव" होता है।
• ईंधन कोशिकाओं को बनाए रखना आसान होता है क्योंकि उनके पास बड़े चलने वाले हिस्से नहीं होते हैं।

ईंधन कोशिकाओं के लिए सबसे आम ईंधन हाइड्रोजन है, क्योंकि यह हानिकारक प्रदूषकों का उत्सर्जन नहीं करता है। हालांकि, अन्य ईंधन का उपयोग किया जा सकता है और प्राकृतिक गैस ईंधन कोशिकाओं को एक कुशल विकल्प माना जाता है जब प्राकृतिक गैस प्रतिस्पर्धी कीमतों पर उपलब्ध होती है। ईंधन कोशिकाओं में, ईंधन और ऑक्सीडेंट का प्रवाह एक इलेक्ट्रोलाइट द्वारा अलग किए गए इलेक्ट्रोड से होकर गुजरता है। यह एक रासायनिक प्रतिक्रिया का कारण बनता है जो बिजली पैदा करता है; इसमें ईंधन जलाने या ऊष्मा ऊर्जा जोड़ने की आवश्यकता नहीं होती है, जो आमतौर पर बिजली पैदा करने के पारंपरिक तरीकों के मामले में होता है। जब प्राकृतिक शुद्ध हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन के रूप में किया जाता है, और ऑक्सीजन का उपयोग ऑक्सीकारक के रूप में किया जाता है, तो ईंधन सेल में होने वाली प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी, तापीय ऊर्जा और बिजली उत्पन्न होती है। जब अन्य ईंधन के साथ उपयोग किया जाता है, तो ईंधन सेल बहुत कम प्रदूषक उत्सर्जन उत्सर्जित करते हैं और उच्च गुणवत्ता, विश्वसनीय बिजली का उत्पादन करते हैं।

प्राकृतिक गैस ईंधन कोशिकाओं के लाभ इस प्रकार हैं:

• पर्यावरण के लिए लाभ- ईंधन सेल जीवाश्म ईंधन से बिजली पैदा करने का एक स्वच्छ तरीका है। इस बीच, शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन का उपयोग करने वाले ईंधन सेल केवल पानी, बिजली और गर्मी पैदा करते हैं; अन्य प्रकार के ईंधन सेल नगण्य सल्फर यौगिकों और बहुत कम कार्बन डाइऑक्साइड के स्तर का उत्सर्जन करते हैं। हालांकि, ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्सर्जित कार्बन डाइऑक्साइड केंद्रित है और वातावरण में छोड़ने के बजाय आसानी से समाहित किया जा सकता है।
• क्षमता"ईंधन कोशिकाएं पारंपरिक दहन से चलने वाली बिजली उत्पादन की तुलना में जीवाश्म ईंधन में उपलब्ध ऊर्जा को बिजली में अधिक कुशलता से परिवर्तित करती हैं। इसका मतलब है कि बिजली की समान मात्रा उत्पन्न करने के लिए कम ईंधन की आवश्यकता होती है। राष्ट्रीय ऊर्जा प्रौद्योगिकी प्रयोगशाला के अनुसार, 58 ईंधन कोशिकाओं (प्राकृतिक गैस टर्बाइनों के संयोजन में) का उत्पादन किया जा सकता है जो 70% की दक्षता के साथ 1 से 20 मेगावाट की बिजली रेंज में काम करेंगे। यह दक्षता उस दक्षता से बहुत अधिक है जिसे निर्दिष्ट पावर रेंज में पारंपरिक बिजली उत्पादन विधियों के साथ प्राप्त किया जा सकता है।
• वितरित उत्पादन- ईंधन कोशिकाओं का उत्पादन बहुत छोटे आकार में किया जा सकता है; इससे उन्हें वहां रखा जा सकता है जहां बिजली की आवश्यकता होती है। यह आवासीय, वाणिज्यिक, औद्योगिक भवनों और यहां तक ​​कि वाहनों के प्रतिष्ठानों पर भी लागू होता है।
• विश्वसनीयता- फ्यूल सेल पूरी तरह से संलग्न उपकरण होते हैं जिनमें कोई हिलता-डुलता भाग या जटिल मशीनरी नहीं होती है। यह उन्हें बिजली के विश्वसनीय स्रोत बनाता है जो कई घंटों तक काम कर सकते हैं। इसके अलावा, वे बिजली के लगभग चुप और सुरक्षित स्रोत हैं। इसके अलावा, ईंधन कोशिकाओं में बिजली में कोई वृद्धि नहीं होती है; इसका मतलब है कि उनका उपयोग उन मामलों में किया जा सकता है जहां आपको लगातार काम करने वाले, बिजली के विश्वसनीय स्रोत की आवश्यकता होती है।

कुछ समय पहले तक, ईंधन सेल (FCs), जो विद्युत रासायनिक जनरेटर हैं जो रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने में सक्षम हैं, दहन प्रक्रियाओं को दरकिनार करते हुए, थर्मल ऊर्जा को यांत्रिक ऊर्जा में परिवर्तित करते हैं, और बाद में बिजली में, कम लोकप्रिय थे। एक कम करने वाले एजेंट और एक ऑक्सीकरण एजेंट के बीच रासायनिक प्रतिक्रिया के माध्यम से ईंधन कोशिकाओं में विद्युत ऊर्जा उत्पन्न होती है, जो लगातार इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती है। हाइड्रोजन अक्सर कम करने वाला एजेंट होता है, ऑक्सीजन या वायु ऑक्सीकरण एजेंट होता है। अभिकर्मकों की आपूर्ति, प्रतिक्रिया उत्पादों और गर्मी (जिसका उपयोग किया जा सकता है) को हटाने के लिए ईंधन कोशिकाओं और उपकरणों की बैटरी का संयोजन एक विद्युत रासायनिक जनरेटर है।
XX सदी के अंतिम दशक में, जब बिजली आपूर्ति और पर्यावरणीय समस्याओं की विश्वसनीयता के मुद्दे विशेष रूप से महत्वपूर्ण हो गए, यूरोप, जापान और संयुक्त राज्य अमेरिका में कई फर्मों ने ईंधन कोशिकाओं के लिए कई विकल्पों का विकास और उत्पादन शुरू किया।
सबसे सरल क्षारीय ईंधन कोशिकाएं हैं, जिनसे इस प्रकार के स्वायत्त ऊर्जा स्रोतों का विकास शुरू हुआ। इन ईंधन कोशिकाओं में ऑपरेटिंग तापमान 80-95 डिग्री सेल्सियस है, इलेक्ट्रोलाइट कास्टिक पोटेशियम का 30% समाधान है। क्षारीय ईंधन सेल शुद्ध हाइड्रोजन पर काम करते हैं।
हाल ही में, प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (एक बहुलक इलेक्ट्रोलाइट के साथ) के साथ एक पीईएम ईंधन सेल व्यापक हो गया है। इस प्रक्रिया में ऑपरेटिंग तापमान भी 80-95 डिग्री सेल्सियस है, लेकिन पेरफ्लुओरोसल्फोनिक एसिड के साथ एक ठोस आयन-विनिमय झिल्ली का उपयोग इलेक्ट्रोलाइट के रूप में किया जाता है।
यह आम तौर पर माना जाता है कि फॉस्फोरिक एसिड पीएएफसी के साथ सबसे व्यावसायिक रूप से आकर्षक ईंधन सेल, जिसमें अकेले बिजली पैदा करने के लिए 40% की दक्षता है, और जारी गर्मी का उपयोग करते समय 85% है। इस ईंधन सेल का ऑपरेटिंग तापमान 175-200 डिग्री सेल्सियस है, इलेक्ट्रोलाइट तरल फॉस्फोरिक एसिड है जो टेफ्लॉन से बंधे सिलिकॉन कार्बाइड को लगाता है।

सेल पैकेज इलेक्ट्रोलाइट के रूप में दो झरझरा ग्रेफाइट इलेक्ट्रोड और फॉस्फोरिक एसिड से लैस है। इलेक्ट्रोड एक प्लैटिनम उत्प्रेरक के साथ लेपित होते हैं। सुधारक में, प्राकृतिक गैस, भाप के साथ बातचीत करते समय, हाइड्रोजन और सीओ में बदल जाती है, जो आगे कनवर्टर में सीओ 2 में ऑक्सीकृत हो जाती है। इसके अलावा, उत्प्रेरक के प्रभाव में हाइड्रोजन अणु एनोड पर एच आयनों में अलग हो जाते हैं। इस प्रतिक्रिया में जारी इलेक्ट्रॉनों को लोड के माध्यम से कैथोड तक निर्देशित किया जाता है। कैथोड पर, वे हाइड्रोजन आयनों के साथ प्रतिक्रिया करते हैं जो इलेक्ट्रोलाइट के माध्यम से फैलते हैं और ऑक्सीजन आयनों के साथ कैथोड पर हवा में ऑक्सीजन की उत्प्रेरक ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनते हैं, अंततः पानी बनाते हैं।
एमसीएफसी प्रकार के पिघले हुए कार्बोनेट वाले ईंधन सेल भी आशाजनक प्रकार के ईंधन सेल हैं। मीथेन पर काम करते समय, इस ईंधन सेल में 50-57% की विद्युत शक्ति दक्षता होती है। ऑपरेटिंग तापमान 540-650 ° , इलेक्ट्रोलाइट - एक खोल में पोटेशियम और सोडियम क्षार का पिघला हुआ कार्बोनेट - लिथियम एल्यूमीनियम ऑक्साइड LiA102 का एक मैट्रिक्स।
अंत में, सबसे आशाजनक ईंधन सेल SOFC है। यह एक ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल है जो किसी भी गैसीय ईंधन का उपयोग करता है और अपेक्षाकृत बड़े प्रतिष्ठानों के लिए सबसे उपयुक्त है। इसकी ऊर्जा दक्षता 50-55% है, और जब संयुक्त चक्र प्रतिष्ठानों में उपयोग किया जाता है, तो 65% तक। ऑपरेटिंग तापमान 980-1000 डिग्री सेल्सियस है, इलेक्ट्रोलाइट ठोस जिरकोनियम है जो यट्रियम के साथ स्थिर है।

अंजीर में। 2 सीमेंस वेस्टिंगहाउस पावर कॉरपोरेशन (एसडब्ल्यूपी - जर्मनी) द्वारा विकसित 24-सेल एसओएफसी बैटरी दिखाता है। यह बैटरी एक प्राकृतिक गैस विद्युत रासायनिक जनरेटर की रीढ़ है। 400 W की शक्ति वाले इस प्रकार के बिजली संयंत्र का पहला प्रदर्शन परीक्षण 1986 में किया गया था। बाद के वर्षों में, ठोस ऑक्साइड ईंधन कोशिकाओं के डिजाइन में सुधार हुआ और उनकी शक्ति में वृद्धि हुई।

सबसे सफल 1999 में कमीशन की गई 100 kW इकाई के प्रदर्शन परीक्षण थे। बिजली संयंत्र ने उच्च दक्षता (46%) के साथ बिजली पैदा करने की संभावना की पुष्टि की, और विशेषताओं की उच्च स्थिरता भी दिखाई। इस प्रकार, इसकी क्षमता में स्वीकार्य गिरावट के साथ कम से कम 40 हजार घंटे बिजली संयंत्र के संचालन की संभावना साबित हुई।

2001 में, वायुमंडलीय दबाव पर काम करने वाला एक नया ठोस ऑक्साइड पावर प्लांट विकसित किया गया था। बैटरी (विद्युत रासायनिक जनरेटर) में 250 kW के बिजली संयंत्र के साथ संयुक्त शक्ति और गर्मी उत्पादन में 2304 ठोस ऑक्साइड ट्यूबलर सेल शामिल थे। इसके अलावा, इकाई में एक इन्वर्टर, एक पुनर्योजी, एक ईंधन (प्राकृतिक गैस) हीटर, हवा को गर्म करने के लिए एक दहन कक्ष, ग्रिप गैसों की गर्मी का उपयोग करके पानी गर्म करने के लिए एक हीट एक्सचेंजर और अन्य सहायक उपकरण शामिल थे। उसी समय, स्थापना के समग्र आयाम काफी मध्यम थे: 2.6x3.0x10.8 मीटर।
जापानी विशेषज्ञों ने बड़ी ईंधन कोशिकाओं के विकास में कुछ सफलता हासिल की है। जापान में अनुसंधान कार्य 1972 की शुरुआत में शुरू हुआ था, लेकिन महत्वपूर्ण प्रगति केवल 90 के दशक के मध्य में ही प्राप्त हुई थी। प्रायोगिक ईंधन सेल मॉड्यूल में 50 से 1000 किलोवाट की क्षमता थी, जिनमें से 2/3 प्राकृतिक गैस पर चल रहे थे।
1994 में, जापान में 1 मेगावाट का ईंधन सेल संयंत्र बनाया गया था। 71% के बराबर समग्र दक्षता (भाप और गर्म पानी के उत्पादन के साथ), बिजली आपूर्ति के मामले में यूनिट की दक्षता कम से कम 36% थी। 1995 के बाद से, प्रेस रिपोर्टों के अनुसार, टोक्यो में 11 मेगावाट की क्षमता वाले फॉस्फोरिक एसिड के साथ ईंधन कोशिकाओं पर एक बिजली संयंत्र चल रहा है, और 2000 तक उत्पादित ईंधन कोशिकाओं की कुल क्षमता 40 मेगावाट तक पहुंच गई है।

उपरोक्त सभी प्रतिष्ठानों को औद्योगिक के रूप में वर्गीकृत किया गया है। उनके डेवलपर्स लागत विशेषताओं (इकाई लागत प्रति किलोवाट स्थापित क्षमता और उत्पन्न बिजली की लागत) में सुधार के लिए इकाइयों की शक्ति बढ़ाने के लिए लगातार प्रयास कर रहे हैं। लेकिन ऐसी कई कंपनियां हैं जो एक अलग कार्य निर्धारित करती हैं: व्यक्तिगत बिजली आपूर्ति सहित घरेलू खपत के लिए सबसे सरल प्रतिष्ठानों को विकसित करना। और इस क्षेत्र में महत्वपूर्ण उपलब्धियां हैं:

• प्लग पावर एलएलसी ने एक घर को बिजली देने के लिए 7 किलोवाट ईंधन सेल संयंत्र विकसित किया;
• H Power Corporation 50-100 W की क्षमता वाली बैटरी के लिए परिवहन में उपयोग किए जाने वाले चार्जर का उत्पादन करता है;
• इंटर्न कंपनी। फ्यूल सेल एलएलसी 50-300 वाट की शक्ति के साथ वाहन और व्यक्तिगत बिजली आपूर्ति बनाती है;
• एनालिटिक पावर कॉरपोरेशन ने अमेरिकी सेना के लिए 150W व्यक्तिगत बिजली आपूर्ति के साथ-साथ 3 से 10 किलोवाट तक की घरेलू बिजली आपूर्ति के लिए ईंधन सेल इकाइयों को विकसित किया है।

ईंधन सेल के क्या फायदे हैं जिन्होंने कई कंपनियों को अपने विकास में भारी मात्रा में धन निवेश करने के लिए प्रेरित किया है?
उच्च विश्वसनीयता के अलावा, विद्युत रासायनिक जनरेटर में उच्च दक्षता होती है, जो उन्हें भाप टरबाइन इकाइयों से और यहां तक ​​कि एक साधारण चक्र गैस टरबाइन इकाई वाली इकाइयों से भी अनुकूल रूप से अलग करती है। ईंधन कोशिकाओं का एक महत्वपूर्ण लाभ छितरी हुई ऊर्जा स्रोतों के रूप में उनके उपयोग में आसानी है: मॉड्यूलर डिजाइन किसी भी संख्या में व्यक्तिगत कोशिकाओं को एक बैटरी बनाने के लिए श्रृंखला में जोड़ने की अनुमति देता है - बढ़ती शक्ति के लिए आदर्श।

लेकिन ईंधन कोशिकाओं के पक्ष में सबसे महत्वपूर्ण तर्क उनका पर्यावरणीय प्रदर्शन है। इन संयंत्रों से एनओएक्स और सीओ का उत्सर्जन इतना कम है कि, उदाहरण के लिए, क्षेत्रों में काउंटी वायु गुणवत्ता कार्यालय (जहां संयुक्त राज्य में पर्यावरण नियम सबसे कड़े हैं) सुरक्षा से संबंधित सभी आवश्यकताओं में इस उपकरण का उल्लेख भी नहीं करते हैं। वातावरण का।

ईंधन कोशिकाओं के कई फायदे, दुर्भाग्य से, वर्तमान में उनकी एकमात्र कमी - उनकी उच्च लागत से अधिक नहीं हो सकते हैं। संयुक्त राज्य अमेरिका में, उदाहरण के लिए, सबसे अधिक प्रतिस्पर्धी ईंधन कोशिकाओं के साथ भी एक बिजली संयंत्र के निर्माण के लिए विशिष्ट पूंजीगत लागत लगभग $ 3500 / है। किलोवाट और यद्यपि सरकार इस तकनीक की मांग को प्रोत्साहित करने के लिए $ 1OO / kWh की सब्सिडी प्रदान करती है, ऐसी सुविधाओं के निर्माण की लागत काफी अधिक है। खासकर जब एक गैस टरबाइन के साथ एक मिनी-सीएचपी के निर्माण के लिए या एक मेगावाट पावर रेंज के आंतरिक दहन इंजन के साथ पूंजीगत लागत की तुलना की जाती है, जो लगभग $ 500 / kW है।

हाल के वर्षों में, ईंधन संयंत्रों की लागत को कम करने में कुछ प्रगति हुई है। ऊपर उल्लिखित 0.2-1.0 मेगावाट की क्षमता वाले फॉस्फोरिक एसिड पर आधारित एफसी के साथ बिजली संयंत्रों के निर्माण की लागत $ 1,700 / kW है। जर्मनी में ऐसे प्रतिष्ठानों में प्रति वर्ष 6,000 घंटे का उपयोग करके ऊर्जा उत्पादन की लागत 7.5-10 सेंट / किलोवाट होने का अनुमान है। 200 kW की क्षमता वाली PC25 इकाई, जो ऊर्जा कंपनी Hessische EAG (Darmstadt) द्वारा संचालित है, में भी अच्छे आर्थिक संकेतक हैं: बिजली की लागत, मूल्यह्रास कटौती, ईंधन लागत और इकाई रखरखाव लागत सहित, कुल 15 सेंट / kWh . भूरे रंग के कोयले द्वारा ईंधन वाले टीपीपी के लिए एक ही संकेतक बिजली कंपनी में 5.6 सेंट / केडब्ल्यूएच, कोयले से चलने वाले बिजली संयंत्रों के लिए 4.7 सेंट / केडब्ल्यूएच, संयुक्त चक्र बिजली संयंत्रों के लिए 4.7 सेंट / केडब्ल्यूएच और डीजल बिजली संयंत्रों के लिए 4.7 सेंट / केडब्ल्यूएच था। 10.3 सेंट / किलोवाट।

1997 से कोलोन में संचालित एक बड़े ईंधन सेल संयंत्र (N = 1564 kW) के निर्माण के लिए $ 1500-1750 / kW की राशि में विशिष्ट पूंजीगत लागत की आवश्यकता थी, लेकिन स्वयं ईंधन कोशिकाओं की लागत केवल $ 400 / kW थी .

उपरोक्त सभी से पता चलता है कि ईंधन सेल उद्योग के लिए और उपयोगिता क्षेत्र में स्वायत्त प्रतिष्ठानों के लिए एक आशाजनक प्रकार के ऊर्जा-उत्पादक उपकरण हैं। गैस के उपयोग की उच्च दक्षता और उत्कृष्ट पर्यावरणीय विशेषताएं यह विश्वास करने का कारण देती हैं कि सबसे महत्वपूर्ण कार्य को हल करने के बाद - लागत को कम करना - इस प्रकार के बिजली उपकरण स्वायत्त गर्मी और बिजली आपूर्ति प्रणालियों के बाजार में मांग में होंगे।

मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स हर साल, यदि महीना नहीं, तो अधिक सुलभ और व्यापक हो जाता है। यहां आपके पास लैपटॉप, पीडीए, डिजिटल कैमरा, मोबाइल फोन, और सभी प्रकार के उपयोगी और ऐसे उपकरण नहीं हैं। और ये सभी डिवाइस आकार में सिकुड़ते हुए लगातार नई सुविधाएँ, अधिक शक्तिशाली प्रोसेसर, बड़ी रंगीन स्क्रीन, वायरलेस कनेक्टिविटी प्राप्त कर रहे हैं। लेकिन, सेमीकंडक्टर प्रौद्योगिकियों के विपरीत, इस पूरे मोबाइल मेनेजरी की बिजली प्रौद्योगिकियां छलांग और सीमा से बिल्कुल भी नहीं हैं।

किसी भी महत्वपूर्ण समय के लिए इलेक्ट्रॉनिक्स उद्योग में नवीनतम प्रगति को शक्ति देने के लिए पारंपरिक संचायक और बैटरी स्पष्ट रूप से पर्याप्त नहीं हैं। और विश्वसनीय, उच्च क्षमता वाली बैटरी के बिना, गतिशीलता और वायरलेसनेस का पूरा बिंदु खो जाता है। इसलिए कंप्यूटर उद्योग समस्या पर अधिक से अधिक सक्रिय रूप से काम कर रहा है वैकल्पिक बिजली की आपूर्ति... और आज यहाँ की सबसे आशाजनक दिशा है ईंधन कोशिकाएं.

ईंधन कोशिकाओं के मूल सिद्धांत की खोज ब्रिटिश वैज्ञानिक सर विलियम ग्रोव ने 1839 में की थी। उन्हें "ईंधन सेल" के पिता के रूप में जाना जाता है। विलियम ग्रोव ने हाइड्रोजन और ऑक्सीजन निकालने के लिए परिवर्तन करके बिजली उत्पन्न की। इलेक्ट्रोलाइटिक सेल से बैटरी को डिस्कनेक्ट करते हुए, ग्रोव को यह जानकर आश्चर्य हुआ कि इलेक्ट्रोड विकसित गैस को अवशोषित करने और करंट उत्पन्न करने लगे। एक प्रक्रिया खोलना हाइड्रोजन का विद्युत रासायनिक "ठंडा" दहनऊर्जा क्षेत्र में एक महत्वपूर्ण घटना बन गई, और बाद में ओस्टवाल्ड और नर्नस्ट जैसे प्रसिद्ध इलेक्ट्रोकेमिस्टों ने सैद्धांतिक नींव के विकास और ईंधन कोशिकाओं के व्यावहारिक कार्यान्वयन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाई और उनके लिए एक महान भविष्य की भविष्यवाणी की।

खुद शब्द "ईंधन सेल"बाद में दिखाई दिया - यह 1889 में लुडविग मोंड और चार्ल्स लैंगर द्वारा प्रस्तावित किया गया था, जो हवा और कोयला गैस से बिजली पैदा करने के लिए एक उपकरण बनाने की कोशिश कर रहे थे।

ऑक्सीजन में सामान्य दहन में, जीवाश्म ईंधन का ऑक्सीकरण होता है, और ईंधन की रासायनिक ऊर्जा अक्षम रूप से तापीय ऊर्जा में परिवर्तित हो जाती है। लेकिन यह ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के लिए संभव हो गया, उदाहरण के लिए, ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन का, इलेक्ट्रोलाइट वातावरण में किया जाना और, इलेक्ट्रोड की उपस्थिति में, विद्युत प्रवाह प्राप्त करना। उदाहरण के लिए, एक क्षारीय माध्यम में इलेक्ट्रोड को हाइड्रोजन की आपूर्ति करने पर, हमें इलेक्ट्रॉन मिलते हैं:

2H2 + 4OH- → 4H2O + 4e-

जो, बाहरी सर्किट से गुजरते हुए, विपरीत इलेक्ट्रोड में प्रवेश करता है, जिसमें ऑक्सीजन प्रवेश करती है और जहां प्रतिक्रिया होती है: 4e- + O2 + 2H2O → 4OH-

यह देखा जा सकता है कि परिणामी प्रतिक्रिया 2H2 + O2 → H2O पारंपरिक दहन के समान है, लेकिन ईंधन सेल में, या अन्यथा - में विद्युत रासायनिक जनरेटर, एक विद्युत प्रवाह बड़ी दक्षता और आंशिक रूप से गर्मी के साथ प्राप्त किया जाता है। ध्यान दें 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 वायु, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, क्लोरीन, ब्रोमीन, नाइट्रिक एसिड, आदि का उपयोग ऑक्सीडेंट के रूप में किया जा सकता है।

ईंधन कोशिकाओं का विकास विदेशों में और रूस में और फिर यूएसएसआर में सख्ती से जारी रहा। ईंधन कोशिकाओं के अध्ययन में महान योगदान देने वाले वैज्ञानिकों में, हम वी। जैको, पी। याब्लोचकोव, एफ। बेकन, ई। बाउर, ई। यूस्टी, के। कोर्डेश पर ध्यान देते हैं। पिछली शताब्दी के मध्य में, ईंधन सेल समस्याओं का एक नया तूफान शुरू हुआ। यह आंशिक रूप से रक्षा अनुसंधान के परिणामस्वरूप नए विचारों, सामग्रियों और प्रौद्योगिकियों के उद्भव के कारण है।

ईंधन कोशिकाओं के विकास में एक प्रमुख कदम रखने वाले वैज्ञानिकों में से एक पी.एम. स्पिरिडोनोव थे। स्पिरिडोनोव के हाइड्रोजन-ऑक्सीजन तत्व 30 mA / cm2 का वर्तमान घनत्व दिया, जो उस समय के लिए एक बड़ी उपलब्धि मानी जाती थी। चालीस के दशक में, ओ। दावतन ने कोयला गैसीकरण द्वारा प्राप्त जनरेटर गैस के विद्युत रासायनिक दहन के लिए एक स्थापना की। तत्व मात्रा के प्रत्येक घन मीटर के लिए, दावतन को 5 kW शक्ति प्राप्त हुई।

वह था पहला ठोस इलेक्ट्रोलाइट ईंधन सेल... इसकी उच्च दक्षता थी, लेकिन समय के साथ इलेक्ट्रोलाइट खराब हो गया और इसे बदलना पड़ा। इसके बाद, पचास के दशक के अंत में दावतन ने एक शक्तिशाली इंस्टॉलेशन बनाया जो ट्रैक्टर को गति में सेट करता है। उसी वर्षों में, अंग्रेजी इंजीनियर टी। बेकन ने 6 kW की कुल क्षमता और 80% की दक्षता के साथ ईंधन कोशिकाओं की एक बैटरी का डिजाइन और निर्माण किया, जो शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन पर काम कर रही थी, लेकिन बिजली-से-वजन अनुपात बैटरी बहुत छोटी निकली - ऐसी कोशिकाएँ व्यावहारिक उपयोग के लिए अनुपयुक्त थीं और बहुत महंगी थीं।

इसके बाद के वर्षों में, एकाकी लोगों का समय बीत गया। अंतरिक्ष यान के निर्माता ईंधन कोशिकाओं में रुचि रखने लगे। 60 के दशक के मध्य से, ईंधन सेल अनुसंधान में लाखों डॉलर का निवेश किया गया है। हजारों वैज्ञानिकों और इंजीनियरों के काम ने एक नए स्तर तक पहुंचना संभव बना दिया, और 1965 में। संयुक्त राज्य अमेरिका में जेमिनी -5 अंतरिक्ष यान पर ईंधन कोशिकाओं का परीक्षण किया गया था, और बाद में अपोलो अंतरिक्ष यान पर चंद्रमा की उड़ानों के लिए और शटल कार्यक्रम के तहत परीक्षण किया गया था।

यूएसएसआर में, अंतरिक्ष में उपयोग के लिए एनपीओ क्वांट में ईंधन सेल विकसित किए गए थे। उन वर्षों में, नई सामग्री पहले ही दिखाई दे चुकी है - आयन-विनिमय झिल्ली पर आधारित ठोस बहुलक इलेक्ट्रोलाइट्स, नए प्रकार के उत्प्रेरक, इलेक्ट्रोड। फिर भी, काम कर रहे वर्तमान घनत्व छोटा था - 100-200 एमए / सेमी 2 के भीतर, और इलेक्ट्रोड पर प्लैटिनम सामग्री कई जी / सेमी 2 थी। स्थायित्व, स्थिरता, सुरक्षा से संबंधित कई समस्याएं थीं।

ईंधन कोशिकाओं के तेजी से विकास में अगला चरण 90 के दशक में शुरू हुआ। पिछली सदी के और आज भी जारी है। यह एक ओर, जीवाश्म ईंधन के दहन से ग्रीनहाउस गैसों के बढ़ते उत्सर्जन की वैश्विक पर्यावरणीय समस्या के साथ और दूसरी ओर, ऐसे ईंधन की कमी के संबंध में नए कुशल ऊर्जा स्रोतों की आवश्यकता के कारण होता है। भंडार। चूंकि ईंधन सेल में हाइड्रोजन दहन का अंतिम उत्पाद पानी है, इसलिए पर्यावरण पर उनके प्रभाव के मामले में उन्हें सबसे स्वच्छ माना जाता है। मुख्य समस्या केवल हाइड्रोजन के उत्पादन के लिए एक कुशल और सस्ती विधि खोजने में है।

ईंधन कोशिकाओं और हाइड्रोजन जनरेटर के विकास में अरबों के वित्तीय निवेश को तकनीकी सफलता की ओर ले जाना चाहिए और उन्हें रोजमर्रा की जिंदगी में एक वास्तविकता बनाना चाहिए: सेल फोन के लिए, कारों में, बिजली संयंत्रों में। पहले से ही, बैलार्ड, होंडा, डेमलर क्रिसलर, जनरल मोटर्स जैसे ऑटोमोटिव दिग्गज 50 किलोवाट ईंधन कोशिकाओं पर चलने वाली कारों और बसों का प्रदर्शन कर रहे हैं। कई कंपनियों ने विकसित किया है 500 kW . तक की क्षमता वाले ठोस ऑक्साइड इलेक्ट्रोलाइट वाले ईंधन कोशिकाओं पर प्रदर्शन बिजली संयंत्र... लेकिन, ईंधन कोशिकाओं की विशेषताओं में सुधार करने में एक महत्वपूर्ण सफलता के बावजूद, उनकी लागत, विश्वसनीयता और सुरक्षा से संबंधित कई समस्याओं का समाधान किया जाना बाकी है।

एक ईंधन सेल में, बैटरी और संचायक के विपरीत, ईंधन और ऑक्सीडाइज़र दोनों को बाहर से आपूर्ति की जाती है। ईंधन सेल प्रतिक्रिया में केवल एक मध्यस्थ है और आदर्श परिस्थितियों में, लगभग हमेशा के लिए काम कर सकता है। इस तकनीक की खूबी यह है कि, वास्तव में, तत्व ईंधन को जलाता है और जारी ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। ईंधन के सीधे दहन के साथ, यह ऑक्सीजन द्वारा ऑक्सीकृत होता है, और इस दौरान निकलने वाली गर्मी का उपयोग उपयोगी कार्य करने के लिए किया जाता है।

ईंधन सेल में, बैटरियों की तरह, ईंधन ऑक्सीकरण और ऑक्सीजन की कमी की प्रतिक्रियाओं को स्थानिक रूप से अलग किया जाता है, और "दहन" प्रक्रिया केवल तभी होती है जब सेल लोड को करंट की आपूर्ति करता है। यह पसंद है डीजल विद्युत जनरेटर, केवल डीजल और जनरेटर के बिना... और बिना धुएं, शोर, अधिक गर्मी और बहुत अधिक दक्षता के साथ भी। उत्तरार्द्ध को इस तथ्य से समझाया गया है कि, सबसे पहले, कोई मध्यवर्ती यांत्रिक उपकरण नहीं हैं और दूसरी बात, ईंधन सेल एक ऊष्मा इंजन नहीं है और परिणामस्वरूप, कार्नोट के नियम का पालन नहीं करता है (अर्थात, इसकी दक्षता द्वारा निर्धारित नहीं की जाती है) तापमान अंतर)।

ऑक्सीजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं में ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में किया जाता है। इसके अलावा, चूंकि हवा में पर्याप्त ऑक्सीजन है, इसलिए ऑक्सीडाइज़र की आपूर्ति के बारे में चिंता करने की कोई आवश्यकता नहीं है। ईंधन हाइड्रोजन है। तो, ईंधन सेल में एक प्रतिक्रिया होती है:

2H2 + O2 → 2H2O + बिजली + गर्मी।

परिणाम उपयोगी ऊर्जा और जल वाष्प है। इसकी संरचना में सबसे सरल है प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल(चित्र 1 देखें)। यह निम्नानुसार काम करता है: तत्व में प्रवेश करने वाला हाइड्रोजन उत्प्रेरक की क्रिया के तहत इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से चार्ज हाइड्रोजन आयनों एच + में विघटित हो जाता है। फिर एक विशेष झिल्ली खेल में आती है, जो एक पारंपरिक बैटरी में इलेक्ट्रोलाइट की भूमिका निभाती है। इसकी रासायनिक संरचना के कारण, यह प्रोटॉन को अपने आप से गुजरने देता है, लेकिन इलेक्ट्रॉनों को बरकरार रखता है। इस प्रकार, एनोड पर जमा हुए इलेक्ट्रॉन एक अतिरिक्त नकारात्मक चार्ज बनाते हैं, और हाइड्रोजन आयन कैथोड पर एक सकारात्मक चार्ज बनाते हैं (सेल भर में वोल्टेज लगभग 1V है)।

उच्च शक्ति बनाने के लिए, एक ईंधन सेल को कई कोशिकाओं से इकट्ठा किया जाता है। यदि तत्व लोड में शामिल है, तो इलेक्ट्रॉन इसके माध्यम से कैथोड में प्रवाहित होंगे, एक करंट बनाएंगे और ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन ऑक्सीकरण की प्रक्रिया को पूरा करेंगे। ऐसे ईंधन कोशिकाओं में उत्प्रेरक के रूप में, एक नियम के रूप में, कार्बन फाइबर पर समर्थित प्लैटिनम माइक्रोपार्टिकल्स का उपयोग किया जाता है। इसकी संरचना के कारण, ऐसा उत्प्रेरक अत्यधिक गैस और बिजली पारगम्य है। झिल्ली आमतौर पर सल्फर युक्त बहुलक, Nafion से बनाई जाती है। झिल्ली की मोटाई मिलीमीटर के दसवें हिस्से के बराबर होती है। प्रतिक्रिया के दौरान, निश्चित रूप से, गर्मी भी निकलती है, लेकिन इसमें इतना अधिक नहीं होता है, इसलिए ऑपरेटिंग तापमान 40-80 डिग्री सेल्सियस की सीमा में बनाए रखा जाता है।

चित्र एक। ईंधन सेल कैसे काम करता है

अन्य प्रकार के ईंधन सेल हैं, जो मुख्य रूप से उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार में भिन्न होते हैं। उनमें से लगभग सभी को ईंधन के रूप में हाइड्रोजन की आवश्यकता होती है, इसलिए एक तार्किक प्रश्न उठता है: इसे कहाँ से प्राप्त करें। बेशक, सिलेंडर से संपीड़ित हाइड्रोजन का उपयोग करना संभव होगा, लेकिन फिर उच्च दबाव में इस अत्यधिक ज्वलनशील गैस के परिवहन और भंडारण से जुड़ी समस्याएं तुरंत उत्पन्न होती हैं। बेशक, हाइड्रोजन का उपयोग बाध्य रूप में किया जा सकता है जैसे धातु हाइड्राइड बैटरी में। लेकिन फिर भी, इसके उत्पादन और परिवहन की समस्या बनी हुई है, क्योंकि हाइड्रोजन ईंधन भरने का बुनियादी ढांचा मौजूद नहीं है।

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 एक विशेष अतिरिक्त उपकरण की पहले से ही आवश्यकता है - एक ईंधन कनवर्टर, जो अल्कोहल को उच्च तापमान पर गैसीय एच 2 और सीओ 2 के मिश्रण में परिवर्तित करता है (मेथनॉल के लिए यह लगभग 240 डिग्री सेल्सियस होगा)। लेकिन इस मामले में, पोर्टेबिलिटी के बारे में सोचना पहले से ही अधिक कठिन है - ऐसे उपकरण स्थिर या के रूप में उपयोग करने के लिए अच्छे हैं, लेकिन कॉम्पैक्ट मोबाइल उपकरणों के लिए आपको कुछ कम बोझिल चाहिए।

और यहां हम ठीक उसी डिवाइस पर आते हैं, जिसका विकास लगभग सभी सबसे बड़े इलेक्ट्रॉनिक्स निर्माताओं द्वारा भयानक बल के साथ किया जा रहा है - मेथनॉल ईंधन सेल(चित्र 2)।

रेखा चित्र नम्बर 2। मेथनॉल ईंधन सेल कैसे काम करता है

हाइड्रोजन और मेथनॉल ईंधन कोशिकाओं के बीच मूलभूत अंतर प्रयुक्त उत्प्रेरक में निहित है। मेथनॉल ईंधन सेल में एक उत्प्रेरक प्रोटॉन को सीधे अल्कोहल अणु से निकालने की अनुमति देता है। इस प्रकार, ईंधन का मुद्दा हल हो गया है - रासायनिक उद्योग के लिए मिथाइल अल्कोहल का बड़े पैमाने पर उत्पादन किया जाता है, इसे स्टोर करना और परिवहन करना आसान है, और मेथनॉल ईंधन सेल को चार्ज करने के लिए, यह केवल ईंधन कारतूस को बदलने के लिए पर्याप्त है। सच है, एक महत्वपूर्ण खामी है - मेथनॉल विषाक्त है। इसके अलावा, एक मेथनॉल ईंधन सेल की दक्षता हाइड्रोजन ईंधन सेल की तुलना में काफी कम है।

चावल। 3. मेथनॉल ईंधन सेल

सबसे आकर्षक विकल्प एथिल अल्कोहल को ईंधन के रूप में उपयोग करना है, क्योंकि किसी भी संरचना और ताकत के मादक पेय का उत्पादन और वितरण दुनिया भर में अच्छी तरह से स्थापित है। हालांकि, इथेनॉल ईंधन कोशिकाओं की दक्षता, दुर्भाग्य से, मेथनॉल की तुलना में भी कम है।

जैसा कि ईंधन कोशिकाओं के क्षेत्र में कई वर्षों के विकास में उल्लेख किया गया है, विभिन्न प्रकार के ईंधन कोशिकाओं का निर्माण किया गया है। ईंधन कोशिकाओं को इलेक्ट्रोलाइट और ईंधन प्रकार द्वारा वर्गीकृत किया जाता है।

1. ठोस बहुलक हाइड्रोजन-ऑक्सीजन इलेक्ट्रोलाइट।

2. ठोस बहुलक मेथनॉल ईंधन सेल।

3. क्षारीय इलेक्ट्रोलाइट पर कोशिकाएं।

4. फॉस्फोरिक एसिड ईंधन सेल।

5. पिघले हुए कार्बोनेट पर आधारित ईंधन सेल।

6. ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल।

आदर्श रूप से, ईंधन कोशिकाओं की दक्षता बहुत अधिक होती है, लेकिन वास्तविक परिस्थितियों में गैर-संतुलन प्रक्रियाओं से जुड़े नुकसान होते 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। विशेषज्ञों के प्रयासों का उद्देश्य इन नुकसानों को कम करना है।

ओमिक नुकसान का मुख्य स्रोत, साथ ही साथ ईंधन कोशिकाओं की उच्च लागत का कारण, सल्फोनिक कटियन एक्सचेंज मेम्ब्रेन हैं। अब वैकल्पिक, सस्ते प्रोटॉन-कंडक्टिंग पॉलिमर की तलाश चल रही है। चूंकि इन झिल्लियों (ठोस इलेक्ट्रोलाइट्स) की चालकता केवल पानी की उपस्थिति में एक स्वीकार्य मूल्य (10 ओम / सेमी) तक पहुंचती है, ईंधन सेल को आपूर्ति की जाने वाली गैसों को एक विशेष उपकरण में अतिरिक्त रूप से आर्द्र किया जाना चाहिए, जिससे लागत भी बढ़ जाती है। प्रणाली। उत्प्रेरक गैसीय प्रसार इलेक्ट्रोड में, मुख्य रूप से प्लैटिनम और कुछ अन्य महान धातुओं का उपयोग किया जाता है, और अभी तक उनके लिए कोई प्रतिस्थापन नहीं मिला है। यद्यपि ईंधन कोशिकाओं में प्लैटिनम की मात्रा कई मिलीग्राम / सेमी 2 है, बड़ी बैटरी के लिए इसकी मात्रा दसियों ग्राम तक पहुंच जाती है।

ईंधन कोशिकाओं को डिजाइन करते समय, गर्मी हटाने की प्रणाली पर बहुत ध्यान दिया जाता है, क्योंकि उच्च वर्तमान घनत्व (1 ए / सेमी 2 तक) पर, सिस्टम का स्व-हीटिंग होता है। शीतलन के लिए, विशेष चैनलों के माध्यम से ईंधन सेल में परिसंचारी पानी का उपयोग किया जाता है, और कम शक्ति पर हवा को उड़ाया जाता है।

तो, आधुनिक विद्युत रासायनिक जनरेटर प्रणाली, ईंधन सेल के अलावा, कई सहायक उपकरणों के साथ "अतिवृद्धि" है, जैसे: पंप, वायु आपूर्ति के लिए एक कंप्रेसर, हाइड्रोजन प्रवेश, एक गैस ह्यूमिडिफायर, एक शीतलन इकाई, एक गैस रिसाव नियंत्रण प्रणाली, एक डीसी-टू-एसी कनवर्टर, एक नियंत्रण प्रोसेसर और अन्य। यह सब इस तथ्य की ओर जाता है कि 2004-2005 में ईंधन सेल प्रणाली की लागत 2-3 हजार अमरीकी डालर / किलोवाट थी। विशेषज्ञों के अनुसार, ईंधन सेल परिवहन और स्थिर बिजली संयंत्रों में उपयोग के लिए $ 50-100 / kW की कीमत पर उपलब्ध हो जाएंगे।

रोजमर्रा की जिंदगी में ईंधन कोशिकाओं की शुरूआत के लिए, घटकों की लागत में कमी के साथ, नए मूल विचारों और दृष्टिकोणों की अपेक्षा करनी चाहिए। विशेष रूप से, नैनोमैटेरियल्स और नैनो टेक्नोलॉजी के उपयोग पर बड़ी उम्मीदें टिकी हैं। उदाहरण के लिए, कई कंपनियों ने हाल ही में विभिन्न धातुओं के नैनोकणों के समूहों के आधार पर ऑक्सीजन इलेक्ट्रोड के लिए अल्ट्रा-कुशल उत्प्रेरक के निर्माण की घोषणा की। इसके अलावा, झिल्ली रहित ईंधन सेल डिजाइनों की रिपोर्टें आई हैं जिनमें तरल ईंधन (जैसे मेथनॉल) को ऑक्सीडाइज़र के साथ ईंधन सेल में डाला जाता है। प्रदूषित जल में काम करने वाले जैव ईंधन कोशिकाओं की विकसित अवधारणा और ऑक्सीडाइज़र के रूप में घुलित वायुमंडलीय ऑक्सीजन और ईंधन के रूप में कार्बनिक अशुद्धियों का उपभोग करना भी दिलचस्प है।

विशेषज्ञों के पूर्वानुमानों के अनुसार, आने वाले वर्षों में ईंधन सेल बड़े पैमाने पर बाजार में प्रवेश करेंगे। दरअसल, डेवलपर्स एक के बाद एक तकनीकी समस्याओं पर विजय प्राप्त करते हैं, सफलताओं की रिपोर्ट करते हैं और ईंधन कोशिकाओं के प्रोटोटाइप पेश करते हैं। उदाहरण के लिए, तोशिबा ने मेथनॉल ईंधन सेल के तैयार प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया है। इसका आकार 22x56x4.5mm है और यह लगभग 100mW की शक्ति देता है। केंद्रित (99.5%) मेथनॉल के 2 क्यूब्स में एक भरना एमपी 3 प्लेयर के संचालन के 20 घंटे के लिए पर्याप्त है। तोशिबा ने मोबाइल फोन को पावर देने के लिए एक वाणिज्यिक ईंधन सेल लॉन्च किया है। फिर से, उसी तोशिबा ने 275x75x40 मिमी मापने वाली नोटबुक के लिए एक बैटरी का प्रदर्शन किया, जो कंप्यूटर को एक ईंधन भरने से 5 घंटे तक काम करने की अनुमति देता है।

एक और जापानी कंपनी फुजित्सु तोशिबा से पीछे नहीं है। 2004 में, उसने एक तत्व भी पेश किया जो मेथनॉल के 30% जलीय घोल पर कार्य करता है। यह फ्यूल सेल एक 300ml फिलिंग पर 10 घंटे तक चलता था और साथ ही साथ 15 वाट बिजली देता था।

Casio एक ईंधन सेल विकसित कर रहा है जिसमें मेथनॉल को पहले लघु ईंधन कनवर्टर में H2 और CO2 गैसों के मिश्रण में परिवर्तित किया जाता है और फिर ईंधन सेल में डाला जाता है। प्रदर्शन के दौरान, कैसीओ प्रोटोटाइप ने लैपटॉप को 20 घंटे तक संचालित किया।

सैमसंग ने ईंधन कोशिकाओं के क्षेत्र में भी अपना नाम बनाया - 2004 में, इसने लैपटॉप को पावर देने के लिए डिज़ाइन किए गए अपने 12W प्रोटोटाइप का प्रदर्शन किया। सामान्य तौर पर, सैमसंग का इरादा ईंधन कोशिकाओं का उपयोग करने का है, सबसे पहले, चौथी पीढ़ी के स्मार्टफोन में।

मुझे कहना होगा कि सामान्य तौर पर जापानी कंपनियों ने ईंधन कोशिकाओं के विकास के लिए बहुत अच्छी तरह से संपर्क किया है। 2003 में वापस, कैनन, कैसियो, फुजित्सु, हिताची, सान्यो, शार्प, सोनी और तोशिबा जैसी कंपनियों ने लैपटॉप, मोबाइल फोन, पीडीए और अन्य इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों के लिए एकल ईंधन सेल मानक विकसित करने के लिए सेना में शामिल हो गए। अमेरिकी कंपनियां, जिनमें से कई इस बाजार में भी हैं, ज्यादातर सेना के साथ अनुबंध के तहत काम करती हैं और अमेरिकी सैनिकों के विद्युतीकरण के लिए ईंधन सेल विकसित करती हैं।

जर्मन भी पीछे नहीं हैं - स्मार्ट फ्यूल सेल मोबाइल ऑफिस को पावर देने के लिए फ्यूल सेल बेचता है। डिवाइस को स्मार्ट फ्यूल सेल C25 कहा जाता है, इसका आयाम 150x112x65mm है और यह एक बार ईंधन भरने पर 140 वाट-घंटे तक पहुंच सकता है। यह लैपटॉप को करीब 7 घंटे तक पावर देने के लिए काफी है। फिर कारतूस को बदला जा सकता है और आप काम करना जारी रख सकते हैं। मेथनॉल कार्ट्रिज का आकार 99x63x27 मिमी है, और इसका वजन 150 ग्राम है। सिस्टम का वजन 1.1 किलोग्राम है, इसलिए आप इसे पूरी तरह से पोर्टेबल नहीं कह सकते, लेकिन फिर भी यह पूरी तरह से तैयार और सुविधाजनक उपकरण है। कंपनी पेशेवर वीडियो कैमरों को पावर देने के लिए एक ईंधन मॉड्यूल भी विकसित कर रही है।

सामान्य तौर पर, ईंधन सेल पहले से ही व्यावहारिक रूप से मोबाइल इलेक्ट्रॉनिक्स बाजार में प्रवेश कर रहे हैं। यह निर्माताओं के लिए बड़े पैमाने पर उत्पादन शुरू करने से पहले अंतिम तकनीकी समस्याओं को हल करने के लिए बनी हुई है।

सबसे पहले, ईंधन कोशिकाओं के लघुकरण के मुद्दे को हल करना आवश्यक है। आखिरकार, ईंधन सेल जितना छोटा होगा, उतनी ही कम शक्ति वह वितरित करने में सक्षम होगी - इसलिए छोटे आयामों के साथ काम करने की सतह को अधिकतम करने के लिए नए उत्प्रेरक और इलेक्ट्रोड लगातार विकसित किए जा रहे हैं। यहां, नैनो टेक्नोलॉजी और नैनोमैटेरियल्स (उदाहरण के लिए, नैनोट्यूब) के क्षेत्र में नवीनतम विकास बहुत काम आते हैं। फिर से, तत्वों (ईंधन और पानी पंप, शीतलन प्रणाली और ईंधन रूपांतरण) के पाइपिंग को छोटा करने के लिए माइक्रोइलेक्ट्रोमैकेनिक्स की उपलब्धियों का तेजी से उपयोग किया जा रहा है।

संबोधित किया जाने वाला दूसरा प्रमुख मुद्दा लागत है। दरअसल, अधिकांश ईंधन कोशिकाओं में उत्प्रेरक के रूप में बहुत महंगा प्लैटिनम का उपयोग किया जाता है। फिर से, कुछ निर्माता पहले से ही अच्छी तरह से स्थापित सिलिकॉन प्रौद्योगिकियों का अधिकतम लाभ उठाने की कोशिश कर रहे हैं।

ईंधन कोशिकाओं के उपयोग के अन्य क्षेत्रों के लिए, ईंधन कोशिकाओं ने पहले से ही खुद को वहां मजबूती से स्थापित कर लिया है, हालांकि वे अभी तक ऊर्जा क्षेत्र या परिवहन में मुख्यधारा नहीं बन पाए हैं। पहले से ही कई कार निर्माताओं ने अपनी अवधारणा कारों को ईंधन कोशिकाओं द्वारा संचालित किया है। दुनिया भर के कई शहरों में ईंधन सेल बसें हैं। कैनेडियन बैलार्ड पावर सिस्टम्स 1 से 250 kW तक के स्थिर जनरेटर की एक श्रृंखला बनाती है। उसी समय, किलोवाट जनरेटर को एक अपार्टमेंट को तुरंत बिजली, गर्मी और गर्म पानी की आपूर्ति करने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

एक ईंधन सेल एक विद्युत रासायनिक ऊर्जा रूपांतरण उपकरण है जो रासायनिक रूप से हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को बिजली में परिवर्तित करता है। इस प्रक्रिया के परिणामस्वरूप, पानी बनता है और बड़ी मात्रा में गर्मी उत्पन्न होती है। एक ईंधन सेल एक बैटरी के समान होता है, जिसे चार्ज किया जा सकता है और फिर संग्रहीत विद्युत ऊर्जा के साथ उपयोग किया जा सकता है।
ईंधन सेल के आविष्कारक को विलियम आर. ग्रोव माना जाता है, जिन्होंने 1839 में इसका आविष्कार किया था। इस ईंधन सेल में, सल्फ्यूरिक एसिड का एक समाधान इलेक्ट्रोलाइट के रूप में इस्तेमाल किया गया था, और हाइड्रोजन को ईंधन के रूप में इस्तेमाल किया गया था, जो ऑक्सीजन के साथ मिला था। ऑक्सीकरण माध्यम में। यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हाल तक, ईंधन कोशिकाओं का उपयोग केवल प्रयोगशालाओं और अंतरिक्ष यान में किया जाता था।
भविष्य में, ईंधन सेल ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए कई अन्य प्रणालियों के साथ प्रतिस्पर्धा करने में सक्षम होंगे (बिजली संयंत्रों में गैस टरबाइन सहित) एक कार में आंतरिक दहन इंजन और पोर्टेबल उपकरणों में इलेक्ट्रिक बैटरी। आंतरिक दहन इंजन ईंधन जलाते हैं और यांत्रिक कार्य करने के लिए दहन गैसों के विस्तार द्वारा बनाए गए दबाव का उपयोग करते हैं। बैटरियां विद्युत ऊर्जा को संग्रहीत करती हैं, इसे रासायनिक ऊर्जा में परिवर्तित करती हैं, जिसे जरूरत पड़ने पर वापस विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। ईंधन सेल संभावित रूप से बहुत कुशल हैं। 1824 में वापस, फ्रांसीसी वैज्ञानिक कार्नोट ने साबित कर दिया कि आंतरिक दहन इंजन के संपीड़न-विस्तार चक्र तापीय ऊर्जा (जो जलने वाले ईंधन की रासायनिक ऊर्जा है) को 50% से ऊपर यांत्रिक ऊर्जा में रूपांतरण की दक्षता प्रदान नहीं कर सकते हैं। एक ईंधन सेल में कोई गतिमान भाग नहीं होता है (कम से कम स्वयं सेल के भीतर) और इसलिए कार्नो के नियम का पालन नहीं करता है। स्वाभाविक रूप से, उनके पास 50% से अधिक दक्षता होगी और कम भार पर विशेष रूप से प्रभावी होंगे। इस प्रकार, ईंधन सेल वाहन वास्तविक दुनिया की ड्राइविंग परिस्थितियों में पारंपरिक वाहनों की तुलना में अधिक ईंधन कुशल बनने (और पहले ही साबित हो चुके) बनने के लिए तैयार हैं।
ईंधन सेल एक निरंतर वोल्टेज विद्युत प्रवाह उत्पन्न करता है जिसका उपयोग किसी वाहन में विद्युत मोटर, प्रकाश उपकरणों और अन्य विद्युत प्रणालियों को चलाने के लिए किया जा सकता है। कई प्रकार के ईंधन सेल होते हैं, जो इस्तेमाल की जाने वाली रासायनिक प्रक्रियाओं में भिन्न होते हैं। ईंधन कोशिकाओं को आमतौर पर उनके द्वारा उपयोग किए जाने वाले इलेक्ट्रोलाइट के प्रकार के अनुसार वर्गीकृत किया जाता है। कुछ प्रकार के ईंधन सेल बिजली संयंत्रों के लिए बिजली संयंत्रों के रूप में उपयोग करने का वादा कर रहे हैं, जबकि अन्य छोटे पोर्टेबल उपकरणों या कार चलाने के लिए उपयोगी हो सकते हैं।
एक क्षारीय ईंधन सेल सबसे पहले विकसित कोशिकाओं में से एक है। 1960 के दशक से अमेरिकी अंतरिक्ष कार्यक्रम में इनका इस्तेमाल किया जा रहा है। ये ईंधन सेल संदूषण के लिए अतिसंवेदनशील होते हैं और इसलिए इन्हें बहुत शुद्ध हाइड्रोजन और ऑक्सीजन की आवश्यकता होती है। वे बहुत महंगे भी हैं और इसलिए इस प्रकार के ईंधन सेल को ऑटोमोबाइल में व्यापक उपयोग की संभावना नहीं है।
फॉस्फोरिक एसिड पर आधारित ईंधन कोशिकाओं का उपयोग कम शक्ति के स्थिर प्रतिष्ठानों में किया जा सकता है। वे काफी उच्च तापमान पर काम करते हैं और इसलिए गर्म होने में लंबा समय लेते हैं, जो उन्हें ऑटोमोबाइल में उपयोग के लिए अप्रभावी भी बनाता है।
ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल बड़े स्थिर बिजली जनरेटर के लिए बेहतर अनुकूल हैं जो कारखानों या समुदायों को बिजली दे सकते हैं। इस प्रकार का ईंधन सेल बहुत उच्च तापमान (लगभग 1000 डिग्री सेल्सियस) पर संचालित होता है। उच्च परिचालन तापमान कुछ समस्याएं पैदा करता है, लेकिन दूसरी ओर, एक फायदा है - ईंधन सेल द्वारा उत्पादित भाप को अधिक बिजली उत्पन्न करने के लिए टर्बाइनों में भेजा जा सकता है। सामान्य तौर पर, यह सिस्टम की समग्र दक्षता में सुधार करता है।
सबसे आशाजनक प्रणालियों में से एक प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) है। फिलहाल, इस प्रकार का ईंधन सेल सबसे आशाजनक है क्योंकि यह कारों, बसों और अन्य वाहनों को आगे बढ़ा सकता है।

ईंधन सेल रसायन

ईंधन कोशिकाएं हवा से ऑक्सीजन के साथ हाइड्रोजन को संयोजित करने के लिए एक विद्युत रासायनिक प्रक्रिया का उपयोग करती हैं। बैटरी की तरह, ईंधन सेल एक इलेक्ट्रोलाइट (विद्युत प्रवाहकीय माध्यम) में इलेक्ट्रोड (ठोस विद्युत कंडक्टर) का उपयोग करते हैं। जब हाइड्रोजन अणु नकारात्मक इलेक्ट्रोड (एनोड) के संपर्क में आते हैं, तो बाद वाले प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉनों में विभाजित हो जाते हैं। प्रोटॉन एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) के माध्यम से एक ईंधन सेल के सकारात्मक इलेक्ट्रोड (कैथोड) तक यात्रा करते हैं, जिससे बिजली पैदा होती है। इस प्रतिक्रिया के उप-उत्पाद के रूप में पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन और ऑक्सीजन अणुओं का एक रासायनिक संयोजन होता है। ईंधन सेल से एकमात्र उत्सर्जन जल वाष्प है।
वाहन को चलाने के लिए यांत्रिक ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पन्न बिजली का उपयोग वाहन के विद्युत संचरण (एक विद्युत कनवर्टर और एक एसी प्रेरण मोटर से मिलकर) में किया जा सकता है। इलेक्ट्रिक पावर कन्वर्टर का काम ईंधन कोशिकाओं द्वारा उत्पादित प्रत्यक्ष विद्युत प्रवाह को प्रत्यावर्ती धारा में परिवर्तित करना है, जो वाहन के कर्षण मोटर को चलाता है।

एक प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली के साथ एक ईंधन सेल का आरेख:
1 - एनोड;
2 - प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम);
3 - उत्प्रेरक (लाल);
4 - कैथोड

प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC) किसी भी ईंधन सेल की सबसे सरल प्रतिक्रियाओं में से एक का उपयोग करता है।

अलग ईंधन सेल सेल

आइए विचार करें कि ईंधन सेल कैसे काम करता है। एनोड, ईंधन सेल का नकारात्मक ध्रुव, इलेक्ट्रॉनों का संचालन करता है जो हाइड्रोजन अणुओं से मुक्त होते हैं ताकि उनका उपयोग बाहरी विद्युत सर्किट में किया जा सके। इसके लिए इसमें चैनलों को उकेरा जाता है, जो उत्प्रेरक की पूरी सतह पर समान रूप से हाइड्रोजन वितरित करता है। कैथोड (ईंधन सेल का धनात्मक ध्रुव) में उत्कीर्ण चैनल हैं जो उत्प्रेरक सतह पर ऑक्सीजन वितरित करते हैं। यह बाहरी लूप (सर्किट) से वापस उत्प्रेरक तक इलेक्ट्रॉनों का संचालन भी करता है, जहां वे पानी बनाने के लिए हाइड्रोजन आयनों और ऑक्सीजन के साथ संयोजन कर सकते हैं। इलेक्ट्रोलाइट एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली है। यह सामान्य प्लास्टिक के समान एक विशेष सामग्री है, लेकिन सकारात्मक रूप से चार्ज किए गए आयनों को पारित करने और इलेक्ट्रॉनों के मार्ग को अवरुद्ध करने की क्षमता के साथ।
उत्प्रेरक एक विशेष सामग्री है जो ऑक्सीजन और हाइड्रोजन के बीच प्रतिक्रिया की सुविधा प्रदान करती है। उत्प्रेरक आमतौर पर कार्बन पेपर या कपड़े पर बहुत पतली परत में लेपित प्लैटिनम पाउडर से बनाया जाता है। इसकी सतह हाइड्रोजन और ऑक्सीजन के साथ अधिकतम संपर्क में होने के लिए उत्प्रेरक खुरदरा और छिद्रपूर्ण होना चाहिए। उत्प्रेरक का प्लेटिनम-लेपित पक्ष प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन (PEM) के सामने होता है।
एनोड की ओर से दबाव में ईंधन सेल को हाइड्रोजन गैस (H 2) की आपूर्ति की जाती है। जब एक H2 अणु उत्प्रेरक पर प्लैटिनम के संपर्क में आता है, तो यह दो भागों में विभाजित हो जाता है, दो आयन (H +) और दो इलेक्ट्रॉन (e-)। इलेक्ट्रॉनों को एनोड के माध्यम से संचालित किया जाता है, जहां वे बाहरी लूप (सर्किट) के माध्यम से उपयोगी कार्य करने के लिए यात्रा करते हैं (जैसे इलेक्ट्रिक मोटर चलाना) और ईंधन सेल के कैथोड पक्ष से वापस लौटते हैं।
इस बीच, ईंधन सेल के कैथोड पक्ष से, ऑक्सीजन गैस (ओ 2) उत्प्रेरक के माध्यम से मजबूर होती है जहां यह दो ऑक्सीजन परमाणु बनाती है। इन परमाणुओं में से प्रत्येक में एक मजबूत नकारात्मक चार्ज होता है जो झिल्ली में दो एच + आयनों को आकर्षित करता है, जहां वे एक ऑक्सीजन परमाणु और बाहरी सर्किट (श्रृंखला) से दो इलेक्ट्रॉनों के साथ मिलकर पानी का अणु (एच 2 ओ) बनाते हैं।
एकल ईंधन सेल में यह प्रतिक्रिया लगभग 0.7 वाट बिजली पैदा करती है। शक्ति को आवश्यक स्तर तक बढ़ाने के लिए, ईंधन सेल स्टैक बनाने के लिए कई व्यक्तिगत ईंधन कोशिकाओं को जोड़ा जाना चाहिए।
पोम ईंधन सेल अपेक्षाकृत कम तापमान (लगभग 80 डिग्री सेल्सियस) पर काम करते हैं, जिसका अर्थ है कि उन्हें ऑपरेटिंग तापमान पर जल्दी से गर्म किया जा सकता है और महंगी शीतलन प्रणाली की आवश्यकता नहीं होती है। इन कोशिकाओं में प्रयुक्त प्रौद्योगिकियों और सामग्रियों के निरंतर सुधार ने उनकी शक्ति को उस स्तर के करीब ला दिया है जब ऐसे ईंधन कोशिकाओं की बैटरी, जो कार के ट्रंक के एक छोटे से हिस्से पर कब्जा कर लेती है, कार चलाने के लिए आवश्यक ऊर्जा प्रदान कर सकती है।
पिछले वर्षों में, दुनिया के अधिकांश प्रमुख कार निर्माताओं ने ईंधन सेल वाहन डिजाइन में भारी निवेश किया है। कई पहले से ही संतोषजनक शक्ति और गतिशील प्रदर्शन के साथ ईंधन सेल वाहनों का प्रदर्शन कर चुके हैं, हालांकि वे काफी महंगे थे।
ऐसे वाहनों के डिजाइन में सुधार का काम जोर-शोर से चल रहा है।

एक ईंधन सेल वाहन वाहन के तल के नीचे स्थित एक बिजली संयंत्र का उपयोग करता है

एनईसीएआर वी कार मर्सिडीज-बेंज ए-क्लास कार के आधार पर बनाई गई है, और पूरे बिजली संयंत्र, ईंधन कोशिकाओं के साथ, कार के तल के नीचे स्थित है। ऐसा रचनात्मक समाधान कार में चार यात्रियों और सामान को रखना संभव बनाता है। यहां, हाइड्रोजन नहीं, बल्कि मेथनॉल का उपयोग कार के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है। मेथनॉल को एक सुधारक (एक उपकरण जो मेथनॉल को हाइड्रोजन में परिवर्तित करता है) द्वारा हाइड्रोजन में परिवर्तित किया जाता है, जो ईंधन सेल को शक्ति प्रदान करने के लिए आवश्यक है। एक वाहन पर एक सुधारक का उपयोग ईंधन के रूप में लगभग किसी भी हाइड्रोकार्बन का उपयोग करना संभव बनाता है, जिससे मौजूदा फिलिंग नेटवर्क का उपयोग करके ईंधन सेल वाहन को फिर से भरना संभव हो जाता है। सिद्धांत रूप में, ईंधन सेल बिजली और पानी के अलावा कुछ नहीं पैदा करते हैं। ईंधन (गैसोलीन या मेथनॉल) को हाइड्रोजन में परिवर्तित करना, जो ईंधन सेल के लिए आवश्यक है, ऐसी कार के पर्यावरणीय आकर्षण को कुछ हद तक कम कर देता है।
होंडा, जो 1989 से ईंधन कोशिकाओं में शामिल है, ने 2003 में बैलार्ड प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन कोशिकाओं के साथ होंडा FCX-V4s के एक छोटे बैच का निर्माण किया। ये ईंधन सेल 78 kW की विद्युत शक्ति उत्पन्न करते हैं, जबकि 60 kW की शक्ति और 272 Nm के टॉर्क वाले ट्रैक्शन मोटर्स का उपयोग ड्राइव पहियों को चलाने के लिए किया जाता है। इसमें उत्कृष्ट गतिशीलता है, और संपीड़ित हाइड्रोजन की आपूर्ति इसे चलाना संभव बनाती है। से 355 किमी.

Honda FСX कार ईंधन कोशिकाओं के माध्यम से प्राप्त की जाने वाली गति के लिए विद्युत ऊर्जा का उपयोग करती है।
Honda FCX दुनिया की पहली फ्यूल सेल व्हीकल है जिसे US सरकार का सर्टिफिकेशन मिला है। वाहन ZEV - जीरो एमिशन व्हीकल प्रमाणित है। होंडा अभी इन कारों की बिक्री नहीं करने जा रही है, लेकिन करीब 30 कारों को इकाइयों में पट्टे पर दे रही है। कैलिफोर्निया और टोक्यो, जहां एक हाइड्रोजन ईंधन भरने वाला बुनियादी ढांचा पहले से मौजूद है।

जनरल मोटर्स की हाई वायर कॉन्सेप्ट कार में फ्यूल सेल पावरट्रेन है

जनरल मोटर्स ईंधन सेल वाहनों के विकास और निर्माण में व्यापक शोध कर रही है।

हाई वायर कार चेसिस

जीएम हाई वायर कॉन्सेप्ट कार को 26 पेटेंट मिले हैं। कार का आधार 150 मिमी मोटा कार्यात्मक मंच है। प्लेटफ़ॉर्म के अंदर नवीनतम इलेक्ट्रॉनिक वायर-गाइडेड तकनीक का उपयोग करते हुए हाइड्रोजन सिलेंडर, एक ईंधन सेल पावर प्लांट और वाहन नियंत्रण प्रणाली हैं। हाई वायर चेसिस एक पतला प्लेटफॉर्म है जो वाहन के सभी प्रमुख संरचनात्मक तत्वों को संलग्न करता है: हाइड्रोजन टैंक, ईंधन सेल, बैटरी, इलेक्ट्रिक मोटर और नियंत्रण प्रणाली। डिजाइन के लिए यह दृष्टिकोण ऑपरेशन के दौरान कार निकायों को बदलना संभव बनाता है।कंपनी प्रोटोटाइप ओपल ईंधन सेल वाहनों का भी परीक्षण कर रही है और एक ईंधन सेल संयंत्र डिजाइन कर रही है।

तरलीकृत हाइड्रोजन सुरक्षित ईंधन टैंक डिजाइन:
1 - भरने वाला उपकरण;
2 - बाहरी टैंक;
3 - समर्थन करता है;
4 - स्तर सेंसर;
5 - आंतरिक टैंक;
6 - भरने की रेखा;
7 - इन्सुलेशन और वैक्यूम;
8 - हीटर;
9 - फिक्सिंग बॉक्स

बीएमडब्ल्यू कंपनी ऑटोमोबाइल के लिए ईंधन के रूप में हाइड्रोजन का उपयोग करने की समस्या पर बहुत ध्यान देती है। अंतरिक्ष अन्वेषण में तरलीकृत हाइड्रोजन के उपयोग पर अपने काम के लिए जाने जाने वाले मैग्ना स्टेयर के साथ, बीएमडब्ल्यू ने एक तरलीकृत हाइड्रोजन ईंधन टैंक विकसित किया है जिसका उपयोग ऑटोमोबाइल में किया जा सकता है।

परीक्षणों ने तरल हाइड्रोजन ईंधन टैंक के उपयोग की सुरक्षा की पुष्टि की है

कंपनी ने मानक तरीकों का उपयोग करके संरचना की सुरक्षा के लिए कई परीक्षण किए हैं और इसकी विश्वसनीयता की पुष्टि की है।
2002 में, मिनी कूपर हाइड्रोजन को फ्रैंकफर्ट मोटर शो (जर्मनी) में दिखाया गया था, जो ईंधन के रूप में तरलीकृत हाइड्रोजन का उपयोग करता है। इस वाहन का ईंधन टैंक नियमित गैस टैंक के समान स्थान घेरता है। इस कार में हाइड्रोजन का उपयोग ईंधन कोशिकाओं के लिए नहीं, बल्कि आंतरिक दहन इंजन के लिए ईंधन के रूप में किया जाता है।

बैटरी के बजाय ईंधन सेल के साथ दुनिया का पहला उत्पादन वाहन

2003 में, बीएमडब्ल्यू ने ईंधन सेल, बीएमडब्ल्यू 750 एचएल के साथ पहले उत्पादन वाहन के उत्पादन की घोषणा की। पारंपरिक बैटरी के बजाय ईंधन सेल बैटरी का उपयोग किया जाता है। इस वाहन में हाइड्रोजन पर चलने वाला 12-सिलेंडर आंतरिक दहन इंजन है, और ईंधन सेल एक पारंपरिक बैटरी के विकल्प के रूप में कार्य करता है, जिससे एयर कंडीशनर और अन्य विद्युत उपभोक्ताओं को संचालित करने की अनुमति मिलती है जब वाहन लंबे समय तक इंजन के साथ पार्क किया जाता है। निष्क्रिय।

हाइड्रोजन से ईंधन भरना एक रोबोट द्वारा किया जाता है, चालक इस प्रक्रिया में शामिल नहीं होता है

उसी बीएमडब्ल्यू कंपनी ने रोबोटिक ईंधन डिस्पेंसर भी विकसित किया है, जो तरलीकृत हाइड्रोजन के साथ कारों की तेज और सुरक्षित ईंधन भरने को सुनिश्चित करता है।
हाल के वर्षों में वैकल्पिक ईंधन और वैकल्पिक बिजली संयंत्रों का उपयोग करके कारों का निर्माण करने के उद्देश्य से बड़ी संख्या में विकास से संकेत मिलता है कि आंतरिक दहन इंजन, जो पिछली शताब्दी के लिए कारों पर हावी हैं, अंततः क्लीनर, अधिक पर्यावरणीय रूप से कुशल और मूक डिजाइन का रास्ता देंगे। उनका व्यापक वितरण वर्तमान में तकनीकी नहीं, बल्कि आर्थिक और सामाजिक समस्याओं से बाधित है। उनके व्यापक उपयोग के लिए, वैकल्पिक ईंधन के उत्पादन के विकास, नए फिलिंग स्टेशनों के निर्माण और वितरण और कई मनोवैज्ञानिक बाधाओं को दूर करने के लिए एक निश्चित बुनियादी ढाँचा बनाना आवश्यक है। वाहन ईंधन के रूप में हाइड्रोजन के उपयोग के लिए गंभीर सुरक्षा उपायों के साथ भंडारण, वितरण और वितरण के मुद्दों की आवश्यकता होगी।
सिद्धांत रूप में, हाइड्रोजन असीमित मात्रा में उपलब्ध है, लेकिन इसका उत्पादन बहुत ऊर्जा गहन है। इसके अलावा, हाइड्रोजन ईंधन पर काम करने के लिए कारों को स्थानांतरित करने के लिए, बिजली व्यवस्था में दो बड़े बदलाव करना आवश्यक है: पहला, इसके संचालन को गैसोलीन से मेथनॉल में स्थानांतरित करें, और फिर, कुछ समय के लिए, हाइड्रोजन में। इस समस्या का समाधान होने में कुछ समय लगेगा।