जलवायु परिवर्तन को संबोधित करने और हरित और निम्न-कार्बन अर्थव्यवस्था में परिवर्तन की सुविधा के लिए चीन की चल रही खोज में, 3060 लक्ष्य (2030 तक कार्बन शिखर और 2060 तक कार्बन तटस्थता) एक महत्वपूर्ण रणनीति का प्रतिनिधित्व करता है। यह प्रतिबद्धता, चीन के दीर्घकालिक पर्यावरणीय लक्ष्यों के लिए अभिन्न, वैश्विक कार्बन तटस्थता प्रयासों के लिए एक आधारशिला के रूप में कार्य करती है। इस रणनीति का एक महत्वपूर्ण पहलू स्वच्छ हाइड्रोजन उत्पादन विधियों का विकास और कार्यान्वयन है, विशेष रूप से जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन। हरित हाइड्रोजन के उत्पादन के प्राथमिक तरीकों में से एक के रूप में, जल इलेक्ट्रोलिसिस देश के महत्वाकांक्षी कार्बन कमी लक्ष्यों को प्राप्त करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन की दक्षता इलेक्ट्रोलाइटिक सेल्स के वोल्टेज से काफी प्रभावित होती है, जो कई कारकों से प्रभावित होती है। यह लेख इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित करने वाले कारकों और हाइड्रोजन उत्पादन में डायाफ्राम सामग्री की महत्वपूर्ण भूमिका का पता लगाएगा।
इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित करने वाले कारक
झिल्ली संरचना
इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को निर्धारित करने वाले सबसे प्रभावशाली कारकों में से एक इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया में उपयोग की जाने वाली झिल्ली संरचना है। झिल्ली कैथोड और एनोड के बीच एक बाधा के रूप में कार्य करती है, जो उत्पन्न हाइड्रोजन और ऑक्सीजन गैसों को अलग करती है। कई झिल्ली गुण इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को प्रभावित करते हैं, जिनमें सामग्री, मोटाई, छिद्रता और सतह गुण शामिल हैं। कम प्रतिरोध वाली उच्च गुणवत्ता वाली झिल्लियाँ आयन प्रवाह को आसान बनाती हैं, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज कम हो जाता है। बेहतर आयनिक चालकता वाली झिल्ली सामग्री आयनों की गति को अधिक प्रभावी ढंग से सुविधाजनक बनाएगी, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया के लिए ऊर्जा की आवश्यकताएँ कम हो जाएंगी।
वर्तमान घनत्व
वर्तमान घनत्व, या इलेक्ट्रोलाइट के एक दिए गए क्षेत्र के माध्यम से प्रवाहित होने वाली विद्युत धारा की मात्रा, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के वोल्टेज को सीधे प्रभावित करती है। जैसे-जैसे वर्तमान घनत्व बढ़ता है, इलेक्ट्रोलाइटिक सेल वोल्टेज आमतौर पर बढ़ता है। वोल्टेज में इस वृद्धि का श्रेय ओमिक प्रतिरोध, ध्रुवीकरण प्रतिरोध और प्रणाली के भीतर गर्मी उत्पादन जैसे कारकों को दिया जाता है। उच्च वर्तमान घनत्व इन प्रतिरोधों के कारण महत्वपूर्ण ऊर्जा हानि का कारण बन सकता है, जिसके लिए इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड सांद्रता
पानी के इलेक्ट्रोलिसिस में उपयोग किया जाने वाला इलेक्ट्रोलाइट अक्सर पोटेशियम हाइड्रॉक्साइड (KOH) समाधान होता है। KOH की सांद्रता इलेक्ट्रोलाइट की चालकता को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है, जो बदले में इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित करती है। KOH की उच्च सांद्रता आमतौर पर बेहतर चालकता का परिणाम होती है, जो सेल में प्रतिरोध को कम करती है और आवश्यक वोल्टेज को कम करती है। आमतौर पर, क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों में लगभग 30% की KOH सांद्रता बनाए रखी जाती है। यदि सांद्रता बहुत कम है, तो प्रतिरोध बढ़ जाता है, और आयन प्रवाह की कमी की भरपाई के लिए सेल वोल्टेज को बढ़ाना पड़ता है।
इलेक्ट्रोड्स के बीच की दूरी
कैथोड और एनोड के बीच की दूरी एक और महत्वपूर्ण कारक है जो इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित करता है। इलेक्ट्रोड्स के बीच अधिक दूरी आयन प्रवास के लिए पथ की लंबाई बढ़ा देती है, जिससे इलेक्ट्रोलाइट में प्रतिरोध बढ़ जाता है और, परिणामस्वरूप, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक वोल्टेज बढ़ जाता है। इलेक्ट्रोड्स के बीच उचित दूरी विद्युत क्षेत्र के समान वितरण को सुनिश्चित करती है और वोल्टेज स्थिरता पर प्रतिकूल प्रभाव को कम करती है। अपर्याप्त इलेक्ट्रोड दूरी उच्च प्रतिरोध के स्थानीयकृत क्षेत्रों का कारण बन सकती है, जिसके परिणामस्वरूप उच्च वोल्टेज की मांग होती है।
लाइ परिसंचरण मात्रा
इलेक्ट्रोड्स के चारों ओर इलेक्ट्रोलाइट, या लाइ, का परिसंचरण इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित करने वाला एक और महत्वपूर्ण पैरामीटर है। उचित परिसंचरण यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोड सतहों के पास आयनों की सांद्रता समान बनी रहे, जिससे कुशल इलेक्ट्रोलिसिस को बढ़ावा मिले। यदि परिसंचरण मात्रा अपर्याप्त है, तो इलेक्ट्रोलाइट इलेक्ट्रोड्स के पास आयनों से रहित हो सकता है, जिससे सेल वोल्टेज में वृद्धि हो सकती है। इसके अलावा, खराब परिसंचरण इलेक्ट्रोड सतहों के चारों ओर प्रतिक्रिया उत्पादों के संचय का कारण बन सकता है, जो इलेक्ट्रोलाइट और इलेक्ट्रोड्स के बीच संपर्क को बाधित करता है, जिससे आवश्यक वोल्टेज बढ़ जाता है।
तापमान
तापमान इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इलेक्ट्रोलाइट की चिपचिपाहट कम हो जाती है, जिससे आयन अधिक स्वतंत्र रूप से चल सकते हैं और इलेक्ट्रोलाइट की विद्युत चालकता बढ़ जाती है। इससे प्रणाली में प्रतिरोध कम होता है और आवश्यक वोल्टेज कम हो जाता है। हालांकि, अत्यधिक उच्च तापमान अवांछित दुष्प्रभाव पैदा कर सकते हैं जैसे कि झिल्ली का तेजी से क्षय, गैस विकास की अक्षमताएँ और प्रणाली की अस्थिरता। इसलिए, प्रणाली को नुकसान से बचाने के लिए कुशल इलेक्ट्रोलिसिस सुनिश्चित करने के लिए इष्टतम तापमान सीमा बनाए रखना आवश्यक है।
लाइ में अशुद्धियाँ
इलेक्ट्रोलाइट में अशुद्धियों की उपस्थिति समाधान की आयनिक चालकता को बदल सकती है और इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को प्रभावित कर सकती है। अशुद्धियाँ इलेक्ट्रोड्स पर साइड प्रतिक्रियाओं में भाग ले सकती हैं या यहां तक कि झिल्ली को दूषित कर सकती हैं, जिसके परिणामस्वरूप दक्षता में कमी और वोल्टेज में वृद्धि होती है। लाइ में आम अशुद्धियों में धातु आयन, कार्बनिक यौगिक और इलेक्ट्रोड या झिल्ली सामग्री से संदूषक शामिल हैं। ये अशुद्धियाँ इच्छित इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं में हस्तक्षेप कर सकती हैं और इलेक्ट्रोलाइट के प्रतिरोध को बढ़ा सकती हैं, जिससे प्रक्रिया को बनाए रखने के लिए उच्च वोल्टेज की आवश्यकता होती है।
इलेक्ट्रोड सक्रिय कोटिंग्स
इलेक्ट्रोड कोटिंग्स, विशेष रूप से वे जिनमें प्लेटिनम या इरिडियम जैसे कीमती धातुएँ शामिल हैं, इलेक्ट्रोकेमिकल प्रतिक्रियाओं के लिए आवश्यक वोल्टेज को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। ये कोटिंग्स इलेक्ट्रोड्स की सक्रियता को बढ़ाती हैं, जिससे प्रतिक्रियाएँ अधिक कुशलता से आगे बढ़ती हैं। इलेक्ट्रोड्स पर उत्प्रेरक गतिविधि में सुधार करके, सक्रिय कोटिंग्स ओवरपोटेंशियल को कम करती हैं, जो प्रतिक्रिया को चलाने के लिए आवश्यक अतिरिक्त वोल्टेज है। उच्च गुणवत्ता वाली इलेक्ट्रोड कोटिंग्स का उपयोग इलेक्ट्रोलिसिस सेल वोल्टेज को काफी हद तक कम कर सकता है और समग्र प्रणाली दक्षता में सुधार कर सकता है।
9. शुरूआत और बंद होने की संख्या
इलेक्ट्रोलिसिस प्रणाली में स्टार्ट-अप और शटडाउन प्रक्रियाएँ समय के साथ इलेक्ट्रोलाइटिक सेल के प्रदर्शन को भी प्रभावित करती हैं। प्रत्येक स्टार्ट-अप और शटडाउन इलेक्ट्रोड सतहों पर एक निश्चित मात्रा में ध्रुवीकरण पेश करता है, जो बार-बार चक्रों के साथ धीरे-धीरे जमा होता है। यह ध्रुवीकरण इलेक्ट्रोलिसिस के लिए आवश्यक ओवरपोटेंशियल में वृद्धि की ओर ले जाता है, जो बदले में प्रणाली के समग्र वोल्टेज को बढ़ाता है। बार-बार शुरूआत और बंद होने से झिल्ली की स्थिरता भी प्रभावित हो सकती है, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस दक्षता पर और प्रभाव पड़ता है।
जल इलेक्ट्रोलिसिस द्वारा हाइड्रोजन उत्पादन में डायाफ्राम सामग्री की भूमिका
जैसे-जैसे जल इलेक्ट्रोलिसिस हाइड्रोजन उत्पादन के लिए एक बढ़ती हुई लोकप्रिय विधि बनती जा रही है, डायाफ्राम, या झिल्ली, प्रक्रिया की दक्षता और सुरक्षा सुनिश्चित करने में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। डायाफ्राम एक भौतिक अवरोध के रूप में कार्य करता है जो कैथोड और एनोड पर उत्पादित हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को अलग करता है। इसके अलगाव कार्य के अलावा, डायाफ्राम इलेक्ट्रोलाइट के भीतर आयनों की गति को सुविधाजनक बनाता है, इस प्रकार हाइड्रोजन उत्पादन के लिए आवश्यक विद्युत रासायनिक प्रतिक्रियाओं को सक्षम बनाता है।
1. आयन परिवहन
डायाफ्राम आयनों के चयनात्मक स्थानांतरण की अनुमति देते हैं, जैसे कि क्षारीय इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों में हाइड्रॉक्साइड आयन। यह आयन परिवहन इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया की निरंतरता बनाए रखने के लिए आवश्यक है। डायाफ्राम को आयनों के मार्ग की अनुमति देने के लिए पर्याप्त पारगम्य होना चाहिए लेकिन हाइड्रोजन और ऑक्सीजन जैसी गैसों के लिए अभेद्य होना चाहिए, जिन्हें पुनर्संयोजन को रोकने के लिए अलग रखा जाना चाहिए।
2. गैसों के लिए सुरक्षा अवरोध
डायाफ्राम का एक मुख्य कार्य इलेक्ट्रोड के बीच गैसों के क्रॉसओवर या पारगमन को रोकना है। यदि हाइड्रोजन और ऑक्सीजन मिल जाते हैं, तो वे एक विस्फोटक मिश्रण बना सकते हैं, जो एक महत्वपूर्ण सुरक्षा जोखिम पैदा करता है। इसलिए, डायाफ्राम एक सुरक्षा अवरोध के रूप में कार्य करता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि कैथोड और एनोड पर उत्पादित गैसें अलग रहें।
3. विद्युत इन्सुलेशन
डायाफ्राम एक विद्युत इन्सुलेटर के रूप में भी कार्य करता है, इलेक्ट्रोड के बीच इलेक्ट्रॉनों के स्थानांतरण को रोकता है। यह सुनिश्चित करता है कि इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया एक नियंत्रित तरीके से आगे बढ़े, जिसमें करंट का प्रवाह केवल इलेक्ट्रोलाइट समाधान तक सीमित हो। इस प्रकार डायाफ्राम इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया की दक्षता बनाए रखने में मदद करता है, यह सुनिश्चित करते हुए कि करंट केवल इरादे वाले आयनिक मार्गों के माध्यम से प्रवाहित हो।
हाइड्रोजन उद्योग में BoLian की भूमिका
BoLian, जो फिल्टर कपड़ा और झिल्ली सामग्री प्रौद्योगिकियों के क्षेत्र में अग्रणी कंपनी है, ने कार्बन उत्सर्जन को कम करने के वैश्विक प्रयासों के संदर्भ में हाइड्रोजन उत्पादन के बढ़ते महत्व को पहचाना है। हाइड्रोजन को एक कम-कार्बन अर्थव्यवस्था में संक्रमण के एक कोने के रूप में देखा जा रहा है, जो विभिन्न उद्योगों के लिए स्वच्छ, सतत ऊर्जा समाधान प्रदान करता है। सामग्री विज्ञान में अपनी गहरी विशेषज्ञता के साथ, BoLian ने जल इलेक्ट्रोलिसिस के लिए झिल्ली सामग्री का नवाचार करने की भूमिका को अपनाया है, जो ग्रीन हाइड्रोजन का उत्पादन करने के सबसे कुशल और सतत तरीकों में से एक माना जाता है। ये अभिनव झिल्लियाँ जल इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों की दक्षता और प्रदर्शन को सुधारने के लिए आवश्यक हैं, यह सुनिश्चित करते हुए कि हाइड्रोजन उत्पादन प्रक्रियाएँ वैश्विक डीकार्बोनाइजेशन लक्ष्यों की मांगों को पूरा कर सकें।
2024 में, BoLian ने डालियान पॉलिटेक्निक यूनिवर्सिटी के साथ एक रणनीतिक सहयोग की घोषणा करके अपनी स्थिति को और मजबूत किया। यह साझेदारी हाइड्रोजन उत्पादन के लिए विशेष रूप से तैयार किए गए समग्र झिल्ली सामग्री के विकास पर केंद्रित है। लक्ष्य मौजूदा डायाफ्राम सामग्री को अपग्रेड करना है, उनकी आयन चालकता, यांत्रिक शक्ति, और रासायनिक प्रतिरोध के मामले में प्रदर्शन को सुधारना है। BoLian के अत्याधुनिक अनुसंधान ने नई समग्र झिल्लियों के विकास का नेतृत्व किया है जो न केवल श्रेष्ठ दक्षता प्रदर्शित करती हैं बल्कि बड़े पैमाने पर हाइड्रोजन उत्पादन के लिए आवश्यक एक विशेषता, बढ़ी हुई स्केलेबिलिटी भी प्रदान करती हैं। इन प्रगति से ग्रीन हाइड्रोजन की कुल लागत को कम करने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाने की उम्मीद है, जिससे यह पारंपरिक जीवाश्म ईंधन-आधारित ऊर्जा स्रोतों के साथ अधिक प्रतिस्पर्धी बन सके।
निष्कर्ष
जल इलेक्ट्रोलिसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन वैश्विक कार्बन तटस्थता प्राप्त करने के प्रयासों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाने के लिए तैयार है। जैसे-जैसे स्वच्छ ऊर्जा की मांग बढ़ती जा रही है, इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों की दक्षता यह सुनिश्चित करने में महत्वपूर्ण होगी कि हाइड्रोजन जीवाश्म ईंधनों का एक व्यवहार्य विकल्प बना रहे। इस प्रक्रिया की दक्षता झिल्ली संरचना, वर्तमान घनत्व, इलेक्ट्रोलाइट सांद्रता, इलेक्ट्रोड रिक्ति, और तापमान जैसे कारकों पर भारी निर्भर करती है। विशेष रूप से डायाफ्राम सामग्री, गैस पृथक्करण, आयन परिवहन, और विद्युत इन्सुलेशन जैसी आवश्यक कार्यों को प्रदान करके इलेक्ट्रोलिसिस प्रणालियों की सुरक्षा, दक्षता, और दीर्घायु सुनिश्चित करने के लिए महत्वपूर्ण हैं। इन सामग्रियों में नवाचार इलेक्ट्रोलिसिस प्रदर्शन को अनुकूलित करने और स्वच्छ ऊर्जा स्रोत के रूप में हाइड्रोजन के व्यापक अपनाने को सक्षम करने के लिए आवश्यक होंगे।
जैसे-जैसे हाइड्रोजन उद्योग बढ़ता जा रहा है, BoLian द्वारा विकसित झिल्ली प्रौद्योगिकियों में प्रगति इलेक्ट्रोलिसिस सेल के प्रदर्शन को सुधारने के लिए महत्वपूर्ण होगी। ये नवाचार हाइड्रोजन उत्पादन की ऊर्जा खपत को कम करने और प्रणालियों की स्केलेबिलिटी को बढ़ाने में मदद करेंगे, ग्रीन हाइड्रोजन को एक कम-कार्बन ऊर्जा भविष्य के एक प्रमुख घटक के रूप में अपनाने में तेजी लाएंगे। अपने चल रहे अनुसंधान और रणनीतिक साझेदारियों के साथ, BoLian इस रोमांचक और तेजी से विकसित हो रहे क्षेत्र में सबसे आगे रहने के लिए तैयार है, सतत ऊर्जा समाधान की वैश्विक ड्राइव में योगदान कर रहा है।
