फ्युल सेल

फ्युल सेल एक इलेक्ट्रोकेमिकल सेल हो जसले ईन्धन (प्रायः हाइड्रोजन) को रासायनिक उर्जा र एक अक्सिडाइजिंग एजेन्ट (प्रायः अक्सिजन ) लाई रेडक्स प्रतिक्रिया मार्फत बिजुलीमा रूपान्तरण गर्दछ।

Scheme of प्रोटोन-एक्सचेन्ज मेमब्रेन फ्युल सेल

फ्युल सेलको रासायनिक प्रतिक्रियालाई कायम राख्न इन्धन र अक्सिजन (सामान्यतया हावाबाट) को निरन्तर स्रोत चाहिने अधिकांश ब्याट्रीहरू भन्दा फ्युल सेलहरू फरक हुन्छन्, जबकि ब्याट्रीमा ऊर्जा सामान्यतया ब्याट्रीमा अवस्थित रासायनिक पदार्थहरूबाट आउँछ। इन्धन र अक्सिजन आपूर्ति हुँदासम्म फ्युल सेलहरूले लगातार बिजुली उत्पादन गर्न सक्छन्।

पहिलो फ्युल सेल १८३८ मा सर विलियम ग्रोभद्वारा आविष्कार गरिएको थियो। फ्युल सेलको पहिलो व्यावसायिक प्रयोग लगभग एक शताब्दी पछि फ्रान्सिस थमस बेकन द्वारा १९३२ मा हाइड्रोजन-अक्सिजन ईन्धन सेल को आविष्कार पछि आयो। अल्कलाईन फ्युल सेल , जसलाई यसको आविष्कारक पछि बेकन फ्युल सेलसेल पनि भनिन्छ, १९६० को मध्य देखि नासा अन्तरिक्ष कार्यक्रमहरूमा उपग्रह र अन्तरिक्ष क्याप्सुलहरूको लागि विद्युत उत्पन्न गर्न प्रयोग गरिएको छ। त्यसबेलादेखि, फ्युल सेलहरू धेरै अन्य उपयोगहरूमा प्रयोग गरिएको छ। फ्युल सेलहरू व्यावसायिक, औद्योगिक र आवासीय भवनहरू र दुर्गम वा दुर्गम क्षेत्रहरूमा प्राथमिक र ब्याकअप शक्तिको लागि प्रयोग गरिन्छ। तिनीहरू फोर्कलिफ्टहरू, अटोमोबाइलहरू, बसहरू, रेलहरू, डुङ्गाहरू, मोटरसाइकलहरू, र पनडुब्बीहरू सहित इन्धन सेल सवारी साधनहरू पावर गर्न प्रयोग गरिन्छ।

फ्युल सेल धेरै प्रकारका छन्, तर तिनीहरू सबैमा एनोड, क्याथोड, र एक इलेक्ट्रोलाइट हुन्छ। इलेक्ट्रोलाइटबाट आयनहरू प्रवाह हुन्छ। आयनहरू प्रायः धनात्मक रूपमा चार्ज गरिएको हाइड्रोजन आयनहरू (प्रोटोन) हुन्छ। एनोडमा, उत्प्रेरकले इन्धनको ओक्सीकरण प्रतिक्रिया हुन्छ जसले आयनहरू (प्रायः धनात्मक रूपमा चार्ज गरिएको हाइड्रोजन आयनहरू) र इलेक्ट्रोनहरू उत्पन्न गर्दछ। आयनहरू इलेक्ट्रोलाइट मार्फत एनोडबाट क्याथोडमा सर्छन्। यसै समयमा, इलेक्ट्रोनहरू एनोडबाट क्याथोडमा बाहिरी सर्किट मार्फत प्रवाह हुन्छ र डिसी विद्युत उत्पादन गर्दछ। क्याथोडमा, अर्को उत्प्रेरकले आयनहरू, इलेक्ट्रोनहरू र अक्सिजनलाई प्रतिक्रिया गर्न, पानी र सम्भवतः अन्य उत्पादनहरू बनाउँछ। फ्युल सेललाई प्रयोग हुने इलेक्ट्रोलाइटको प्रकार र प्रोटोन-एक्सचेन्ज मेमब्रेन फ्युल सेलहरू (PEM फ्युल सेलहरू, वा PEMFC) को लागि 10 मिनेटदेखि ठोस अक्साइड फ्युल सेलहरू (SOFC) को लागि स्टार्टअप समयको आधारमा वर्गीकृत गरिन्छ। सम्बन्धित प्रविधि प्रवाह ब्याट्री हो, जसमा इन्धन रिचार्ज गरेर पुन: उत्पन्न गर्न सकिन्छ। फ्युल सेलले अपेक्षाकृत सानो विद्युतीय क्षमताहरू उत्पादन गर्छन्, लगभग ०.७ भोल्ट, त्यसैले अनुप्रयोगको आवश्यकताहरू पूरा गर्न पर्याप्त भोल्टेज सिर्जना गर्न सेलरूलाई "स्ट्याक" गरिन्छ, वा सिरिजमा जोडिन्छ। बिजुलीको अतिरिक्त, फ्युल सेलहरूले पानीको वाष्प, ताप गर्मी र ईन्धनको स्रोतमा निर्भर गर्दछ, धेरै थोरै मात्रामा नाइट्रोजन डाइअक्साइड र अन्य उत्सर्जन गर्दछ। प्रोटोन-एक्सचेन्ज मेमब्रेन फ्युल सेलले सामान्यतया सोलिड अक्साइड फ्युल सेल भन्दा कम नाइट्रोजन अक्साइडहरू उत्पादन गर्छन्: तिनीहरू कम तापक्रममा काम गर्छन्, हाइड्रोजनलाई इन्धनको रूपमा प्रयोग गर्छन्, र नाइट्रोजन अक्साइडहरू(NOx) बन्ने प्रोटोन एक्सचेन्ज मेमब्रेन मार्फत एनोडमा नाइट्रोजनको प्रसारलाई सीमित गर्दछ। एक ईन्धन सेलको ऊर्जा दक्षता सामान्यतया ४० र ६० % को बीच छ; यद्यपि, यदि खेर जाने तापलाई सहउत्पादन योजनामा प्रयोग गरिएको छ भने, ८५% सम्मको दक्षता प्राप्त गर्न सकिन्छ।

फ्युल सेलको प्रकार; डिजाइन

चित्र:Fuel Cell Block Diagram.svg

ईन्धन सेलको ब्लक आरेख

उपयोगिता

उर्जा

स्थिर फ्युल सेलहरू व्यावसायिक, औद्योगिक र आवासीय प्राथमिक र ब्याकअप पावर उत्पादनको लागि प्रयोग गरिन्छ। फ्युल सेलहरू दुर्गम स्थानहरूमा शक्ति स्रोतहरूको रूपमा धेरै उपयोगी छन्, जस्तै अन्तरिक्ष यान, दुर्गम मौसम स्टेशनहरू, ठूला पार्कहरू, सञ्चार केन्द्रहरू, अनुसन्धान स्टेशनहरू सहित ग्रामीण स्थानहरू, र निश्चित सैन्य उपयोगिता। हाइड्रोजनमा चल्ने फ्युल सेल प्रणाली कम्प्याक्ट र हल्का तौल हुक्छ, र यसमा कुनै चल्ने पाटपुर्जाहरू छैनन्। किनभने ईन्धन कक्षहरूमा कुनै गतिशील भागहरू छैनन् र दहन समावेश गर्दैन, आदर्श अवस्थामा तिनीहरूले 99.9999% सम्म विश्वसनीयता हासिल गर्न सक्छन्। यो छ वर्षको अवधिमा डाउनटाइमको एक मिनेट भन्दा कम बराबर हो।

उर्जा उत्पन्न गर्न र कम मिथेन उत्सर्जन गर्न ल्यान्डफिल वा फोहोर-पानी प्रशोधन प्लान्टहरूबाट कम गुणस्तरको ग्यासको साथ ईन्धन कक्षहरू प्रयोग गर्न सकिन्छ। क्यालिफोर्नियामा रहेको २.८ मेगावाटको फ्युल सेल प्लान्टलाई यस प्रकारको सबैभन्दा ठूलो भनिन्छ। आवासीय अफ-ग्रिड डिप्लोयमेन्टमा प्रयोगको लागि साना स्केल (सब-5kWhr) इन्धन कक्षहरू विकास भइरहेका छन्।

फ्युल सेल विद्युतीय सवारी साधन (FCEVs)

बस

एक्सपो 2005 मा टोयोटा FCHV-BUS

अगस्ट २०११ अनुसार, संसारभर सेवामा लगभग १०० फ्युल सेल बसहरू थिए। Most of these were manufactured by UTC Power, Toyota, Ballard, Hydrogenics, and Proton Motor. UTC buses had driven more than ९,७०,००० किमी (६,००,००० माइल) by 2011. Fuel cell buses have from 39% to 141% higher fuel economy than diesel buses and natural gas buses.

बजार र अर्थशास्त्र

२०१२ मा, ईन्धन सेल उद्योग आम्दानी विश्वव्यापी रूपमा $ १ बिलियन बजार मूल्य नाघेको छ, एशिय प्यासिफिक देशहरूले विश्वव्यापी रूपमा फ्युल सेल प्रणालीहरूको ३/४ भन्दा बढी ढुवानी गरेको छ। यद्यपि, जनवरी २०१४ सम्म, उद्योगमा कुनै पनि सार्वजनिक कम्पनी अझै नाफामुखी भएको छैन। ।