ईंधन सेल सामग्री विज्ञान में उन्नति

ईंधन सेल सामग्री को बढ़ाने में नैनोप्रौद्योगिकी की भूमिका

नैनोस्केल इंजीनियरिंग तकनीकों के कारण ईंधन सेल सामग्री में बड़ी सुधार देखा जा रहा है। जब वैज्ञानिक परमाणु स्तर तक की संरचनाओं के साथ काम करते हैं, तो उन्होंने झिल्लियों में आयनिक चालकता में लगभग 15% की वृद्धि की है, साथ ही उत्प्रेरक परतों को पहले की तुलना में लगभग 40% पतला बना दिया है। फ्रॉउनहॉफर IPT द्वारा 2024 में किए गए हालिया अनुसंधान में एक दिलचस्प बात भी सामने आई: द्विध्रुवी प्लेटों में ग्रेफीन ऑक्साइड मिलाने से अंतरापृष्ठ प्रतिरोध में लगभग 27% की कमी आती है। यह इसलिए महत्वपूर्ण है क्योंकि यह पूरे प्रणाली में ऊष्मा वितरण में सहायता करता है, जो समय के साथ ईंधन सेलों को दक्षता से चलाए रखने के लिए महत्वपूर्ण है।

प्रोटॉन विनिमय झिल्लियों (PEMs) में नवाचार

नवीनतम हाइड्रोकार्बन आधारित झिल्लियाँ प्रदर्शन के मामले में पुराने फ्लोरिनयुक्त पॉलिमर विकल्पों के बराबर बनी हुई हैं, लेकिन वे इसमें कुछ अतिरिक्त भी लाती हैं। ये नए पदार्थ रासायनिक स्थिरता में लगभग तीन गुना बेहतर प्रदर्शन करते हैं, और इनकी लागत अपने पूर्ववर्तियों की तुलना में लगभग 30 प्रतिशत कम है। क्रॉसलिंक्ड सल्फोनेटेड पॉलिमर पर हाल के कार्यों ने प्रोटॉन विनिमय झिल्लियों (PEMs) को बहुत अधिक मजबूत बना दिया है। ये 120 डिग्री सेल्सियस तक के तापमान को बिना सूखे या खराब हुए सहन कर सकते हैं। 2021 में ScienceDirect में प्रकाशित शोध के अनुसार, कठोर औद्योगिक संचालन के दौरान इन सुधारों ने लगभग 60 प्रतिशत तक पदार्थ के अपक्षय को कम कर दिया है। इसका अर्थ है लंबे समय तक चलने वाले घटक और संयंत्र प्रबंधकों के लिए अधिक लचीले संचालन पैरामीटर, जो दिन-प्रतिदिन मांग करने वाली परिस्थितियों से निपट रहे हैं।

ठोस-ऑक्साइड ईंधन सेल (SOFCs) के लिए उन्नत इलेक्ट्रोलाइट्स का विकास

अभिकल्पित ऑक्सीजन-आयन मार्गों के साथ सिरेमिक नैनोकम्पोजिट 650°C पर 1.2 S/cm की आयनिक चालकता प्राप्त करते हैं—पुराने यीट्रिया-स्थिरीकृत ज़िरकोनिया (YSZ) की तुलना में 45% अधिक। इन सामग्रियों में संरक्षित अंतरापृष्ठीय परतें शामिल होती हैं जो क्रोमियम विषाक्तता को 80% तक दबा देती हैं, जिससे SOFC स्टैक का जीवन 50,000 घंटों से अधिक तक बढ़ जाता है। यह प्रगति अधिक स्थायी और दक्ष उच्च-तापमान संचालन को सक्षम करती है।

पारंपरिक सामग्री को प्रतिस्थापित करने वाले नैनोसंरचित पतली फिल्म उत्प्रेरक

परमाणु स्तर जमाव द्वारा बनाए गए उत्प्रेरक प्लैटिनम समूह की धातुओं का उपयोग 90% से अधिक दर से कर सकते हैं, जो पारंपरिक पाउडर आधारित उत्प्रेरकों में लगभग 30% की तुलना में काफी बेहतर है। वास्तविक सामग्री के मामले में, निकेल आयरन नाइट्राइड पतली फिल्मों में भी संभावना दिख रही है। ऑक्सीजन अपचयन अभिक्रियाओं के मामले में वे महंगे प्लैटिनम के समान प्रदर्शन करते हैं, लेकिन उनके उत्पादन की लागत केवल लगभग 2% होती है। इससे भी अधिक प्रभावशाली बात यह है कि अम्लीय वातावरण में उनकी स्थिरता 1000 घंटे से भी अधिक समय तक बनी रहती है। इन उन्नतियों को देखते हुए, ऐसे उत्प्रेरक प्रणालियों के विकास की ओर वास्तविक गति बनती दिख रही है जो असाधारण प्रदर्शन प्रदान करते हुए लागत को पहले संभव के मुकाबले काफी कम रखते हैं।

ईंधन सेल में सामग्री चुनौतियाँ: स्थायित्व और चालकता में व्यापार-ऑफ

अच्छी विद्युत चालकता और स्थायी यांत्रिक शक्ति के बीच सही संतुलन खोजना इस क्षेत्र में अब भी प्रमुख चुनौतियों में से एक बना हुआ है। उदाहरण के लिए, डोप किए गए पेरोव्स्काइट कैथोड लीजिए—750 डिग्री सेल्सियस पर संचालित होने पर ये लगभग 2.5 वाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर की शक्ति घनत्व तक पहुँच सकते हैं, लेकिन एक समस्या है—इनके विघटन की दर उन सामग्रियों की तुलना में लगभग 20 प्रतिशत अधिक होती है जो कम चालक होती हैं। दूसरी ओर, पिछले साल प्रकाशित शोध में प्रवणता वाली संरचना (ग्रेडिएंट पोरोसिटी) वाले इलेक्ट्रोड्स के बारे में जांच की गई। निष्कर्षों से पता चला कि जब इंजीनियर कंप्यूटर मॉडल का उपयोग करके छिद्रों का डिज़ाइन करते हैं, तो उन्होंने थर्मल तनाव के कारण होने वाले नुकसान को लगभग आधा कर दिया। ऐसे दृष्टिकोण से इन घटकों के खराब होने से पहले की आयु को बढ़ाने में वास्तविक सहायता मिल सकती है।

लागत प्रभावी ईंधन सेल के लिए गैर-प्लैटिनम उत्प्रेरकों में नवाचार

ईंधन सेल प्रणालियों में लागत में कमी के लिए गैर-प्लैटिनम उत्प्रेरकों का महत्व

प्लैटिनम की लागत 2023 में अर्गॉन नेशनल लैब के अनुसंधान के अनुसार, एक ईंधन सेल स्टैक बनाने में लगने वाली लागत का लगभग 40% हिस्सा बनाती है, और इस ऊंची कीमत के कारण प्रौद्योगिकी को व्यापक स्तर पर अपनाए जाने में बड़ी बाधा उत्पन्न हो रही है। लोहे या कोबाल्ट जैसी अधिक सामान्य धातुओं पर स्विच करने से उत्प्रेरक लागत में 60 से 75 प्रतिशत तक की कमी आ सकती है, बिना वास्तविक बिजली उत्पादन क्षमता में खास कमी लाए। सामग्री विज्ञान जर्नल में प्रकाशित हालिया अध्ययनों में एक दिलचस्प बात भी सामने आई है: आज के गैर-मूल्यवान धातु विकल्प ऑक्सीजन अपचयन अभिक्रिया दक्षता के मामले में प्लैटिनम के काफी करीब पहुंच गए हैं। 2018 में महज 63% की तुलना में आज यह लगभग 85% है। अगले दशक के अंत तक कुल प्रणाली की लागत को प्रति किलोवाट 80 डॉलर से कम करने के लिए अमेरिकी ऊर्जा विभाग द्वारा आशा किए जा रहे प्रगति के स्तर के साथ इस प्रकार की प्रगति मेल खा रही है।

संक्रमण धातु आधारित उत्प्रेरकों में हालिया प्रगति

पाइरोलिसिस विधियों द्वारा बनाए गए नवीनतम आयरन-नाइट्रोजन-कार्बन (Fe-N-C) उत्प्रेरक वास्तव में प्रयोगशाला परीक्षणों में ऑक्सीजन अपचयन अभिक्रिया (ORR) प्रदर्शन के मामले में प्लैटिनम के साथ प्रतिस्पर्धा कर सकते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया है कि कार्बन नैनोफाइबर्स में कोबाल्ट मिलाने से ऐसी 3D संरचनाएँ बनती हैं जो डेंग की टीम द्वारा 2023 में बताए गए अनुसार पिछले संस्करणों की तुलना में अभिक्रिया की गति लगभग 42% तक बढ़ा देती हैं। यह काफी महत्वपूर्ण है क्योंकि संक्रमण धातुओं के साथ एक प्रमुख समस्या यह रही है कि वे बार-बार उपयोग के चक्रों के तहत कितनी तेजी से विघटित हो जाती हैं। इन नए पदार्थों को खास बनाने वाली बात यह है कि वे बदलती परिस्थितियों के अधीन होने पर भी स्थिरता बनाए रखने में सक्षम हैं, जो वास्तविक अनुप्रयोगों के लिए बहुत महत्वपूर्ण है जहाँ उपकरण लगातार तनाव और तापमान में उतार-चढ़ाव का सामना करते हैं।

प्रदर्शन तुलना: प्लैटिनम बनाम नैनोसंरचित पतली फिल्म उत्प्रेरक

जबकि नैनोस्ट्रक्चरिंग प्रदर्शन अंतर को कम करता है, बड़े पैमाने पर तैनाती के लिए टिकाऊपन मुख्य बाधा बना हुआ है।

वाणिज्यिक ईंधन सेल में गैर-मूल्यवान धातु उत्प्रेरकों की मापनीयता की चुनौतियाँ

उन्नत गैर-मूल्यवान उत्प्रेरकों के निर्माण के लिए सटीक पाइरोलिसिस स्थितियों (900–1100°C) की आवश्यकता होती है, जो बड़े पैमाने पर उत्पादन को जटिल बना देती है। 2024 की एक DOE रिपोर्ट में पाया गया कि प्रोटोटाइप संक्रमण धातु ईंधन सेल 5,000 घंटे के बाद प्रारंभिक दक्षता का 37% खो देते हैं, जबकि प्लैटिनम-आधारित प्रणालियों में केवल 15% क्षरण होता है। इस अंतर को पाटने के लिए मापनीय संश्लेषण तकनीकों और मजबूत इलेक्ट्रोड एकीकरण विधियों में समानांतर प्रगति की आवश्यकता होती है।

प्रोटॉन विनिमय झिल्ली और ठोस-ऑक्साइड ईंधन सेल में डिजाइन का विकास

परिवहन अनुप्रयोगों के लिए कम तापमान PEMFC में प्रवृत्तियाँ

प्रोटॉन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल, या जिन्हें आमतौर पर पीईएमएफसी कहा जाता है, 80 डिग्री सेल्सियस से नीचे तापमान में भी काफी अच्छा काम करते हैं। इसीलिए हाल के समय में वाहनों के लिए उनके उपयोग में कार निर्माताओं की इतनी रुचि है। इन दिनों ध्यान इस बात पर केंद्रित है कि ये ईंधन सेल ठंडे प्रारंभ (कोल्ड स्टार्ट) को कैसे संभालते हैं और बार-बार जमाव और पिघलने के चक्रों के बाद क्या होता है। पिछले साल कुछ शोध में संकेत दिया गया था कि वास्तव में ठंडी परिस्थितियों में झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली डिज़ाइन में सुधार दक्षता में लगभग 40% की वृद्धि कर सकता है। इस बीच, अब कई प्रोटोटाइप पीईएमएफसी तकनीक को पारंपरिक लिथियम-आयन बैटरी पैक के साथ मिला रहे हैं। यह संयोजन प्रायोगिक हाइड्रोजन कारों को रीफ्यूल के बीच लगभग 450 मील की दूरी तय करने की अनुमति देता है, जो सामान्य रूप से बिजली वाहनों के बारे में संभावित खरीदारों की सबसे बड़ी चिंताओं में से एक को दूर करने में बहुत योगदान देता है।

पतली, अधिक टिकाऊ झिल्लियाँ जो उच्च शक्ति घनत्व की अनुमति देती हैं

सल्फोनेटेड पॉली (ईथर ईथर कीटोन), या SPEEK झिल्लियाँ, वर्तमान में उद्योग में चर्चा का विषय बनी हुई हैं। ScienceDirect के पिछले साल के शोध के अनुसार, ये सामग्री 2020 में उपलब्ध झिल्लियों की तुलना में लगभग आधी मोटाई में लगभग 30 प्रतिशत बेहतर प्रोटॉन चालकता प्रदान करती हैं। जो वास्तव में प्रभावशाली है, वह है ऑटोमोटिव अनुप्रयोगों में हजारों घंटों तक इनकी स्थिरता, जो 8,000 से अधिक लोड चक्रों के बाद भी विघटित नहीं होती है। इसके अलावा, इनसे हाइड्रोजन क्रॉसओवर की समस्या लगभग 22% तक कम हो जाती है, जिसका अर्थ है संचालन के दौरान कम समस्याएँ। ग्रेफीन ऑक्साइड के साथ मजबूत नवीनतम संस्करण और भी अधिक आशाजनक लग रहे हैं, जो संभावित रूप से 4.2 वाट प्रति वर्ग सेंटीमीटर की शक्ति घनत्व प्राप्त कर सकते हैं। यह पारंपरिक झिल्लियों की तुलना में काफी बड़ी छलांग होगी, जो निर्माताओं के लिए सबसे महत्वपूर्ण दक्षता लाभ के लिए प्रदर्शन संकेतकों में लगभग 65% सुधार का प्रतिनिधित्व करता है।

PEMFC डिज़ाइन में जल प्रबंधन और गैस विसरण परतों का अनुकूलन

नवीनतम बाइपोलर प्लेट्स में अब 3D मुद्रित सूक्ष्म द्रव चैनल होते हैं, जो जल बाढ़ की समस्या को लगभग आधा कम कर देते हैं और सतह के सम्पूर्ण क्षेत्र में ऑक्सीजन को समान रूप से वितरित करने में सहायता करते हैं। शोधकर्ताओं ने पाया कि जैव-अनुकरणीय फ्रैक्टल प्रवाह क्षेत्रों का उपयोग करने पर वोल्टेज उत्पादन में लगभग 15 प्रतिशत की वृद्धि हुई, जो प्रति वर्ग सेंटीमीटर 2 एम्पीयर पर थी, जैसा कि पिछले वर्ष प्रकाशित एक अध्ययन में बताया गया था। कार्बन नैनोट्यूब फेल्ट से निर्मित गैस विसरण परतों में भी उल्लेखनीय गुण होते हैं - इनमें गैस के संचलन के लिए लगभग 90% खुली जगह होती है और तल के अनुदिश 0.5 सीमेंस प्रति सेंटीमीटर पर विद्युत् का संचालन करते हैं। ये गुण प्रणाली के भीतर इलेक्ट्रॉनों के कुशल संचरण और उचित गैस परिवहन के बीच एक अच्छा संतुलन बनाते हैं।

एसओएफसी सिरेमिक इलेक्ट्रोलाइट और एनोड में सामग्री नवाचार

आज के ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल स्टैक प्रायः गैडोलिनियम डोप की गई सेरिया इलेक्ट्रोलाइट्स को पहले बताए गए LSCF कैथोड्स के साथ जोड़ते हैं, जिससे उन्हें लगभग 650 डिग्री सेल्सियस पर स्थिर रूप से चलाया जा सकता है। यह वास्तव में काफी उल्लेखनीय है क्योंकि 2019 में पुराने मॉडल को ठीक से काम करने के लिए लगभग 200 डिग्री अधिक तापमान की आवश्यकता होती थी। एनोड के पक्ष पर नज़र डालें तो, शोधकर्ताओं ने 50 नैनोमीटर के छोटे छिद्रों वाले Ni-YSZ संयुक्त सामग्री विकसित की हैं जो काफी सभ्य शक्ति उत्पादन भी प्रदान करती हैं। पिछले साल ScienceDirect के अनुसार, मीथेन ईंधन पर 0.7 वोल्ट पर चलाने पर उन्होंने प्रति वर्ग सेंटीमीटर 1.2 वाट तक की उपलब्धि प्राप्त की। यह काफी अच्छा परिणाम है, यह ध्यान में रखते हुए कि अधिकांश लोग अभी भी सोचते हैं कि हाइड्रोकार्बन ईंधन सेल के लिए बहुत अच्छे नहीं होते।

नैनो-आयनिक्स के माध्यम से SOFC संचालन तापमान में कमी

एसओएफसी इलेक्ट्रोड पर नैनो-आयनिक कंडक्टर कोटिंग्स लागू करने से इंटरफेशियल प्रतिरोध लगभग 60 प्रतिशत तक कम हो जाता है। इससे इन प्रणालियों को केवल 550 डिग्री सेल्सियस पर प्रभावी ढंग से संचालित करने में सक्षमता मिलती है, जबकि लगभग 95% की ईंधन उपयोग दर बनाए रखी जा सकती है। शोधकर्ताओं ने पाया है कि परमाणु परत निक्षेपण तकनीकों का उपयोग करके बनाई गई स्कैंडिया-स्थिरीकृत ज़िरकोनिया (ScSZ) पतली फिल्में 500°C जितने कम तापमान पर 0.1 S/cm की आयनिक चालकता प्राप्त कर सकती हैं। हाल के MDPI अध्ययनों के अनुसार 2023 में, यह YSZ द्वारा लगभग 800°C जैसे बहुत अधिक तापमान पर प्रदान की गई चालकता के बराबर है। ऐसी प्रगति का अर्थ है त्वरित स्टार्टअप प्रक्रियाएं और समय के साथ तापमान परिवर्तन को बेहतर ढंग से संभालना। विमानों और भारी परिवहन वाहनों में सहायक बिजली इकाइयों पर निर्भर उद्योगों के लिए, ये सुधार अधिक कुशल ऊर्जा समाधानों की ओर महत्वपूर्ण प्रगति का प्रतिनिधित्व करते हैं।

फ्यूल सेल प्रणाली एकीकरण और वास्तविक दुनिया के अनुप्रयोग

फ्यूल सेल स्टैकिंग में तापीय और विद्युत समानता का संतुलन

जब स्टैक की परतों के बीच तापमान में अंतर 15 डिग्री सेल्सियस से अधिक हो जाता है, तो गत वर्ष ScienceDirect के शोध के अनुसार दक्षता में 12 से 18 प्रतिशत तक की गिरावट आती है। इसीलिए पूरे स्टैक में तापमान को स्थिर रखना इतना महत्वपूर्ण है। आधुनिक शीतलन समाधानों ने स्मार्ट तापीय भविष्यवाणी सॉफ़्टवेयर के साथ-साथ माइक्रोचैनल प्लेटों को जोड़ना शुरू कर दिया है, जिसके परिणामस्वरूप 100 से अधिक व्यक्तिगत सेल युक्त स्टैक के साथ काम करते समय भी लगभग 92% स्थिर वोल्टेज प्राप्त होता है। ये सुधार छोटे अनुप्रयोगों से परे ईंधन सेल तकनीक के विस्तार के लिए दरवाजे खोलते हैं। हम ऐसे क्षेत्रों में वास्तविक संभावना देख रहे हैं जैसे बड़े जहाज जिन्हें निरंतर बिजली की आवश्यकता होती है और भारी विनिर्माण उपकरण जो बिना रुकावट के विश्वसनीय ऊर्जा स्रोतों की मांग करते हैं।

दक्ष स्थिर बिजली उत्पादन के लिए संकर SOFC-टर्बाइन प्रणाली

जब ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल को गैस टर्बाइन के साथ जोड़ा जाता है, तो वे विद्युत दक्षता को लगभग 68 से 72 प्रतिशत तक बढ़ा देते हैं। यह अकेले काम कर रहे सामान्य टर्बाइनों की तुलना में लगभग 30% बेहतर है। यहाँ की चालाकी टर्बाइन के निकास से आने वाली सभी अपशिष्ट ऊष्मा को वापस SOFC कैथोड में प्रवाहित करना है, जिससे इन संकर व्यवस्थाओं को उपयोग करने योग्य ऊर्जा के हर छोटे से छोटे भाग को प्राप्त करने में सहायता मिलती है। वास्तविक दुनिया के परीक्षणों में भी कुछ काफी प्रभावशाली बातें देखी गई हैं। संयुक्त ऊष्मा और बिजली प्रणालियाँ कार्बन उत्सर्जन में काफी कमी करती हैं। प्रत्येक उत्पादित मेगावाट के लिए, ये CHP विन्यास पारंपरिक जनरेटरों की तुलना में वार्षिक उत्सर्जन में लगभग 8.2 मेट्रिक टन की कमी करते हैं। चूँकि आधुनिक बिजली ग्रिड के लिए ग्रीनहाउस गैसों में कमी लाना कितना महत्वपूर्ण हो गया है, ऐसी संकर प्रौद्योगिकियाँ बिजली नेटवर्क को स्वच्छ और अधिक कुशल बनाने के प्रयास में वास्तविक खेल बदलने वाली लग रही हैं।

परिवहन और औद्योगिक उत्सर्जन कमी में ईंधन सेल के अनुप्रयोग

ईंधन सेल केवल कारों में ही नहीं दिखाई दे रहे हैं। पिछले साल ScienceDirect के अनुसार, लगभग 45 प्रतिशत नव-निर्मित फोर्कलिफ्ट और लगभग एक पाँचवां हिस्सा क्षेत्रीय रेलगाड़ियों ने पारंपरिक ईंधन के बजाय हाइड्रोजन पर चलने के लिए स्विच कर दिया है। वास्तविक बदलाव उन कठिन क्षेत्रों में हो रहा है जहाँ कार्बन कम करना वास्तव में चुनौतीपूर्ण है। दुनिया भर में सीमेंट फैक्ट्रियों और स्टील मिलों ने अपनी पुरानी कोयला आधारित प्रणालियों के स्थान पर विशाल ईंधन सेल स्थापना का परीक्षण शुरू कर दिया है। कुछ प्रारंभिक परिणाम दिखाते हैं कि इन नए सेटअप से उत्पादन के दौरान उत्सर्जन लगभग नौ-दसवें हिस्से तक कम हो सकता है। इसे विशेष रूप से दिलचस्प बनाता है कि ये ईंधन सेल प्रणाली तब भी विश्वसनीय ढंग से काम करती रहती हैं जब स्थितियाँ कठिन हो जाती हैं, जो ठीक वही है जो निर्माताओं को उत्पादकता के बलिदान के बिना अपने पर्यावरणीय प्रभाव को कम करने के प्रयास में चाहिए।

भविष्य की दृष्टि: नवाचार और बाजार अपनाने के बीच सेतु

ईंधन सेल सामग्री और एआई-संचालित खोज में वैश्विक अनुसंधान एवं विकास प्रवृत्तियाँ

क्लीन एनर्जी ट्रेंड्स 2024 की रिपोर्ट के अनुसार, दुनिया हर साल फ्यूल सेल तकनीक के लिए 7.2 बिलियन डॉलर से अधिक खर्च करती है। लेकिन जो वास्तव में दिलचस्प है, वह है मशीन लर्निंग का तेजी से बदलता प्रभाव। कुछ अध्ययनों में दिखाया गया है कि यह सामग्री खोज को पहले की तुलना में तीन से चार गुना तेज कर देता है। इसका अर्थ है कि वैज्ञानिक अब पहले की तुलना में कहीं अधिक तेजी से स्थिर उत्प्रेरकों और मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्स की खोज कर सकते हैं। गणना आधारित मॉडल्स ने भी बहुत बड़ा अंतर बनाया है, जिससे पहले जो काम वर्षों में पूरा होता था, अब वह केवल कुछ महीनों में पूरा हो जाता है। ठोस ऑक्साइड ईंधन सेल (solid oxide fuel cells) को उदाहरण के तौर पर लें। एआई की सहायता से, ये प्रणाली अब 650 डिग्री सेल्सियस पर चलने पर लगभग 92% दक्षता प्राप्त कर लेती हैं, जो पहले के सामान्य तापमान की तुलना में वास्तव में 150 डिग्री कम है। व्यावहारिक अनुप्रयोगों के लिए ऐसे सुधार का बहुत बड़ा महत्व है।

प्रमुख बाधाएँ: लागत, टिकाऊपन और हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे में कमी

नवाचार तेजी से हो रहा है, लेकिन इन तकनीकों को बाजार तक पहुँचाना अभी भी मुश्किल भरा है। प्लैटिनम-मुक्त उत्प्रेरकों की समस्या क्या है? वास्तविक प्रोटॉन विनिमय झिल्ली ईंधन सेल में उनके परीक्षण के दौरान वे महंगी धातुओं से बने उत्प्रेरकों की तुलना में लगभग 40 प्रतिशत तेजी से क्षय हो जाते हैं। फिर हाइड्रोजन के कुशल उत्पादन और भंडारण का पूरा मुद्दा है, जो वर्तमान में समग्र लागत में 18 से 22 प्रतिशत तक की वृद्धि करता है। बुनियादी ढांचा और भी अधिक पिछड़ चुका है। योजनाबद्ध सभी हाइड्रोजन रीफ्यूलिंग स्टेशनों में से, ट्रकों और अन्य भारी वाहनों के लिए आवश्यक 700 बार संपीड़न आवश्यकता को केवल लगभग सात प्रतिशत ही पूरा कर पाते हैं। और नियमों के बारे में भी चुप नहीं रहना चाहिए। वर्तमान में, पूरे विश्व में केवल चौदह राष्ट्र ही ईंधन सेलों के प्रमाणन के लिए सुसंगत मानक बनाने में सफल रहे हैं, जिससे अधिकांश बाजार खंडित और निर्माताओं के लिए देश-दर-देश अलग-अलग आवश्यकताओं को समझना मुश्किल बना दिया गया है।

प्रयोगशाला से बाजार तक: व्यावसायिक उपयोग के लिए ईंधन सेल नवाचारों का विस्तार

पायलट परियोजनाओं और पूर्ण पैमाने पर उत्पादन के बीच के अंतर को पाटना वास्तव में पैमाने पर निर्माण के तरीके खोजने पर निर्भर करता है। परमाणु स्तर जमाव (एटॉमिक लेयर डिपॉजिशन), या एलडी (ALD) जैसा कि इसे आमतौर पर क्षेत्र में कहा जाता है, विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक उन छोटे नैनोस्ट्रक्चर्ड उत्प्रेरकों को बनाने के लिए आजकल गंभीर ध्यान आकर्षित कर रहा है। मूल रूप से सौर पैनलों के लिए विकसित रोल टू रोल झिल्ली प्रसंस्करण तकनीक ने वास्तव में ईंधन सेल निर्माण पर लागू होने पर लागत में लगभग 33 प्रतिशत की कमी की है। राष्ट्रीय प्रयोगशालाओं का ऑटो निर्माताओं के साथ मिलकर काम करने से निश्चित रूप से चीजों को तेज किया है। उनके संयुक्त प्रयासों के परिणामस्वरूप हम नए प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली ईंधन सेल डिज़ाइनों को लगभग 25,000 घंटे तक चलते देख रहे हैं, उसके बाद उनके बदलाव की आवश्यकता होती है। यह वर्ष 2020 के संस्करणों की तुलना में काफी सुधार है जो केवल लगभग 14,900 घंटे तक चलते थे। इस तरह की तेजी से हो रही प्रगति के साथ, ऐसा लगता है कि इन उन्नत तकनीकों को बाजार में लाना अब केवल संभव ही नहीं बल्कि बढ़ती वास्तविकता बनता जा रहा है।

सामान्य प्रश्न

ईंधन सेल में नैनोप्रौद्योगिकी के उपयोग के क्या लाभ हैं?

नैनोप्रौद्योगिकी आयनिक चालकता में सुधार करके, अंतरापृष्ठ प्रतिरोध कम करके और पतली उत्प्रेरक परतों के निर्माण की अनुमति देकर ईंधन सेल सामग्री को बेहतर बनाती है, जिससे ऊष्मा वितरण और समग्र प्रदर्शन में अधिक दक्षता आती है।

गैर-प्लैटिनम उत्प्रेरक ईंधन सेल की लागत को कैसे कम करते हैं?

लौह या कोबाल्ट पर आधारित गैर-प्लैटिनम उत्प्रेरक ऑक्सीजन अपचयन अभिक्रियाओं में तुलनीय प्रदर्शन बनाए रखते हुए उत्प्रेरक की लागत में 75% तक की कमी करके ईंधन सेल की लागत को काफी कम कर देते हैं।

ईंधन सेल प्रौद्योगिकी के पैमाने पर विस्तार में मुख्य चुनौतियाँ क्या हैं?

प्रमुख चुनौतियों में सामग्री की लागत और टिकाऊपन, कुशल हाइड्रोजन बुनियादी ढांचे की कमी, और व्यावसायिक ईंधन सेल अनुप्रयोगों के लिए सुसंगत वैश्विक मानकों और पैमाने पर निर्माण प्रक्रियाओं की आवश्यकता शामिल है।

संकर SOFC-टर्बाइन प्रणाली दक्षता में सुधार कैसे करती है?

हाइब्रिड SOFC-टर्बाइन प्रणाली टर्बाइन निकास से अपशिष्ट ऊष्मा का उपयोग करके वैद्युत प्रदर्शन में सुधार करके दक्षता में वृद्धि करती है, जिससे 72% तक की दक्षता प्राप्त होती है, जो पारंपरिक टर्बाइनों की तुलना में काफी अधिक है।

ईंधन सेल अनुसंधान में एआई की क्या भूमिका है?

एआई स्थिर उत्प्रेरकों और विद्युतअपघट्यों की पहचान करने में आवश्यक समय को कम करके सामग्री खोज और विकास को तेज करता है, जिससे व्यावहारिक ईंधन सेल अनुप्रयोगों में दक्षता और प्रदर्शन में सुधार होता है।