ہائیڈروجن فیول سیل بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی کا تجزیہ

ہائیڈروجن فیول سیلانجن ایک بجلی پیدا کرنے والا آلہ ہے جو الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے ذریعہ ہائیڈروجن اور آکسیجن کی کیمیائی توانائی کو برقی توانائی میں براہ راست تبدیل کرتا ہے۔ یہ مضمون اس کی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی ، تھرموڈینیٹک کارکردگی ، وغیرہ پر ایک نظر ڈالے گا۔

سسٹم پاور جنریشن کی کارکردگی = الٹ تھرموڈینیٹک کارکردگی (94.53 ٪ ، 25 ℃) × الیکٹرو کیمیکل کارکردگی × ایندھن کے استعمال × سسٹم جزو کی کارکردگی (ہر سب سسٹم جزو کے نقصان کو چھوڑ کر):

(1) الٹا تھرموڈینیٹک کارکردگی

کام کے لئے استعمال ہونے والے ایندھن کے انووں اور آکسیجن انووں کے مکمل رد عمل سے پیدا ہونے والی توانائی کی زیادہ سے زیادہ قیمت کی نمائندگی کرتا ہے (تھرموڈینامکس کے دوسرے قانون کی رکاوٹوں پر غور کرنے کی ضرورت ہے)۔

الیکٹرو کیمیکل ری ایکشن پاور جنریشن بنیادی طور پر ریڈوکس رد عمل کی چارج ٹرانسفر پر مبنی ہے۔ مائع پانی میں گیس کے پانی کے عمل میں بہت کم شراکت ہے۔ لہذا ، ہائیڈروجن بجلی کی پیداوار کو کم کیلوری کی قیمت کا استعمال کرنا چاہئے۔

تھرموڈینامکس کے دوسرے قانون کے مطابق: ایک ایسا چکر گرمی انجن بنانا ناممکن ہے جو گرمی کو ایک ہی گرمی کے ذریعہ سے لے جاتا ہے اور اسے بغیر کسی تبدیلی کے سبب بنائے بغیر کام میں مکمل طور پر تبدیل کرتا ہے (یعنی ، 1 کلو ہائیڈروجن اور آکسیجن کے دہن کے ذریعہ جاری ہونے والی تمام حرارت کو استعمال کرنا ناممکن ہے (بجلی کی توانائی میں تبدیلی)۔ یہ تبدیلی گرمی کی خصوصیت "اینٹروپی" کی ہے۔ لہذا ، کوئی بھی آلہ جو بجلی پیدا کرنے کے لئے کیمیائی توانائی (ایندھن) کا استعمال کرتا ہے اس میں قدرتی حد کی تبدیلی کی کارکردگی ہوتی ہے۔ ایندھن کے خلیوں کے لئے ، الٹ تھرموڈینیٹک بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی سب سے زیادہ نظریاتی بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی ہے جو فیول سیل حاصل کرسکتی ہے۔ کمرے کے درجہ حرارت (25 ° C) پر ، نظریاتی طور پر ، 1 کلو ہائیڈروجن 500mol*241.8/3600KJ = 33.58 کلو واٹ بجلی پیدا کرسکتا ہے۔ موجودہ کی موجودہ زیادہ سے زیادہ درجہ بندی کی کارکردگی کے مطابقایندھن سیل سسٹمریٹیڈ آپریٹنگ شرائط (60 ٪ ، بشمول الٹ تھرموڈینیٹک کارکردگی سمیت) کے تحت ، در حقیقت ، 1 کلوگرام ہائیڈروجن 500mol*241.8/3600*60 ٪ = 20.15 کلو واٹ بجلی پیدا کرسکتا ہے۔ 

(2) الیکٹرو کیمیکل کارکردگی میں الیکٹرو کیمیکل رد عمل کے عمل میں نقصانات ہوتے ہیں ، جو بنیادی طور پر رد عمل کے عمل میں پولرائزیشن رجحان سے آتے ہیں ، جس میں اوہمک پولرائزیشن ، الیکٹرو کیمیکل ایکٹیویشن پولرائزیشن اور گیس بازی پولرائزیشن (حراستی پولرائزیشن) شامل ہیں۔ الیکٹرو کیمیکل کارکردگی کی تکنیکی سطح کی پیمائش کرنے کی کلید ہےایندھن سیل اسٹیکس. 

(3) ایندھن کے استعمال کی شرح رد عمل میں حصہ لینے والے ایندھن کا تناسب۔ کچھ ایندھن کے خلیات ایندھن کو ری سائیکل کرسکتے ہیں جو اسٹیک کے ذریعے بہہ گیا ہے لیکن گردش پمپ کے ذریعے رد عمل میں حصہ نہیں لیا ہے ، لہذا استعمال کی شرح بہت زیادہ ہوگی ، لیکن اس میں بھی نقصانات ہوں گے۔ کچھ ایندھن کے خلیات ایندھن کو جلا دیتے ہیں جس نے رد عمل میں حصہ نہیں لیا ہے اور اسے گرمی کی توانائی کی شکل میں آؤٹ پٹ کیا ہے۔ اس معاملے میں ، ایندھن کے استعمال کی شرح کو صرف رد عمل میں حصہ لینے کے تناسب کے طور پر حساب کیا جاسکتا ہے۔

(4) سسٹم جزو کی کارکردگی

سب سسٹم کے اجزاء جیسے پانی کے انتظام ، تھرمل مینجمنٹ ، گیس (ہائیڈروجن ، ایئر) کی فراہمی ، اور کنٹرول الیکٹرک مینجمنٹ کو توانائی کی ایک خاص مقدار (بجلی یا حرارت) استعمال کرنے کی ضرورت ہے۔

اگر کوجنریشن کا استعمال کیا جاتا ہے تو ، تھرمل استعمال کی کارکردگی کو شامل کرنا ضروری ہے ، یعنی: سسٹم جامع کارکردگی = نظام بجلی پیدا کرنے کی کارکردگی + تھرمل استعمال کی کارکردگی۔

تھرمل استعمال کی کارکردگی: تھرمل توانائی ان پٹ ایندھن کا استعمال/توانائی استعمال کرتی ہے۔ نوٹ: صرف وہ حصہ جو باہر کی پیداوار ہے اور تھرمل فوائد پیدا کرتا ہے اسے "تھرمل توانائی استعمال" سمجھا جاتا ہے۔

مثال کے طور پر ، عام اعلی درجہ حرارت ایندھن کے خلیات - ٹھوس آکسائڈ ایندھن کے خلیات (SOFC) اور پگھلے ہوئے کاربونیٹ ایندھن کے خلیات (ایم سی ایف سی)-600 ~ 1000 تک کا آپریٹنگ درجہ حرارت ہے ، اور راستہ گیس میں اعلی درجے کی فضلہ گرمی ہوگی ، جو گھروں ، تجارتی مقامات ، عوامی یونٹوں ، کولڈ چین ، تازہ سپر مارکیٹوں ، اور اعداد و شمار کے مراکز میں اعلی درجہ حرارت کے بھاپ مل کر ریفریجریشن میں گرم پانی کی فراہمی کے لئے استعمال ہوسکتی ہے۔

کوجنریشن اکثر ایک ایسی مہارت ہوتی ہے جو صرف اعلی درجہ حرارت والے ایندھن کے خلیوں میں ہوتی ہے۔ عام کم درجہ حرارت والے ایندھن کے خلیات ، جیسےپروٹون ایکسچینج جھلیایندھن کے خلیات (پی ای ایم ایف سی) اور الکلائن ایندھن کے خلیات (اے ایف سی) ، گرمی کی نسبتا محدود بحالی رکھتے ہیں۔