प्रोटॉन एक्सचेंज मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोलिसिस(पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस) का उपयोग करता हैप्रोटॉन विनिमय झिल्लीइलेक्ट्रोलाइट के रूप में, जहां एनोड और कैथोड पर निम्नलिखित रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं:
एनोड:
2H₂O → O₂ + 4H⁺ + 4e⁻
कैथोड:
4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂
पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस एक कुशलजल इलेक्ट्रोलिसिसमुख्य रूप से पानी को हाइड्रोजन और ऑक्सीजन में विभाजित करने के लिए उपयोग की जाने वाली तकनीक। इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस में एक इलेक्ट्रोलाइज़र और सहायक सिस्टम होते हैं, जिसमें इलेक्ट्रोलाइज़र के मुख्य घटक झिल्ली इलेक्ट्रोड, गैस प्रसार परत और द्विध्रुवीय प्लेट शामिल हैं। झिल्ली इलेक्ट्रोड इलेक्ट्रोलाइज़र के प्रमुख घटकों में से एक हैप्रोटॉन विनिमय झिल्लीइलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस। प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम) दोनों तरफ उत्प्रेरक परतों के साथ लेपित है, जो झिल्ली इलेक्ट्रोड बनाता है। कैथोड उत्प्रेरक आम तौर पर एक प्लैटिनम-आधारित उत्प्रेरक है, जो कि में उपयोग किए जाने वाले के समान हैईंधन कोशिकाएं, जो प्रभावी रूप से बढ़ावा देता हैहाइड्रोजन उत्पादनएनोड उत्प्रेरक के लिए आवश्यकताएँ एनोड पक्ष पर प्रबल ऑक्सीडेटिव वातावरण के कारण अधिक कठोर हैं; ऑक्सीजन विकास प्रतिक्रिया के लिए ऑक्सीकरण-प्रतिरोधी और संक्षारण-प्रतिरोधी उत्प्रेरक सामग्री के उपयोग की आवश्यकता होती है। वर्तमान में, इरिडियम (), रूथेनियम (), और उनके ऑक्साइड (जैसे ₂ और ₂) सबसे अधिक उपयोग किए जाने वाले एनोड उत्प्रेरक हैं, क्योंकि ये सामग्री उच्च धारा घनत्व पर अच्छी इलेक्ट्रोलिसिस दक्षता बनाए रखते हुए उत्कृष्ट स्थिरता और उत्प्रेरक प्रदर्शन प्रदर्शित करती हैं।
प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली (पीईएम)में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता हैपीईएम इलेक्ट्रोलिसिसउपकरण। आमतौर पर इस्तेमाल की जाने वाली सामग्रियों में श्रृंखला, जैसे 115 और 117 शामिल हैं, जिनमें उच्च प्रोटॉन चालकता और रासायनिक स्थिरता होती है, जो गैसों को प्रभावी ढंग से अलग करती है और प्रोटॉन का संचालन करती है। प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली के पतले होने के कारण, इसका प्रतिरोध कम होता है, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस झिल्ली के दोनों तरफ़ कड़े दबाव नियंत्रण के बिना उच्च धाराओं और दबावों का सामना कर सकता है। इसके अलावा, इलेक्ट्रोलिसिस डिवाइस तेज़ी से शुरू और बंद हो सकते हैं, बिजली समायोजन पर तेज़ी से प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे वे अक्षय ऊर्जा स्रोतों से उतार-चढ़ाव वाले इनपुट के लिए उपयुक्त हो जाते हैं।
गैस प्रसार परत () इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों का एक और महत्वपूर्ण घटक है। आमतौर पर कीमती धातुओं के साथ लेपित छिद्रपूर्ण टाइटेनियम-आधारित सामग्रियों से बना होता है, जो न केवल अच्छी चालकता और यांत्रिक शक्ति प्रदान करता है, बल्कि एक समान गैस प्रसार पथ भी प्रदान करता है, जिससे इलेक्ट्रोलिसिस दक्षता और गैस उत्पादन में वृद्धि होती है।
पीईएम इलेक्ट्रोलिसिसप्रौद्योगिकी के कई लाभ हैं। सबसे पहले, प्रोटॉन विनिमय झिल्ली की उच्च प्रोटॉन चालकता और कम प्रतिरोध इलेक्ट्रोलाइज़र को उच्च धारा घनत्व पर संचालित करने की अनुमति देता है, जिससे हाइड्रोजन उत्पादन बढ़ता है। दूसरे, इलेक्ट्रोलिसिस उपकरणों की कॉम्पैक्ट संरचना उच्च शक्ति घनत्व को सक्षम बनाती है, जिससे सीमित स्थान के भीतर महत्वपूर्ण हाइड्रोजन उत्पादन की अनुमति मिलती है। इसके अतिरिक्त, इलेक्ट्रोलिसिस उपकरण जल्दी से शुरू और बंद हो सकते हैं, अक्षय ऊर्जा उत्पादन की परिवर्तनशीलता के अनुकूल होते हैं, जिससे वे हरित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए पवन और सौर ऊर्जा के साथ एकीकरण के लिए विशेष रूप से उपयुक्त होते हैं।
तथापि,पीईएम इलेक्ट्रोलिसिसप्रौद्योगिकी को कुछ चुनौतियों का भी सामना करना पड़ता है। पहली चुनौती उत्प्रेरकों की लागत है, विशेष रूप से एनोड उत्प्रेरक के लिए आवश्यक इरिडियम और रूथेनियम जैसी महंगी कीमती धातुएँ, जो बड़े पैमाने पर अनुप्रयोग को सीमित करती हैं। इसके अलावा, उत्प्रेरकों की स्थायित्व और रासायनिक स्थिरताप्रोटॉन विनिमय झिल्लीऔर गैस प्रसार परत को और अधिक शोध और अनुकूलन की आवश्यकता है। सामग्री विज्ञान और विनिर्माण प्रौद्योगिकी में चल रही प्रगति के साथ, यह माना जाता है कि भविष्य में इन मुद्दों को धीरे-धीरे संबोधित किया जाएगा।
निष्कर्ष के तौर पर,पीईएम इलेक्ट्रोलिसिसहाइड्रोजन उत्पादन में प्रौद्योगिकी महत्वपूर्ण क्षमता प्रदर्शित करती है, विशेष रूप से नवीकरणीय ऊर्जा उत्पादन के साथ संयोजन में, जो विशिष्ट लाभ प्रदान करती है। निरंतर तकनीकी सुधार और अनुकूलन के माध्यम से, पीईएम इलेक्ट्रोलिसिस भविष्य में हरित हाइड्रोजन उत्पादन के लिए मुख्यधारा के तकनीकी मार्गों में से एक बनने की उम्मीद है, जो स्वच्छ ऊर्जा के प्रचार और अनुप्रयोग में महत्वपूर्ण योगदान देगा।
