হাইব্রিড অ্যাসিড-ক্ষারীয় জলের তড়িৎ বিশ্লেষণ হল একটি নতুন ইলেক্ট্রোকেমিক্যাল প্রযুক্তি। এটি পানি থেকে হাইড্রোজেন গ্যাস তৈরি করে। এটি ঐতিহ্যগত জল ইলেক্ট্রোলাইসিস প্রযুক্তি থেকে ভিন্নভাবে কাজ করে। ঐতিহ্যগত ইলেক্ট্রোলাইসিস সিস্টেম শুধুমাত্র এক ধরনের ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে। তারা পুরো ইলেক্ট্রোলাইসিস কোষের ভিতরে ক্ষারীয় অবস্থা বা অম্লীয় অবস্থার সাথে চলে। হাইব্রিড অ্যাসিড-ক্ষারীয় জলের ইলেক্ট্রোলাইসিস দুটি পৃথক ইলেক্ট্রোলাইট ব্যবহার করে। একটি কোষ প্রকোষ্ঠ একটি অম্লীয় দ্রবণ ধারণ করে। অন্য কোষ চেম্বারে একটি ক্ষারীয় দ্রবণ থাকে। দুটি চেম্বারের মধ্যে একটি বিশেষ ঝিল্লি বসে। এই ঝিল্লি অ্যাসিড এবং ক্ষারকে একে অপরকে নিরপেক্ষ করতে বাধা দেয়।
এই বিশেষ সেটআপ প্রতিটি অর্ধেক রাসায়নিক বিক্রিয়া তার সেরা pH অবস্থায় ঘটতে দেয়। হাইড্রোজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া (HER) অ্যাসিডিক চেম্বারে ঘটে। HER প্রতিক্রিয়া অ্যাসিডিক তরল পরিবেশে দ্রুত সঞ্চালিত হয়। অক্সিজেন বিবর্তন প্রতিক্রিয়া (OER) ক্ষারীয় চেম্বারে ঘটে। OER প্রতিক্রিয়া ক্ষারীয় তরল পরিবেশে দ্রুত সঞ্চালিত হয়। প্রতিটি রাসায়নিক বিক্রিয়া অনুকূল গতিশীল অবস্থার অধীনে কাজ করে।
দুটি চেম্বারের বিভিন্ন pH মান রয়েছে। এই পার্থক্য একটি রাসায়নিক সম্ভাব্য গ্রেডিয়েন্ট গঠন করে। এই গ্রেডিয়েন্ট উভয় ইলেক্ট্রোডে বিপরীত হাইড্রোজেন ইলেক্ট্রোড সম্ভাব্য পরিবর্তন করে। এই পরিবর্তনটি জলের অণুগুলিকে বিভক্ত করার জন্য প্রয়োজনীয় বাহ্যিক ভোল্টেজকে কমিয়ে দেয়। সিস্টেমটি রাসায়নিক সম্ভাব্য শক্তি এবং বৈদ্যুতিক শক্তিকে একত্রিত করে। এই সংমিশ্রণ প্রক্রিয়াটির মোট শক্তি ব্যবহার হ্রাস করে।
সিস্টেমের মূল উপাদান
বাইপোলার মেমব্রেন (BPM)। BPM হল সিস্টেমের মূল অংশ। এটিতে একটি ক্যাটেশন এক্সচেঞ্জ লেয়ার (সিইএল) এবং একটি অ্যানিয়ন এক্সচেঞ্জ লেয়ার (এইএল) রয়েছে। দুটি স্তর একসাথে বন্ধন. একটি জল বিভাজন অনুঘটক দুটি স্তরের জয়েন্টে থাকে। বিপিএম বিপরীত-পক্ষপাতের মেরুকরণের অধীনে প্রোটন এবং হাইড্রক্সাইড আয়ন তৈরি করে। প্রোটনগুলি অ্যাসিডিক চেম্বারে চলে যায়। হাইড্রক্সাইড আয়ন ক্ষারীয় চেম্বারে চলে যায়। বিপিএম ইলেক্ট্রোলাইসিস সেলের ভিতরে স্থিতিশীল পিএইচ গ্রেডিয়েন্ট রাখে।
ইলেকট্রোড। অ্যানোডটি ক্ষারীয় চেম্বারে স্থাপন করা হয়। অ্যানোড OER প্রতিক্রিয়া সমর্থন করে। নিকেল-ভিত্তিক উপাদান হল অ্যানোডের সাধারণ ভিত্তি উপাদান। নিকেল বোনা জাল ইলেক্ট্রোড কাজের জন্য একটি নির্ভরযোগ্য প্ল্যাটফর্ম। ক্যাথোডটি অ্যাসিডিক চেম্বারে স্থাপন করা হয়। ক্যাথোড তার প্রতিক্রিয়া সমর্থন করে। দ্বি-ফাংশনাল ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্টগুলি HER এবং OER উভয় প্রতিক্রিয়া চালাতে পারে। কোবাল্ট-নিকেল ফসফাইড ন্যানোয়ার ইলেক্ট্রোডের এই দ্বিবিধ কার্যক্ষমতা রয়েছে।
কর্মক্ষমতা সুবিধা
অনেক গবেষণা পরীক্ষা প্রমাণ করে যে এই প্রযুক্তিটি আরও ভাল কর্মক্ষমতা রয়েছে। এর হাইড্রোজেন উৎপাদনের গতি 2.2 V এ প্রচলিত ক্ষারীয় তড়িৎ বিশ্লেষণের চেয়ে চারগুণ বেশি। 200 mA/cm² এর বর্তমান ঘনত্বে এর শক্তির ব্যবহার প্রায় 30% কমে যায়। সিস্টেমটি শুধুমাত্র 1.39 V সেল ভোল্টেজ সহ 200 mA/cm² এর বর্তমান ঘনত্বে পৌঁছেছে। এই কর্মক্ষমতা অধিকাংশ ঐতিহ্যগত জল electrolyzers থেকে ভাল. BPM{10}ভিত্তিক অপ্রতিসম জলের তড়িৎ বিশ্লেষণ হল প্রথাগত প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন সিস্টেম এবং অ্যানিয়ন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন সিস্টেমের একটি ভাল বিকল্প।
এই প্রযুক্তিটি বড়-স্কেল ইলেক্ট্রোলাইজার ডিজাইন এবং উৎপাদন সমর্থন করে। এটি ইলেক্ট্রোলাইট রচনায় নমনীয় সমন্বয়ের অনুমতি দেয়। সিস্টেমটি সর্বশেষ উন্নত ইলেক্ট্রোক্যাটালিস্টের সাথে কাজ করতে পারে। সিস্টেমের দীর্ঘ-মেয়াদী কাজ করার ক্ষমতা স্থিতিশীল। একটি একক সঞ্চালন ইলেক্ট্রোলাইজার 25 ঘন্টারও বেশি সময় ধরে স্থিরভাবে চলে। এটি 1.550 V এ 10 mA/cm² এর বর্তমান ঘনত্ব রাখে। সিস্টেমটি 0.908 V এর ভোল্টেজে সৌর শক্তির সাথেও কাজ করতে পারে।
