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ईंधन सेल

1838
  • William Grove
Early fuel cell apparatus by William Grove, showcasing electrochemical principles in physical chemistry.

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

फ्यूल सेल एक विद्युत रासायनिक उपकरण है जो ईंधन (आमतौर पर हाइड्रोजन) और ऑक्सीकरण एजेंट (अक्सर ऑक्सीजन) की रासायनिक ऊर्जा को सीधे बिजली में परिवर्तित करता है। बैटरी के विपरीत, इसे काम करने के लिए ईंधन और ऑक्सीकरण एजेंट की निरंतर बाहरी आपूर्ति की आवश्यकता होती है। इसके मुख्य घटक एनोड, कैथोड और उन्हें अलग करने वाला इलेक्ट्रोलाइट हैं, जो आयन परिवहन को सुगम बनाता है।

ईंधन सेल की मूलभूत कार्यप्रणाली में दो समवर्ती रेडॉक्स अभिक्रियाएँ शामिल होती हैं। एनोड (ऋणात्मक इलेक्ट्रोड) पर, ईंधन (जैसे हाइड्रोजन) ऑक्सीकृत होता है, जिससे इलेक्ट्रॉन मुक्त होते हैं और धनात्मक आयन बनते हैं। हाइड्रोजन ईंधन cell, this reaction is [latex]2H_2 \rightarrow 4H^+ + 4e^-[/latex]. These electrons cannot pass through the electrolyte; instead, they are forced to travel through an external circuit, creating a usable electric current. The ions, however, migrate through the electrolyte to the cathode (the positive electrode). At the cathode, the oxidizing agent (e.g., oxygen from the air) reacts with the incoming ions and electrons to form a waste product, which is typically water in a hydrogen fuel cell. The cathode reaction is [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

यह प्रक्रिया प्रत्यक्ष ऊर्जा रूपांतरण है, जो रासायनिक स्थितिज ऊर्जा को बिना किसी मध्यवर्ती दहन चरण के सीधे विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करती है। यह पारंपरिक ऊष्मा इंजनों (जैसे आंतरिक दहन इंजन) की तुलना में एक प्रमुख लाभ है, जो कार्नोट चक्र द्वारा सीमित होते हैं और अपशिष्ट ऊष्मा के रूप में काफी मात्रा में ऊर्जा खो देते हैं। इलेक्ट्रोलाइट एक महत्वपूर्ण घटक है, क्योंकि इसके गुण ईंधन सेल के प्रकार को निर्धारित करते हैं। इसे उस विशिष्ट आयन के लिए उत्कृष्ट चालक होना चाहिए जिसे यह परिवहन करने के लिए डिज़ाइन किया गया है (जैसे, प्रोटॉन, हाइड्रॉक्साइड आयन या ऑक्साइड आयन), लेकिन इलेक्ट्रॉनों के लिए खराब चालक होना चाहिए, जिससे सेल को आंतरिक रूप से शॉर्ट-सर्किट होने से रोका जा सके।

UNESCO Nomenclature: 2203
भौतिक रसायन विज्ञान

Type

भौतिक उपकरण

व्यवधान

मूलभूत

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • हेनरी कैवेंडिश द्वारा हाइड्रोजन की खोज (1766)
  • जोसेफ प्रिस्टली और कार्ल विल्हेम शीले द्वारा ऑक्सीजन की खोज (लगभग 1774)
  • आविष्कार वोल्टाइक ढेर एलेसेंड्रो वोल्टा द्वारा (1800)
  • formulation of the laws of इलेक्ट्रोलीज़ by Michael Faraday (1833)

आवेदन

  • ऑटोमोटिव प्रणोदन (एफसीईवी)
  • स्थिर विद्युत उत्पादन
  • पोर्टेबल पावर उपकरण
  • डेटा केंद्रों और दूरसंचार के लिए बैकअप पावर सिस्टम
  • अंतरिक्ष यान और दूरस्थ स्थानों के लिए बिजली

पेटेंट:

  • US391381A (Francis Bacon, 1959, for alkaline fuel cell)

संभावित नवाचार विचार

  • प्रत्यारोपण योग्य चिकित्सा उपकरणों के लिए लघु आकार के ईंधन सेल
  • ईंधन सेल से चलने वाले ड्रोन जो लंबे समय तक उड़ान भर सकते हैं
  • आवासीय ईंधन सेल इकाइयाँ जो प्राकृतिक गैस से बिजली और गर्म पानी दोनों प्रदान करती हैं
  • flexible, पहनने योग्य fuel cells integrated into textiles to power personal electronics
  • ग्रिड स्थिरीकरण और ऊर्जा भंडारण के लिए बड़े पैमाने पर ईंधन सेल फार्म
  • जैविक कचरे से बिजली उत्पन्न करने वाले जैव-ईंधन सेल
  • ऑफ-ग्रिड घरों में एकीकृत ऊर्जा भंडारण और उत्पादन के लिए प्रतिवर्ती ईंधन सेल
  • गहरे समुद्र की खोज या ग्रहों पर चलने वाले रोवर्स जैसे चरम वातावरण के लिए डिज़ाइन किए गए ईंधन सेल।
  • विशेष अनुप्रयोगों के लिए 3डी-प्रिंटेड कस्टम फ्यूल सेल स्टैक
  • ईंधन सेल जो एकीकृत इलेक्ट्रोलाइसिस के माध्यम से हाइड्रोजन उत्पादन के लिए वायुमंडलीय जल वाष्प का उपयोग करते हैं।
संबंधित विषय: ईंधन सेल, विद्युत रसायन विज्ञान, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, एनोड, कैथोड, इलेक्ट्रोलाइट, रेडॉक्स अभिक्रिया, प्रत्यक्ष ऊर्जा रूपांतरण, विलियम ग्रोव।

ऐतिहासिक संदर्भ

ईंधन सेल

1832
1834
1835
1838
1841
1845
1850
1831
1833
1834
1836
1839-01-01
1842
1847
1850

(यदि तिथि अज्ञात है या प्रासंगिक नहीं है, उदाहरण के लिए "द्रव यांत्रिकी", तो इसके उल्लेखनीय उद्भव का एक अनुमानित आंकड़ा प्रदान किया गया है)

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