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प्रोटॉन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC)

1960
  • Willard Thomas Grubb
  • Leonard Niedrach
प्रयोगशाला में प्रोटॉन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल का प्रदर्शन, ऊर्जा रूपांतरण तकनीक को दर्शाता है।

(यह छवि केवल उदाहरण के लिए बनाई गई है)

एक प्रोटॉन-विनिमय झिल्ली ईंधन सेल (PEMFC) uses a solid polymer membrane, such as Nafion, as its electrolyte. This membrane selectively conducts protons ([latex]H^+[/latex]) from the anode to the cathode. PEMFCs operate at low temperatures (typically 50-100°C), enabling rapid start-up and a compact design. They require high-purity hydrogen as fuel to avoid poisoning the platinum-based उत्प्रेरक.

The heart of the PEMFC is the membrane electrode assembly (MEA), which consists of the proton-exchange membrane sandwiched between two catalyst-coated electrodes. At the anode, hydrogen gas is split into protons and electrons: [latex]H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-[/latex]. The solid polymer membrane, which is an electrical insulator, allows only the protons to pass through to the cathode. The electrons are forced to travel through an external circuit, generating the electrical current. At the cathode, oxygen from the air, the protons from the membrane, and the electrons from the external circuit combine to form water: [latex]O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O[/latex].

A critical aspect of PEMFC operation is water management. The membrane must remain hydrated to maintain its proton conductivity, but excess water at the cathode (product water) can block the flow of oxygen to the उत्प्रेरक sites, a phenomenon known as ‘flooding’. The low operating temperature makes PEMFCs susceptible to catalyst poisoning, particularly from carbon monoxide (CO) present in reformed hydrogen, which binds strongly to the platinum catalyst sites. This necessitates the use of very pure हाइड्रोजन ईंधनजिससे परिचालन लागत में वृद्धि होती है।

UNESCO Nomenclature: 3305
ऊर्जा प्रौद्योगिकी

Type

भौतिक उपकरण

व्यवधान

संतोषजनक

उपयोग

व्यापक उपयोग

शगुन

  • आविष्कार ईंधन सेल by William Grove (1838)
  • ड्यूपॉन्ट में वाल्थर ग्रोट द्वारा पहली आयन-एक्सचेंज पॉलीमर झिल्ली, नैफियन का विकास (1960 के दशक के उत्तरार्ध में)
  • research into platinum’s catalytic properties

आवेदन

  • ईंधन सेल इलेक्ट्रिक वाहनों (एफसीईवी) के लिए प्रणोदन प्रणालियाँ जैसे कि टोयोटा मिराई और हुंडई नेक्सो
  • महत्वपूर्ण बुनियादी ढांचे के लिए बैकअप बिजली इकाइयाँ
  • मनोरंजन और सैन्य उपयोग के लिए पोर्टेबल पावर जनरेटर
  • सामग्री ढोने वाले वाहन जैसे फोर्कलिफ्ट
  • नासा के प्रोजेक्ट जेमिनी अंतरिक्ष यान के लिए ऊर्जा स्रोत

पेटेंट:

  • US2913511A (Willard T. Grubb, 1959)

संभावित नवाचार विचार

  • पानी को बनाए रखने वाली स्व-आर्द्रता झिल्ली, ईंधन सेल प्रणाली को सरल बनाती है।
  • संक्रमण धातुओं या ग्राफीन-आधारित सामग्रियों का उपयोग करके प्लैटिनम-मुक्त उत्प्रेरक
  • उच्च तापमान वाले पीईएमएफसी (एचटी-पीईएमएफसी) जो 200° सेल्सियस तक काम कर सकते हैं, जिससे कार्बन डाइऑक्साइड सहनशीलता में सुधार होता है।
  • membranes with integrated reinforcement to improve mechanical durability and जीवनकाल
  • डायरेक्ट मेथनॉल या इथेनॉल पीईएमएफसी जो तरल ईंधन का उपयोग करते हैं
  • क्लोज्ड-लूप water management systems that recycle product water for membrane hydration
  • अभिकारक प्रवाह को अनुकूलित करने के लिए 3डी-मुद्रित गैस प्रसार परतें
  • झिल्ली की विफलता और उत्प्रेरक के क्षरण की भविष्यवाणी करने के लिए एआई-आधारित निदान प्रणाली
  • ठोस अवस्था में हाइड्रोजन भंडारण के लिए धातु हाइड्राइड के साथ एकीकृत पीईएमएफसीएस
  • हल्के, संक्षारण प्रतिरोधी मिश्रित सामग्रियों से बनी द्विध्रुवीय प्लेटें
संबंधित विषय: पीईएमएफसी, प्रोटॉन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन, नैफियन, उत्प्रेरक, प्लैटिनम, हाइड्रोजन ईंधन, मेम्ब्रेन इलेक्ट्रोड असेंबली, निम्न तापमान, ऑटोमोटिव, जनरल इलेक्ट्रिक।

ऐतिहासिक संदर्भ

प्रोटॉन-एक्सचेंज मेम्ब्रेन फ्यूल सेल (PEMFC)

1960
1960
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1960
1962
1963
1965-12-21
1960
1960
1960
1960
1960
1962-10-09
1964
1970

(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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