سالڈ آکسائیڈ فیول سیلز (SOFCs) پگھلے ہوئے کاربونیٹ فیول سیلز سے زیادہ درجہ حرارت پر کام کرتے ہیں، کام کرنے کا درجہ حرارت 800 سے 1000 ڈگری تک ہوتا ہے۔ اس قسم کے فیول سیل میں، الیکٹرو موٹیو فورس سیل کے دونوں طرف مختلف آکسیجن کے جزوی دباؤ سے پیدا ہوتی ہے۔ انفرادی سیل دو الیکٹروڈ پر مشتمل ہوتا ہے (فیول الیکٹروڈ بطور منفی الیکٹروڈ اور آکسیڈینٹ الیکٹروڈ مثبت الیکٹروڈ کے طور پر) اور ایک الیکٹرولائٹ۔ انوڈ اور کیتھوڈ کے اہم کام الیکٹرانوں کو منظم کرنا اور رد عمل کی گیسوں اور مصنوعات کی گیسوں کے لیے بازی کے راستے فراہم کرنا ہیں۔
ٹھوس الیکٹرولائٹ گیسوں کو دونوں طرف سے الگ کرتا ہے۔ دونوں طرف آکسیجن کے مختلف جزوی دباؤ کی وجہ سے، آکسیجن کا ایک کیمیائی ممکنہ میلان پیدا ہوتا ہے۔ اس کیمیائی امکانی میلان کے زیر اثر، آکسیجن آئنز جنہوں نے کیتھوڈ پر الیکٹران حاصل کیے ہیں وہ ٹھوس الیکٹرولائٹ کے ذریعے انوڈ کی طرف بڑھتے ہیں۔ انوڈ پر، الیکٹران جاری کیے جاتے ہیں، جو دو قطبوں کے درمیان وولٹیج کی صلاحیت پیدا کرتے ہیں۔
سالڈ آکسائیڈ فیول سیلز (SOFCs) کو ایندھن کے خلیات کی تیسری نسل کے طور پر کہا جاتا ہے، جس میں ایک ٹھوس، غیر غیر محفوظ دھاتی آکسائیڈ الیکٹرولائٹ کے طور پر ہوتا ہے، جس کے ذریعے آکسیجن آئنز کرسٹل کے اندر آئنوں کی نقل و حمل کے لیے شٹل ہوتے ہیں۔ ٹیکنالوجی اب ایک پختہ مرحلے پر پہنچ چکی ہے۔ تاہم، اعلی درجہ حرارت پر کام کرنے کے قابل مواد کی محدود تعداد اور ان کی اعلی قیمت کی وجہ سے، درمیانی درجہ حرارت کے ایندھن کے خلیوں کی ترقی کی طرف ایک تبدیلی ہے۔
اصول
جب سالڈ آکسائیڈ فیول سیلز (SOFCs) ریفارمیٹ گیس (ہائیڈروجن اور CO کا مرکب) کے ساتھ ایندھن کے طور پر کام کرتے ہیں تو فیول سیل کے اندر درج ذیل رد عمل ہوتا ہے:
کیتھوڈ میں، آکسیجن کے مالیکیول الیکٹران حاصل کرتے ہیں اور آکسیجن آئنوں میں کم ہو جاتے ہیں، یعنی،
O2+4e−→2O2−
الیکٹرولائٹ جھلی کے دونوں اطراف میں ممکنہ فرق اور ارتکاز کی قوت کے زیر اثر، آکسیجن آئن، الیکٹرولائٹ جھلی میں آکسیجن خالی جگہوں کے ذریعے، اینوڈ سائیڈ میں ڈائریکٹ ٹرانزیشن سے گزرتے ہیں اور ایندھن کے ساتھ آکسیڈیشن کے رد عمل میں مشغول ہوتے ہیں، یعنی،
H2+O2-→H2O+2e-
CO٪2bO2-→ CO2+2e-
مجموعی ردعمل:
H2٪2bCO٪2bO2→ CO2+H2O
مرکب
برقی توانائی کو تبدیل کرنے کے کام کو آسانی سے پورا کرنے کے لیے، ایک SOFC (سالڈ آکسائیڈ فیول سیل) اسٹیک میں درج ذیل اجزاء شامل ہونے چاہئیں:
(1) ایک الیکٹرو کیمیکل کنورژن ڈیوائس جس میں ٹھوس الیکٹرولائٹ اور کیتھوڈ اور اینوڈ دونوں ہوتے ہیں۔ الیکٹرولائٹ مواد میں، ytria-stabilized zirconia سب سے زیادہ پختہ ترقی یافتہ ہے۔
(2) ایندھن کی اصلاح کرنے والا۔ اس ڈیوائس میں ایک اتپریرک، ایک کیریئر، اور ایک کنٹینر شامل ہے۔ یہ ایندھن کو چھوٹے گیسی مالیکیولز، جیسے میتھین میں تبدیل کرتا ہے، اور فیول سیل کے آپریشن کے دوران پیدا ہونے والی حرارت کا تبادلہ کرنے کے لیے سیل اسٹیک کے اگلے سرے پر رکھا جاتا ہے۔
(3) گیس اور ایندھن کی نقل و حمل کے چینلز (یا گیس تقسیم کرنے والے)۔ دھاتوں کو عام طور پر نالی کے مواد کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے تاکہ ری ایکٹنٹس کی زیادہ سے زیادہ بازی اور نقل و حمل کو یقینی بنایا جا سکے۔
(4) موجودہ جمع کرنے والے، جنہیں برقی برش بھی کہا جاتا ہے، عام طور پر دھاتوں یا اچھی برقی چالکتا کے ساتھ مواد سے بنا، موثر ترسیل کے لیے ضروری ہیں۔
(5) سینسر۔ سیل کے درجہ حرارت، موجودہ، مرکب کی اقسام، اور آؤٹ پٹ وولٹیج کی نگرانی کے لیے تجارتی طور پر دستیاب مختلف سینسرز کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔
(6) تھرمل کنٹرول ڈیوائسز، جیسے موصلی تہوں، کولر، ہیٹ ایکسچینجرز، اور وینٹیلیشن سسٹم۔
(7) دھاتی یا شیشے کی سیرامک ہاؤسنگ۔ کمرے کے درجہ حرارت پر قابل استعمال مواد، جیسے کہ سٹینلیس سٹیل 304، استعمال کیے جاتے ہیں۔ SOFC کے ساتھ اندرونی رابطے کے لیے اعلی درجہ حرارت سے بچنے والے مواد کی ضرورت ہوتی ہے، جس سے تجارتی دھاتی مرکبات مینوفیکچرنگ لاگت کو کم کرنے کے لیے سازگار ہوتے ہیں۔
خصوصیات
سالڈ آکسائیڈ فیول سیلز (SOFCs) ایک مثالی قسم کے فیول سیل ہیں، جو نہ صرف اعلیٰ کارکردگی اور دیگر ایندھن کے خلیات کے ماحول دوست فوائد کے حامل ہیں بلکہ درج ذیل نمایاں خصوصیات بھی رکھتے ہیں:
(1) SOFCs کا مکمل طور پر ٹھوس ڈھانچہ ہوتا ہے، جو مائع الیکٹرولائٹس کے استعمال سے منسلک سنکنرن کے مسائل اور الیکٹرولائٹ کے نقصان کے مسائل کو ختم کرتا ہے، جو طویل مدتی آپریشن کے امکانات پیش کرتا ہے۔
(2) 800 اور 1000 ڈگری کے درمیان درجہ حرارت پر کام کرتے ہوئے، SOFCs نہ صرف قیمتی دھاتی اتپریرک کی ضرورت کو ختم کر سکتے ہیں بلکہ قدرتی گیس، سنگاس اور ہائیڈرو کاربن کو ایندھن کے طور پر براہ راست استعمال کر سکتے ہیں، جس سے فیول سیل سسٹم کو آسان بنایا جا سکتا ہے۔
(3) SOFCs اعلی درجہ حرارت کی فضلہ حرارت جاری کرتی ہے، جسے گیس ٹربائنز یا سٹیم ٹربائنز کے ساتھ مشترکہ سائیکلوں میں استعمال کیا جا سکتا ہے، جس سے بجلی پیدا کرنے کی مجموعی کارکردگی میں نمایاں بہتری آتی ہے۔
