எரிமக்கலன் வகைகள் பகுதி 6.b - Types of Fuel Cells

உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் மற்றும் PEM எரிமக்கலன்:

(ii) உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் (Molten Carbonate Fuel Cell)

இவ்வகை எரிமக்கலனின் வடிவமைப்பு கீழே இருக்கும் வரைபடத்தில் உள்ளது.

இவ்வரைபடத்திலிருந்து நாம் கவனிக்க வேண்டியவை,

1.எரிபொருளை ஹைட்ரஜன் வாயுவை ஒரு மின் தகட்டிலும், ஆக்சிஜனை மற்ற மின் தகட்டிலும் செலுத்துகிறோம். ஆக்சிஜனுடன் CO₂ வாயுவையும் செலுத்துகிறோம். ஆனால் CO₂ வாயு ஹைட்ரஜன் இருக்கும் பக்கம் வெளி வருகிறது.

2.நடுவில் இருக்கும் மின் வேதிப் பொருள் மூன்றுவகைப் பொருள்களைக் கொண்டது. ஒன்று (Li)₂CO₃ என்ற லித்தியம் கார்பனேட்டு, இரண்டாவது K₂CO₃ என்ற பொட்டாசியம் கார்பனேட்டு, இவை இரண்டும் (CO₃)^2- என்ற கார்பனேட்டு அயனியை ஒரு மின்தகட்டிலிருந்து மற்ற மின் தகட்டிற்கு நகர்ந்து செல்ல உதவும்.

மூன்றாவது பொருளான LIAlO₂ என்ற லித்தியம், அலுமினியம்-ஆக்சைடு, பீங்கான் போன்ற(Cenremic) பொருளாகும். இது 600^oC அல்லது 700^oC வெப்ப நிலையில்கூட உறுதியாக(Strong) இருக்கும்.

உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன் சுமார் 600 அல்லது 700^oC-ல்தான் வேலை செய்யும். அதனால்தான் LIACO₂ இங்கு தேவைப்படுகிறது.

இந்த எரிமக்கலனில் நடக்கும் வினை

2 H₂ + O₂ + CO₂ = 2 H₂O + CO₂.

இங்கு நாம் CO₂ சமன்பாட்டின் இரு பக்கத்திலும் இருப்பதைக் கவனிக்க வேண்டும். CO₂-வை ஒரு புறம் செலுத்தி மறுபுறம் திரும்பப் பெற வேண்டும். CO₂ இல்லாவிட்டால் இந்த வினை நடக்காது. பெரும்பாலும் வெளியே வரும் CO₂ மீண்டும் எரிமக்கலனுக்குள் செலுத்தப்படும் (Recycle).

நடுவில் இருக்கும் மின்வேதிப் பொருள் 30% K2CO3, 30% (Li)₂CO₃ மற்றும் 40% LIACO₂ இருக்கும். சாதாரணமாக இவை மூன்றும் திட நிலையில் இருக்கும். 600 Cக்கு மேல் LiACO₂ மட்டும் திட நிலையில் இருக்கும். K₂CO₃ மற்றும் (Li)₂CO₃ இரண்டும் உருகி திரவ நிலையில் இருக்கும். அதனால்தான் இந்த எரிமக்கலனுக்கு “உருகிய கார்பனேட்டு எரிமக்கலன்” என்று பெயர். இவ்வாறு உருகிய நிலையில்தான் கார்பனேட்டு அயனி [(CO₃)^2-] ஒரு மின் தகட்டிலிருந்து மற்ற மின் தகட்டிற்குச் செல்ல முடியும்.

இவ்வகை எரிமக்கலன்களில் Ni-Cr (நிக்கல், குரோமியம்) அல்லது Ni-Al (நிக்கல், அலுமினியம்) உலோகக் கலவைகள் ஹைட்ரஜன் வாயு செலுத்துமிடத்தில் மின்தகடாகப் பயன்படுகின்றன. வெப்ப நிலை அதிகமாக (600^oCக்கு மேல்) இருப்பதால், வினை வேகமாகவே நடக்கும். அதிக அளவு வினை ஊக்கித் திறன்(Catalytic Activity) தேவைப்படுவதில்லை. அதனால் ஓரளவு பரப்பளவும், நுண்துகள்களுடனும் இருந்தாலே போதுமானது.

ஆக்சிஜன் மற்றும் கார்பன்-டை-ஆக்சைடு செலுத்தப்படும் பகுதியில் உள்ள மின் தகடு நிக்கல் ஆக்சைடு(Ni-O) என்ற பொருளால் செய்யப்பட்டிருக்கும்.

இவ்வகை எரிமக்கலனில் efficiency (பயன் விகிதம்?)நன்றாக இருக்கும். ஆனால் வேலை செய்யும் வெப்ப நிலை அதிகமாக இருப்பதால் வீடுகளிலோ, மோட்டார் வண்டிகளிலோ பயன்படுத்த இயலாது. எரிபொருளை பயன்படுத்தி மின்சாரம் உற்பத்தி செய்து ஒரு ஊருக்கு அல்லது மாவட்டத்திற்குக் கொடுக்கும் மின் நிலையத்திற்கு(Medium size and small size power plant) பயன்படுத்தலாம். முதலில் இதன் வெப்ப நிலையை அதிகரிக்க பேட்டரியிலிருந்து மின்சாரம் எடுத்து அதை வெப்பமாக்க வேண்டும். அல்லது ஹைட்ரஜன் வாயுவை எரித்து வெப்பமாக்க வேண்டும். அதற்கு சற்று நேரம் பிடிக்கும். எனவே தேவைப்பட்ட போதெல்லாம் அடிக்கடி ஆன்-ஆஃப்(On-Off) செய்யும் வீடு மற்றும் வண்டிகளில் பயன்படுத்த முடியாது.

(iii)பாலிமர் மின்வேதிப் பொருள் எரிமக்கலன்.Polymer Electrolyte Fuel Cell (or) PEM Fuel Cell (or) Proton Exchange Membrane Fuel Cell

“பெம் எரிமக்கலன்” (PEM Fuel Cell) என்ற வகை எரிமக்கலன் மற்ற வகை எரிமக்கலன்கள் போலவே மூன்று பிரிவுகள் உடையது.

1. ஹைட்ரஜன் செல்லும் மின்தகடு.
2. ஆக்சிஜன் செல்லும் மின்தகடு.
3. நடுவில் இருக்கும் மின்வேதிப் பொருள். இது கரிமப் பொருளாலான சவ்வு
போன்ற பொருளாகும். (Organic Membrane)

இரண்டு மின் தகடுகளிலும் பிளாட்டினம் தேவைப்படுகிறது. பிளாட்டினம் விலை உயர்ந்தது என்பதை நாம் அறிவோம். தற்போது பிளாட்டினத்தை மிகக் குறைந்த அளவில் பயன்படுத்தி மின்தகடு செய்யும் தொழில் நுட்பம் உள்ளது. (ஒரு சதுர அடிக்கு 0.18g, தற்போதைய விலையில் அதன் விலை ரூ.315 ஆகும்) அதனால் முதலீட்டுத் தொகை ஓரளவு கட்டுப்படியாகும்படி இருக்கிறது.

நடுவில் இருக்கும் சவ்வு கரிமப் பொருளாகும். இதில் பலவிதமான சவ்வுகளைப் பயன்படுத்தலாம். ஆனால் சிறப்பாக வேலை செய்வது நாஃபியான்(Nafion) என்ற சவ்வுதான். இதை அமெரிக்காவில் இருக்கும் டூ-பான்ட்(Dupont) நிறுவனம் தயாரிக்கிறது. இந்த சவ்வை கொஞ்சம் தண்ணீரில் நனைத்து பயன்படுத்த வேண்டும்.

மின்தகடுகளில் நுண்துளைகள் இருக்கும். அவற்றின் வழியாக ஹைட்ரஜன் (அல்லது ஆக்சிஜன்) வாயு வந்து சவ்வு இருக்கும் இடத்தில் வினை புரியும்.

மேலே உள்ள படத்தில் இடம்-1-ல் ஹைட்ரஜன் வாயு அயனியாக மாறும்.
H₂ = 2H⁺ + 2e^-

இந்த வினை நடைபெற பிளாட்டினம் மின் ஊக்கியும், கொஞ்சம் தண்ணீரும் தேவை. தண்ணீர் இல்லாவிட்டால் இந்த வினை நடைபெறாது.இதில் உருவான H⁺ அயனி, சவ்வு வழியே ஊடுருவிச் சென்று மறுபுறம் மின் தகட்டை அடையும். அவ்வாறு ஊடுருவிச் செல்லவும் சவ்வில் தண்ணீர் தேவை. மறுபுறம் மின்தகட்டில் 4H⁺ + O₂ + 4e^- = 2 H₂O என்ற வேதிவினை நடைபெற்று தண்ணீர் உருவாகும்.

எரிமக்கலன் நன்றாக வேலை செய்ய, சவ்வில் சரியான அளவு தண்ணீர் இருப்பது அவசியம். தண்ணீர் குறைந்தால் ஹைட்ரஜன் அயனியாக மாறாது. மாறிய அயனி சவ்வின் வழியே செல்லாது.

தண்ணீர் அதிகமாகிவிட்டாலும் பிரச்சினைதான். தண்ணீரானது (எலெக்ட்ரோடு) மின் தகடுகளில் உள்ள நுண்துளைகளில் புகுந்து அடைத்துக் கொள்ளும். அப்பொழுது ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்சிஜன் உள்ளே வரவே முடியாது. இந்நிலை வெள்ளம் (Flooding) என்று சொல்லப்படும் தண்ணீர் மிகவும் குறைந்துவிட்டால் உலர்ந்த நிலை(Dried) என்று சொல்லப்படும்.

”நாஃபியான்” சவ்வு மிக மெல்லியதாக இருக்கும். இதைத் துணியை ஈரமாக வைத்திருப்பதைப் போல வைக்க வேண்டும். இவ்வகை எரிமக்கலனில் தண்ணீர் 60^oCஅல்லது 70^oC-ல் வெளியே வரும். நீராவியாக வராது. இந்த எரிமக்கலன் 80^oC-க்கு கீழேயே நன்றாக வேலை செய்யும்.

அதனால் வீடுகளிலும், வண்டிகளிலும் இதைப் பயன்படுத்துவது சாத்தியமே. தற்பொழுது இந்த எரிமக்கலனை வைத்து சில இடங்களில் பேருந்துகள் ஓட்டப்படுகின்றன. வருங்காலத்தில் இது பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படும் என வல்லுநர்கள் கூறுகிறார்கள்.

அடுத்த பதிவில், நேரடியாக மெத்தனால் பயன்படுத்தும் எரிமக்கலன், பாஸ்பாரிக் அமில எரிமக்கலன், திடநிலை ஆக்சைடு எரிமக்கலன் ஆகியவற்றைப் பற்றி பார்க்கலாம்.