Electrolysis of water
પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા પાણીને ઓક્સિજન () અને હાઇડ્રોજન () ગેસમાં વિભાજિત કરવા માટે વીજળીનો ઉપયોગ કરે છે. આ રીતે મુક્ત થતા હાઇડ્રોજન ગેસનો ઉપયોગ હાઇડ્રોજન ઇંધણ તરીકે થઈ શકે છે, પરંતુ તેને ઓક્સિજનથી અલગ રાખવો જોઈએ કારણ કે મિશ્રણ અત્યંત વિસ્ફોટક હશે. અનુકૂળ 'ટાંકીઓ' અથવા 'ગેસ બોટલ' માં અલગથી દબાણ કરવામાં આવે છે, હાઇડ્રોજનનો ઉપયોગ ઓક્સિહાઇડ્રોજન વેલ્ડીંગ અને અન્ય ઉપયોગો માટે થઈ શકે છે, કારણ કે હાઇડ્રોજન/ઓક્સિજનની જ્યોત આશરે 2,800 ડિગ્રી સેલ્સિયસ સુધી પહોંચી શકે છે. પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે ઓછામાં ઓછો 1.23 વોલ્ટનો સંભવિત તફાવત જરૂરી છે, જો કે તે વોલ્ટેજ પર બાહ્ય ગરમી પણ જરૂરી છે. સામાન્ય રીતે 1.5 વોલ્ટની જરૂર પડે છે. ઔદ્યોગિક ઉપયોગોમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન દુર્લભ છે કારણ કે અશ્મિભૂત ઇંધણમાંથી હાઇડ્રોજન ઓછું ખર્ચાળ રીતે ઉત્પન્ન કરી શકાય છે. 1789માં, જાન રુડોલ્ફ ડીમેન અને એડ્રિયાન પેટ્સ વાન ટ્રુસ્ટવિજે વીજળી બનાવવા માટે ઇલેક્ટ્રોસ્ટેટિક મશીનનો ઉપયોગ કર્યો હતો જે લેડેન બરણીમાં સોનાના ઇલેક્ટ્રોડ પર છોડવામાં આવી હતી. 1800 માં એલેસાન્ડ્રો વોલ્ટાએ વોલ્ટેઇક ખૂંટોની શોધ કરી હતી, જ્યારે થોડા અઠવાડિયા પછી અંગ્રેજ વૈજ્ઞાનિકો વિલિયમ નિકોલ્સન અને એન્થોની કાર્લિસલે પાણીનો વિદ્યુત વિચ્છેદન કરવા માટે તેનો ઉપયોગ કર્યો હતો. 1806 માં હમ્ફ્રી ડેવીએ વ્યાપક નિસ્યંદિત પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રયોગોના પરિણામોની જાણ કરી હતી, જેમાં તારણ કાઢ્યું હતું કે નાઇટ્રિક એસિડ ઓગળેલા વાતાવરણીય નાઇટ્રોજનમાંથી એનોડ પર ઉત્પન્ન થાય છે. તેમણે ઉચ્ચ વોલ્ટેજ બેટરી અને બિન-પ્રતિક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રોડ અને સોનાના ઇલેક્ટ્રોડ શંકુ જેવા જહાજોનો ઉપયોગ કર્યો હતો, જે ભીના એસ્બેસ્ટોસ દ્વારા બાંધવામાં આવતા જહાજો સાથે બમણા થઈ ગયા હતા. ઝેનોબે ગ્રામેએ 1869માં ગ્રામ મશીનની શોધ કરી હતી, જેનાથી ઇલેક્ટ્રોલિસિસ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન માટે એક સસ્તી પદ્ધતિ બની હતી. વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનના ઔદ્યોગિક સંશ્લેષણની પદ્ધતિ 1888માં દિમિત્રી લાચિનોવ દ્વારા વિકસાવવામાં આવી હતી. સિદ્ધાંતો ડીસી વિદ્યુત ઉર્જા સ્ત્રોત બે ઇલેક્ટ્રોડ અથવા બે પ્લેટ (સામાન્ય રીતે પ્લેટિનમ અથવા ઇરિડિયમ જેવી નિષ્ક્રિય ધાતુમાંથી બનેલી) સાથે જોડાયેલ હોય છે જે પાણીમાં મૂકવામાં આવે છે. હાઇડ્રોજન કેથોડ (જ્યાં ઇલેક્ટ્રોન પાણીમાં પ્રવેશ કરે છે) પર અને ઓક્સિજન એનોડ પર દેખાય છે. આદર્શ ફેરાડેઇક કાર્યક્ષમતાને ધારીએ તો, ઉત્પન્ન થયેલ હાઇડ્રોજનની માત્રા ઓક્સિજનની માત્રા કરતાં બમણી હોય છે, અને બંને દ્રાવણ દ્વારા સંચાલિત કુલ વિદ્યુત ચાર્જના પ્રમાણસર હોય છે. જો કે, ઘણા કોષોમાં સ્પર્ધાત્મક આડઅસરો થાય છે, જે વધારાના ઉત્પાદનોમાં પરિણમે છે અને આદર્શ ફેરાડેઇક કાર્યક્ષમતા કરતાં ઓછી છે. શુદ્ધ પાણીના વિદ્યુતવિશ્લેષણ માટે વિવિધ સક્રિયકરણ અવરોધોને દૂર કરવા માટે વધુ પડતી ક્ષમતાના સ્વરૂપમાં વધારાની ઊર્જાની જરૂર પડે છે. વધારાની ઊર્જા વિના, વિદ્યુત વિચ્છેદન ધીમે ધીમે થાય છે કે બિલકુલ નહીં. આ અંશતઃ પાણીના મર્યાદિત સ્વ-આયનીકરણને કારણે છે. શુદ્ધ પાણીની વિદ્યુત વાહકતા દરિયાઈ પાણીના દસ લાખમાં ભાગ જેટલી હોય છે. ઘણા ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કોષોમાં જરૂરી વિદ્યુત ઉત્પ્રેરકનો અભાવ હોય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ (જેમ કે મીઠું, એસિડ અથવા બેઝ) અને વિદ્યુત ઉત્પ્રેરકના ઉમેરા દ્વારા કાર્યક્ષમતામાં વધારો થાય છે. સમીકરણો નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ કેથોડ પર શુદ્ધ પાણીમાં, ઘટાડાની પ્રતિક્રિયા થાય છે, જેમાં કેથોડમાંથી ઇલેક્ટ્રોન (e−) હાઇડ્રોજન વાયુ બનાવવા માટે હાઇડ્રોજન કેટાયનને આપવામાં આવે છે. હકારાત્મક રીતે ચાર્જ કરેલા એનોડ પર, ઓક્સિડેશન પ્રતિક્રિયા થાય છે, જે ઓક્સિજન ગેસ ઉત્પન્ન કરે છે અને સર્કિટને પૂર્ણ કરવા માટે એનોડને ઇલેક્ટ્રોન આપે છે. બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ, ઘટાડો અને ઓક્સિડેશન, સંતુલિત પ્રણાલી બનાવવા માટે જોડાયેલા છે. દરેક અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને સંતુલિત કરવા માટે, પાણી એસિડિક અથવા બેઝિક હોવું જરૂરી છે. એસિડની હાજરીમાં, સમીકરણો આ પ્રમાણે છેઃ આધારની હાજરીમાં, સમીકરણો આ પ્રમાણે છેઃ અડધી પ્રતિક્રિયા જોડીનું મિશ્રણ કરવાથી પાણીનું ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજનમાં સમાન એકંદર વિઘટન થાય છેઃ હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજન બંને ડાયટોમિક પરમાણુઓ છે અને પાણીના અણુઓમાં ઓક્સિજન પરમાણુઓ કરતા બમણા હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ હોય છે તે હકીકતોને ધ્યાનમાં રાખીને, ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન અણુઓની સંખ્યા આમ ઓક્સિજન અણુઓની સંખ્યાની બમણી હોય છે. બંને વાયુઓ માટે સમાન તાપમાન અને દબાણ ધારીએ તો, કદ મોલ્સના પ્રમાણમાં હોય છે, તેથી હાઇડ્રોજન ગેસના બમણા મોટા જથ્થાને ઓક્સિજન ગેસ તરીકે ઉત્પન્ન કરવામાં આવે છે. પાણીમાંથી પસાર થતા ઇલેક્ટ્રોનની સંખ્યા ઉત્પન્ન થયેલા હાઇડ્રોજન પરમાણુઓની સંખ્યા કરતાં બમણી અને ઉત્પન્ન થયેલા ઓક્સિજન અણુઓની સંખ્યા કરતાં ચાર ગણી છે. થર્મોડાયનેમિક્સ પ્રમાણભૂત તાપમાન અને દબાણ પર શુદ્ધ પાણીનું હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનમાં વિઘટન થર્મોડાયનેમિક દ્રષ્ટિએ અનુકૂળ નથી. આમ, જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન કોષની પ્રમાણભૂત ક્ષમતા (Eocell = Eocathode − Eoanode) − 1.229 V 25°C પર pH 0 ([H +] = 1 M) પર છે. 25°C પર pH 7 ([H +] = 1 M) સાથે, નેર્ન્સ્ટ સમીકરણના આધારે પોટેન્શિયલમાં કોઈ ફેરફાર થતો નથી. થર્મોડાયનેમિક સ્ટાન્ડર્ડ સેલ પોટેન્શિયલ પ્રમાણભૂત-સ્થિતિ મુક્ત ઊર્જાની ગણતરીઓમાંથી મેળવી શકાય છે જેથી αG° શોધી શકાય અને પછી સમીકરણનો ઉપયોગ કરી શકાયઃ αG° = −nFE° (જ્યાં E° એ કોષ પોટેન્શિયલ છે અને F એ ફેરાડે અચળાંક છે, એટલે કે. 96, 485.3321233 C/mol). ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ્ડ પાણીના બે અણુઓ માટે અને તેથી બે હાઇડ્રોજન પરમાણુઓ રચાય છે, n = 4, અને αG° = 474.48 kJ/2 મોલ (પાણી) = 237.24 kJ/મોલ (પાણી) αS° = 163 J/K મોલ (પાણી) αH° = 571.66 kJ/2 મોલ (પાણી) = 285.83 kJ/મોલ (પાણી) અને 141.86 kJ/g (H2). જો કે, વ્યક્તિગત ઇલેક્ટ્રોડ સંતુલન સંભવિતતા સંબંધિત ગણતરીઓ માટે પ્રવૃત્તિ ગુણાંકને ધ્યાનમાં લેવા માટે સુધારા જરૂરી છે. વ્યવહારમાં જ્યારે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષને વાજબી ક્ષમતા લાગુ કરીને પૂર્ણ થવા તરફ "સંચાલિત" કરવામાં આવે છે, ત્યારે તે ગતિશીલ રીતે નિયંત્રિત થાય છે. તેથી, સક્રિયકરણ ઊર્જા, આયન ગતિશીલતા (પ્રસરણ) અને સાંદ્રતા, વાયર પ્રતિકાર, પરપોટાની રચના (ઇલેક્ટ્રોડ વિસ્તારને અવરોધે છે) અને એન્ટ્રોપી સહિત સપાટીના અવરોધને દૂર કરવા માટે વધુ ક્ષમતાની જરૂર પડે છે. જરૂરી ક્ષમતામાં વધારાની માત્રાને અતિશય ક્ષમતા કહેવામાં આવે છે. શુદ્ધ પાણીમાં ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ કેથોડ પર H + કેટાયનનો વપરાશ કરે છે/ઘટાડે છે અને એનોડ પર હાઇડ્રોક્સાઇડ (OH−) આયનોનો વપરાશ કરે છે/ઓક્સિડાઇઝ કરે છે. પાણીમાં પીએચ સૂચક ઉમેરીને આની ચકાસણી કરી શકાય છેઃ કેથોડની નજીકનું પાણી ક્ષારયુક્ત હોય છે જ્યારે એનોડની નજીકનું પાણી એસિડિક હોય છે. હાઇડ્રોક્સાઇડ OH-જે એનોડ સુધી પહોંચે છે તે મોટે ભાગે હકારાત્મક હાઇડ્રોનિયમ આયનો (H3O +) સાથે જોડાઈને પાણી બનાવે છે. કેથોડ સુધી પહોંચતા હકારાત્મક હાઇડ્રોનિયમ આયનો મોટે ભાગે નકારાત્મક હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો સાથે જોડાઈને પાણી બનાવે છે. પ્રમાણમાં થોડા હાઇડ્રોનિયમ/હાઇડ્રોક્સાઇડ આયન કેથોડ/એનોડ સુધી પહોંચે છે. આ બંને ઇલેક્ટ્રોડ્સ પર વધુ પડતી ક્ષમતાનું કારણ બની શકે છે. શુદ્ધ પાણીમાં સેમિકન્ડક્ટર્સની જેમ ચાર્જ વાહક ઘનતા હોય છે કારણ કે તે ઓરડાના તાપમાને ઓછું ઓટોઆયનકરણ ધરાવે છે, કેડબલ્યુ = 1 × 10−14 અને આમ શુદ્ધ પાણી નબળી રીતે પ્રવાહનું સંચાલન કરે છે, 0.055 μS·cm−1. જ્યાં સુધી પાણીના ઓટોઆયનકરણને વધારવા માટે મોટી ક્ષમતા લાગુ કરવામાં ન આવે ત્યાં સુધી, શુદ્ધ પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન ધીમે ધીમે આગળ વધે છે, જે એકંદર વાહકતા દ્વારા મર્યાદિત હોય છે. જલીય ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વાહકતામાં નોંધપાત્ર વધારો કરી શકે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કેટાયન અને એનાયનમાં વિચ્છેદિત થાય છે; એનાયન એનોડ તરફ દોડે છે અને ત્યાં હકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ H + ના નિર્માણને તટસ્થ કરે છે; તેવી જ રીતે, કેટાયન કેથોડ તરફ દોડે છે અને ત્યાં નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ OH-ના નિર્માણને તટસ્થ કરે છે. આ વીજળીના સતત પ્રવાહને મંજૂરી આપે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટમાંથી આવતા એનાયનો ઇલેક્ટ્રોન છોડવા માટે હાઇડ્રોક્સાઇડ આયનો સાથે સ્પર્ધા કરે છે. હાઇડ્રોક્સાઇડ કરતાં ઓછી પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા ધરાવતો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ આયન હાઇડ્રોક્સાઇડને બદલે ઓક્સિડાઇઝ થશે, જેનાથી કોઈ ઓક્સિજન ગેસ ઉત્પન્ન થશે નહીં. તેવી જ રીતે, હાઇડ્રોજન આયન કરતાં વધુ પ્રમાણભૂત ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા ધરાવતું કેટાયન હાઇડ્રોજનને બદલે ઘટશે. વિવિધ કેટાયન H + કરતા ઓછી ઇલેક્ટ્રોડ ક્ષમતા ધરાવે છે અને તેથી ઇલેક્ટ્રોલાઇટ કેટાયન તરીકે ઉપયોગ કરવા માટે યોગ્ય છેઃ Li +, Rb +, K +, Cs +, BA2 +, Sr2 +, Ca2 +, Na +, અને Mg2 +. સોડિયમ અને લિથિયમ સામાન્ય પસંદગીઓ છે, કારણ કે તેઓ સસ્તા, દ્રાવ્ય ક્ષાર બનાવે છે. જો એસિડનો ઇલેક્ટ્રોલાઇટ તરીકે ઉપયોગ થાય છે, તો કેટાયન H + છે, અને H + માટે કોઈ હરીફ પાણીને અલગ કરીને બનાવવામાં આવતું નથી. સૌથી વધુ ઉપયોગમાં લેવાતા આયન સલ્ફેટ (α) છે, કારણ કે તેનું ઓક્સિડાઇઝેશન કરવું મુશ્કેલ છે. પેરોક્સીડાઇસલ્ફેટ આયનમાં આ આયનના ઓક્સિડેશન માટેની પ્રમાણભૂત ક્ષમતા + 2.010 વોલ્ટ છે. સલ્ફ્યુરિક એસિડ (H2 SO4) જેવા મજબૂત એસિડ અને પોટેશિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (KOH) અને સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ (NaOH) જેવા મજબૂત પાયા તેમની મજબૂત વહન ક્ષમતાઓને કારણે ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સ તરીકે સામાન્ય પસંદગીઓ છે. નેફિયોન જેવા નક્કર પોલિમર ઇલેક્ટ્રોલાઇટનો ઉપયોગ કરી શકાય છે અને જ્યારે પટલની દરેક બાજુ યોગ્ય ઉત્પ્રેરક સાથે લાગુ કરવામાં આવે છે ત્યારે તે ઓછામાં ઓછા 1.5 વોલ્ટ સાથે અસરકારક રીતે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ કરી શકે છે. કેટલીક વ્યાપારી વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રણાલીઓ ઘન વિદ્યુત વિચ્છેદનનો ઉપયોગ કરે છે. શુદ્ધ જળ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-મુક્ત શુદ્ધ જળ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ઊંડા-પેટા-ડેબાય-લંબાઈના નેનોગેપ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ કોષો દ્વારા પ્રાપ્ત કરવામાં આવ્યું છે. જ્યારે કેથોડ અને એનોડ વચ્ચેનું અંતર ડેબી-લંબાઈ (શુદ્ધ પાણીમાં 1 માઇક્રોન, નિસ્યંદિત પાણીમાં આશરે 220 એનએમ) કરતા નાનું હોય, ત્યારે બે ઇલેક્ટ્રોડના બે સ્તરના પ્રદેશો ઓવરલેપ થઈ શકે છે, જે સમગ્ર અંતરમાં સમાન રીતે ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષેત્ર તરફ દોરી જાય છે. આવા ઉચ્ચ વિદ્યુત ક્ષેત્ર આયન પરિવહનમાં નોંધપાત્ર વધારો કરી શકે છે (મુખ્યત્વે સ્થળાંતરને કારણે), સ્વ-આયનીકરણમાં વધુ વધારો કરી શકે છે, પ્રતિક્રિયા ચાલુ રાખી શકે છે અને બે ઇલેક્ટ્રોડ વચ્ચે થોડો પ્રતિકાર દર્શાવે છે. આ કિસ્સામાં, બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ જોડાયેલી હોય છે અને ઇલેક્ટ્રોન-ટ્રાન્સફર પગલાં દ્વારા મર્યાદિત હોય છે (વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રવાહ ટૂંકા ઇલેક્ટ્રોડ અંતર પર સંતૃપ્ત થાય છે). દરિયાઇ પાણીનું આજુબાજુનું દરિયાઇ પાણી મીઠું અને અન્ય અશુદ્ધિઓની હાજરીને કારણે પડકારો રજૂ કરે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદન પહેલાં અભિગમોમાં ડિસેલિનેશન સામેલ હોઈ શકે છે અથવા ન પણ હોઈ શકે. પરંપરાગત વિદ્યુતવિચ્છેદન ઝેરી અને સડો કરતા ક્લોરિન આયનો ઉત્પન્ન કરે છે (દા. ત., અને). પ્રક્રિયા વગરના દરિયાઈ પાણીના વિદ્યુત અપઘટન માટે બહુવિધ પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી છે. લાક્ષણિક પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (PEM) ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સને ડિસેલિનેશનની જરૂર પડે છે. પરોક્ષ દરિયાઇ પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદનમાં બે તબક્કાઓનો સમાવેશ થાય છેઃ પૂર્વ-ઉપચાર ઉપકરણનો ઉપયોગ કરીને દરિયાઇ પાણીનું વિસર્જન કરવું અને પછી પરંપરાગત જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવું. આ પદ્ધતિ કાર્યક્ષમતામાં સુધારો કરે છે, કાટ ઘટાડે છે અને ઉત્પ્રેરકનું આયુષ્ય લંબાવે છે. કેટલાક લોકો એવી દલીલ કરે છે કે પાણીના વિભાજનની સરખામણીમાં દરિયાઇ પાણીના ડિસેલિનેશનનો ખર્ચ પ્રમાણમાં ઓછો છે, જે સૂચવે છે કે સંશોધન વધુ કાર્યક્ષમ બે-પગલાંની ડિસેલિનેશન-જોડી પાણી વિભાજન પ્રક્રિયાઓ વિકસાવવા પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કરવું જોઈએ. જો કે, પરોક્ષ દરિયાઇ પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્લાન્ટને વધુ જગ્યા, ઊર્જા અને જાળવણીની જરૂર પડે છે, અને કેટલાક માને છે કે દરિયાઇ પાણીના રિવર્સ ઓસ્મોસિસ (એસડબલ્યુઆરઓ) દ્વારા પ્રાપ્ત પાણીની શુદ્ધતા પૂરતી ન પણ હોઈ શકે, જેના કારણે વધારાના ઉપકરણો અને ખર્ચની જરૂર પડે છે. તેનાથી વિપરીત, સીધું દરિયાઇ પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રક્રિયા પહેલાનું પગલું છોડી દે છે અને હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે સીધું જ સમુદ્રનું પાણી વિદ્યુત વિચ્છેદન યંત્રમાં દાખલ કરે છે. મર્યાદિત તાજા પાણીના સંસાધનો, મૂળભૂત માનવ જરૂરિયાતોને પ્રાથમિકતા આપવાની જરૂરિયાત અને ઊર્જાનો વપરાશ અને ખર્ચ ઘટાડવાની સંભાવનાને કારણે આ અભિગમને વધુ આશાસ્પદ તરીકે જોવામાં આવે છે. વિદ્યુત વિચ્છેદનની કાર્યક્ષમતા માટે પટલ મહત્વપૂર્ણ છે, પરંતુ તેઓ દરિયાઈ પાણીમાં વિદેશી આયનો દ્વારા નકારાત્મક રીતે પ્રભાવિત થઈ શકે છે, તેમના જીવનકાળને ઘટાડે છે અને વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રક્રિયાની કાર્યક્ષમતામાં ઘટાડો કરે છે. એક અભિગમમાં અશુદ્ધ જળ સ્ત્રોતોમાંથી સતત હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પાણીના વિભાજન સાથે આગળના ઓસ્મોસિસ પટલને જોડવાનો સમાવેશ થાય છે. પાણીનું વિભાજન ફોરવર્ડ ઓસ્મોસિસ દ્વારા પાણીના પ્રવાહ દ્વારા સંતુલિત સાંદ્રતા ઢાળ પેદા કરે છે, જે શુદ્ધ પાણીના સતત નિષ્કર્ષણ માટે પરવાનગી આપે છે. જો કે, આ રૂપરેખાંકનમાં પડદામાંથી પસાર થવાની અને નુકસાન પહોંચાડવાની ક્ષમતા, તેમજ વિભાજક વિના હાઇડ્રોજન અને ઓક્સિજનના મિશ્રણનું જોખમ જેવા પડકારો છે. આ મુદ્દાઓને ઉકેલવા માટે, ઉત્પન્ન થયેલા વાયુઓને અલગ કરવા, પટલના ખર્ચમાં ઘટાડો કરવા અને સી. એલ. ઓક્સિડેશનને ઘટાડવા માટે ઇલેક્ટ્રોડ્સ વચ્ચે ઓછા ખર્ચે અર્ધપારગમ્ય પટલ રજૂ કરવામાં આવ્યું હતું. વધુમાં, સંશોધન દર્શાવે છે કે સંક્રમણ ધાતુ આધારિત સામગ્રીનો ઉપયોગ પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદનને અસરકારક રીતે સમર્થન આપી શકે છે. કેટલાક અભ્યાસોએ મોંઘા આયન વિનિમય પટલ (500-1000 $/m2) ને બદલવા માટે ઓછા ખર્ચે રિવર્સ ઓસ્મોસિસ પટલ (<10 $/m2) ના ઉપયોગની શોધ કરી છે. રિવર્સ ઓસ્મોસિસ પટલનો ઉપયોગ પાણીની ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર પ્રણાલીઓમાં આર્થિક રીતે આકર્ષક બને છે, જે આયન વિનિમય પટલની સરખામણીમાં તેમની ખર્ચ-અસરકારકતા અને કેટાયન ક્ષાર માટે તેઓ પ્રદાન કરે છે તે ઉચ્ચ પ્રોટોન પસંદગીને કારણે છે, ખાસ કરીને જ્યારે ઉચ્ચ સાંદ્રતા ધરાવતા ઇલેક્ટ્રોલાઇટ્સનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. એક વૈકલ્પિક પદ્ધતિમાં આયનોને કોષ સમૂહમાં પ્રવેશતા અટકાવવા માટે હાઇડ્રોફોબિક પટલનો ઉપયોગ કરવાનો સમાવેશ થાય છે. આ પદ્ધતિ હાઇડ્રોફોબિક છિદ્રાળુ પોલિટેટ્રાફ્લોરોએથિલિન (પી. ટી. એફ. ઇ.) વોટરપ્રૂફ શ્વાસ લેવા યોગ્ય પટલને સેલ્ફ-ડેમ્પનિંગ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સાથે જોડે છે, જેમાં દરિયાઈ પાણીમાંથી હાઇડ્રોજન ગેસ ઉત્પન્ન કરવા માટે વ્યાપારી આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર સાથે હાઇગ્રોસ્કોપિક સલ્ફ્યુરિક એસિડ સોલ્યુશનનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. મોટા પાયે, આ દરિયાઈ જળ વિદ્યુત અપઘટન પ્રણાલી નોંધપાત્ર ઉત્પ્રેરક કાટ અથવા પટલ ભીનાશનો અનુભવ કર્યા વિના 3200 કલાકથી વધુ સમય સુધી સતત કલાક દીઠ 386 એલ એચ2નું ઉત્પાદન કરી શકે છે. આ પ્રક્રિયા દરિયાઇ પાણીના બાષ્પીભવન અને પાણીની વરાળના ફેલાવાને ચલાવવા માટે દરિયાઇ પાણી અને સ્વ-ભીનાશ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચેના પાણીની વરાળના દબાણમાં અસમાનતાનો ફાયદો ઉઠાવે છે, ત્યારબાદ સ્વ-ભીનાશ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પર શોષિત પાણીની વરાળનું દ્રવીકરણ થાય છે. તકનીકો 2022 સુધીમાં, વ્યાપારી વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે એક કિલો હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે લગભગ 53 કિલોવોટ કલાક વીજળીની જરૂર પડે છે, જે 39.4 કિલોવોટ કલાક (એચએચવી) ઊર્જા ધરાવે છે. મૂળભૂત પ્રદર્શન બે લીડ્સ, બૅટરીના ટર્મિનલમાંથી ચાલતા, ઇલેક્ટ્રોલાઇટના જથ્થા સાથે પાણીના કપમાં મૂકવામાં આવે છે, જે વાહકતા સ્થાપિત કરે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇટ દ્રાવણમાં NaCl (મીઠું) નો ઉપયોગ કરવાથી સ્પર્ધાત્મક અર્ધ-પ્રતિક્રિયાને કારણે ઓક્સિજનને બદલે ક્લોરિન ગેસ મળે છે. તેના બદલે સોડિયમ બાયકાર્બોનેટ (બેકિંગ સોડા) જ્યાં સુધી બાયકાર્બોનેટ આયન દ્રાવણમાં રહે ત્યાં સુધી હાઇડ્રોજન અને કાર્બન ડાયોક્સાઇડ ઉત્પન્ન કરે છે. હોફમેન વોલ્ટેમીટર હોફમેન વોલ્ટેમીટર એ નાના પાયે ઇલેક્ટ્રોલાઇટિક કોષ છે. તેમાં ત્રણ જોડાયેલા સીધા સિલિન્ડર હોય છે. પાણી અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ ઉમેરવા માટે આંતરિક નળાકાર ટોચ પર ખુલ્લો છે. પ્લેટિનમ ઇલેક્ટ્રોડ (પ્લેટ અથવા હનીકોમ્બ) બે બાજુના દરેક સિલિન્ડરના તળિયે મૂકવામાં આવે છે, જે વીજળી સ્ત્રોતની ટર્મિનલ સાથે જોડાયેલ હોય છે. ઉત્પન્ન થયેલા વાયુઓ પાણીને વિસ્થાપિત કરે છે અને બે બાહ્ય નળીઓની ટોચ પર એકત્રિત કરે છે, જ્યાં તેને સ્ટોપકોકથી ખેંચી શકાય છે. ઉચ્ચ દબાણ ઉચ્ચ દબાણ ઇલેક્ટ્રોલિસિસમાં 12-20 MPa (120-200 બાર, 1740-2900 psi) ની આસપાસ સંકુચિત હાઇડ્રોજન આઉટપુટનો સમાવેશ થાય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં હાઇડ્રોજન પર દબાણ કરીને, બાહ્ય હાઇડ્રોજન કોમ્પ્રેસરની જરૂરિયાત દૂર થાય છે. સરેરાશ ઊર્જાનો વપરાશ લગભગ 3 ટકા છે. ઉચ્ચ તાપમાન ઉચ્ચ તાપમાન વિદ્યુત વિચ્છેદન (એચ. ટી. ઈ. અથવા વરાળ વિદ્યુત વિચ્છેદન પણ) ઉચ્ચ તાપમાન પર વધુ કાર્યક્ષમ છે. હીટ એન્જિન કેટલીક ઊર્જા પૂરી પાડે છે, જે સામાન્ય રીતે વીજળી આલ્કલાઇન વોટર ઇલેક્ટ્રોલિસિસ પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન કરતાં સસ્તી હોય છે એક પ્રોટોન-એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર રિએક્ટન્ટ્સને અલગ કરે છે અને પ્રોટોનનું પરિવહન કરે છે જ્યારે પટલમાંથી સીધા ઇલેક્ટ્રોનિક માર્ગને અવરોધે છે. PEM બળતણ કોષો નક્કર પોલિમર પટલ (એક પાતળા પ્લાસ્ટિકની ફિલ્મ) નો ઉપયોગ કરે છે જે પાણીથી સંતૃપ્ત થાય ત્યારે હાઇડ્રોજન આયન (પ્રોટોન) માટે પારગમ્ય હોય છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનનું સંચાલન કરતું નથી. તે પ્રોટોન-વિનિમય પટલ અથવા પોલિમર-ઇલેક્ટ્રોલાઇટ પટલ (PEM) નો ઉપયોગ કરે છે, જે સામાન્ય રીતે આયનોમર્સમાંથી બનેલું અર્ધપારગમ્ય પટલ છે અને ઇન્સ્યુલેટર અને પ્રતિક્રિયાત્મક અવરોધ તરીકે કામ કરતી વખતે પ્રોટોનનું સંચાલન કરવા માટે રચાયેલ છે, દા. ત. ઓક્સિજન અને હાઇડ્રોજન ગેસ. PEM બળતણ કોષો નક્કર પોલિમર પટલ (પાતળા પ્લાસ્ટિકની ફિલ્મ) નો ઉપયોગ કરે છે જે પાણીથી સંતૃપ્ત થાય ત્યારે પ્રોટોન માટે પારગમ્ય હોય છે, પરંતુ ઇલેક્ટ્રોનનું સંચાલન કરતું નથી. પ્રોટોન-વિનિમય પટલ મુખ્યત્વે પ્રોટોન વાહકતા (σ), મિથેનોલ અભેદ્યતા (P) અને ઉષ્મીય સ્થિરતા દ્વારા વર્ગીકૃત થયેલ છે. PEM શુદ્ધ પોલિમર અથવા સંયુક્ત પટલમાંથી બનાવી શકાય છે, જ્યાં અન્ય સામગ્રી પોલિમર મેટ્રિક્સમાં જડિત હોય છે. સૌથી સામાન્ય વ્યાપારી રીતે ઉપલબ્ધ સામગ્રીઓમાંની એક ફ્લોરોપોલીમર (પી. એફ. એસ. એ.) નેફિયોન છે. નેફિયોન એ ટેફ્લોન જેવા પરફ્લોરિનેટેડ બેકબોન સાથેનું આયનોમર છે. અન્ય ઘણી માળખાકીય રચનાઓનો ઉપયોગ પ્રોટોન-વિનિમય પટલ માટે આયનોમર્સ બનાવવા માટે થાય છે. ઘણા પોલિઆરોમેટિક પોલિમરનો ઉપયોગ કરે છે, જ્યારે અન્ય આંશિક રીતે ફ્લોરિનયુક્ત પોલિમરનો ઉપયોગ કરે છે. સુપરક્રિટિકલ વોટર સુપરક્રિટિકલ વોટર ઇલેક્ટ્રોલિસિસ (એસડબલ્યુઇ) સુપરક્રિટિકલ સ્થિતિમાં પાણીનો ઉપયોગ કરે છે. સુપરક્રિટિકલ પાણીને ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે, તેથી ખર્ચમાં ઘટાડો થાય છે. તે> 375 °C પર કાર્ય કરે છે, જે થર્મોડાયનેમિક અવરોધો ઘટાડે છે અને ગતિશાસ્ત્રમાં વધારો કરે છે, પ્રવાહી અથવા વાયુયુક્ત પાણી પર આયનીય વાહકતામાં સુધારો કરે છે, જે ઓહમિક નુકસાન ઘટાડે છે. ફાયદાઓમાં વિદ્યુત કાર્યક્ષમતામાં સુધારો, ઉત્પાદન વાયુઓની 221 બારથી વધુ દબાણયુક્ત ડિલિવરી, ઉચ્ચ પ્રવાહ ઘનતા પર કામ કરવાની ક્ષમતા અને કિંમતી ધાતુના ઉત્પ્રેરક પર ઓછી નિર્ભરતાનો સમાવેશ થાય છે. 2021 સુધીમાં વ્યાપારી એસડબલ્યુઇ સાધનો ઉપલબ્ધ ન હતા. નિકલ/આયર્ન 2014 માં, સંશોધકોએ કિંમતી ધાતુઓને બદલે નિકલ અને આયર્ન ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરીને વિદ્યુત વિચ્છેદનની જાહેરાત કરી હતી. નિકલ-મેટલ/નિકલ-ઓક્સાઇડ માળખું એકલા નિકલ મેટલ અથવા નિકલ ઓક્સાઇડ કરતાં વધુ સક્રિય છે. ઉત્પ્રેરક જરૂરી વોલ્ટેજને નોંધપાત્ર રીતે ઘટાડે છે. નિકલ-લોખંડની બેટરીઓ સંયુક્ત બેટરીઓ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ તરીકે ઉપયોગ માટે તપાસ હેઠળ છે. તે "બેટોલીઝર્સ" ને પરંપરાગત બૅટરીઓની જેમ ચાર્જ અને ડિસ્ચાર્જ કરી શકાય છે, અને જ્યારે સંપૂર્ણ ચાર્જ કરવામાં આવે ત્યારે હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરે છે. 2023માં, ઓસ્ટ્રેલિયાના સંશોધકોએ નાઇટ્રોજન-ડોપ્ડ નિકલ મોલિબ્ડેનમ ફોસ્ફાઇડ ઉત્પ્રેરકની છિદ્રાળુ શીટનો ઉપયોગ કરવાની જાહેરાત કરી હતી. નાઇટ્રોજન ડોપિંગ વાહકતામાં વધારો કરે છે અને ઇલેક્ટ્રોનિક ઘનતા અને સપાટીના રસાયણશાસ્ત્રને શ્રેષ્ઠ બનાવે છે. આ વધારાની ઉત્પ્રેરક સાઇટ્સ ઉત્પન્ન કરે છે. સપાટીની ધાતુઓ સાથે નાઇટ્રોજન બંધ અને તેમાં વિદ્યુત-નકારાત્મક ગુણધર્મો હોય છે જે અનિચ્છનીય આયનો અને અણુઓને બાકાત રાખવામાં મદદ કરે છે, જ્યારે ફોસ્ફેટ, સલ્ફેટ, નાઇટ્રેટ અને હાઇડ્રોક્સિલ સપાટીના આયનો ક્લોરિનને અવરોધે છે અને corrosion.10 mA cm−2 ને અટકાવે છે, જે આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇટ અને દરિયાઈ પાણીમાં અનુક્રમે 1.52 અને 1.55 V નો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. નેનોગેપ વિદ્યુતરાસાયણિક કોષો 2017 માં, સંશોધકોએ નેનોગેપ વિદ્યુતરાસાયણિક કોષોની જાણ કરી હતી જેણે આસપાસના તાપમાન પર ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતા ધરાવતું ઇલેક્ટ્રોલાઇટ-મુક્ત શુદ્ધ જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રાપ્ત કર્યું હતું. આ કોષોમાં, બે ઇલેક્ટ્રોડ એકબીજાની એટલી નજીક છે (ડેબી-લંબાઈ કરતા નાના) કે સામૂહિક પરિવહન દર ઇલેક્ટ્રોન-ટ્રાન્સફર દર કરતા વધારે હોઈ શકે છે, જે બે અર્ધ-પ્રતિક્રિયાઓ સાથે જોડાય છે અને ઇલેક્ટ્રોન-ટ્રાન્સફર પગલું દ્વારા મર્યાદિત થાય છે. પ્રયોગો દર્શાવે છે કે વિદ્યુત પ્રવાહની ઘનતા 1 મોલ/એલ સોડિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ દ્રાવણ કરતાં મોટી હોઈ શકે છે. તેની "વર્ચ્યુઅલ બ્રેકડાઉન મિકેનિઝમ", આવા નેનોગેપ કદની અસરોને કારણે પરંપરાગત ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સિદ્ધાંતથી સંપૂર્ણપણે અલગ છે. કેશિલરી-ફીડ્ડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર કોષને 1 કિલો હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન કરવા માટે માત્ર 41.5 કિલોવોટ કલાકની જરૂર હોવાનો દાવો કરવામાં આવે છે. પાણીના ઇલેક્ટ્રોલાઇટને છિદ્રાળુ, હાઇડ્રોફિલિક વિભાજક દ્વારા ઇલેક્ટ્રોડમાંથી અલગ કરવામાં આવે છે. કેશિલરી ક્રિયા દ્વારા પાણી ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરમાં ખેંચાય છે, જ્યારે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝ્ડ વાયુઓ બંને બાજુથી બહાર નીકળે છે. તે પરપોટાને દૂર કરીને PEM તકનીકને વિસ્તરે છે જે ઇલેક્ટ્રોડ અને ઇલેક્ટ્રોલાઇટ વચ્ચેના સંપર્કને ઘટાડે છે, કાર્યક્ષમતા ઘટાડે છે. આ ડિઝાઇન 98 ટકા ઊર્જા કાર્યક્ષમતા સાથે કામ કરે છે એવો દાવો કરવામાં આવે છે. ડિઝાઇનમાં પાણીનું પરિભ્રમણ, વિભાજક ટાંકીઓ અને અન્ય પદ્ધતિઓનો ત્યાગ કરવામાં આવે છે અને તેને હવા અથવા કિરણોત્સર્ગી રીતે ઠંડુ કરી શકાય છે. એપ્લિકેશન્સ વિશ્વભરમાં ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજન ગેસના લગભગ પાંચ ટકા વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. વર્તમાન ઔદ્યોગિક હાઇડ્રોજનનું મોટાભાગનું ઉત્પાદન વરાળ સુધારણા પ્રક્રિયામાં કુદરતી ગેસમાંથી અથવા કોલસા અથવા ભારે હાઇડ્રોકાર્બનના આંશિક ઓક્સિડેશનમાંથી થાય છે. ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દ્વારા ઉત્પાદિત મોટાભાગના હાઇડ્રોજન ક્લોરિન અને કોસ્ટિક સોડાના ઉત્પાદનમાં એક આડપેદાશ છે. આ બાજુની પ્રતિક્રિયા માટેની સ્પર્ધાનું એક મુખ્ય ઉદાહરણ છે. ક્લોરાલ્કલી પ્રક્રિયામાં (ખારા પાણીનું વિદ્યુત વિચ્છેદન) પાણી/સોડિયમ ક્લોરાઇડનું મિશ્રણ પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદનનો માત્ર અડધો ભાગ હોય છે કારણ કે ક્લોરાઇડ આયનો પાણીને ઓક્સિજનમાં ઓક્સિડાઇઝ કરવાને બદલે ક્લોરિનમાં ઓક્સિડાઇઝ થાય છે. થર્મોડાયનેમિક રીતે, આની અપેક્ષા રાખવામાં આવશે નહીં કારણ કે ક્લોરાઇડ આયનની ઓક્સિડેશન ક્ષમતા પાણી કરતાં ઓછી હોય છે, પરંતુ ક્લોરાઇડ પ્રતિક્રિયાનો દર પાણી કરતાં ઘણો વધારે હોય છે, જેના કારણે તે પ્રબળ બને છે. આ પ્રક્રિયામાંથી ઉત્પન્ન થતા હાઇડ્રોજનને કાં તો બાળી નાખવામાં આવે છે (તેને પાછું પાણીમાં રૂપાંતરિત કરવામાં આવે છે), જેનો ઉપયોગ વિશિષ્ટ રસાયણોના ઉત્પાદન માટે અથવા અન્ય વિવિધ નાના પાયે ઉપયોગ માટે થાય છે. જળ વિદ્યુત અપઘટનનો ઉપયોગ આંતરરાષ્ટ્રીય અવકાશ મથક માટે ઓક્સિજન ઉત્પન્ન કરવા માટે પણ થાય છે. ઘણા ઔદ્યોગિક વિદ્યુત વિચ્છેદન કોષો હોફમેન વોલ્ટેમીટર જેવા જ હોય છે, જેમાં પ્લેટિનમ પ્લેટ અથવા હનીકોમ્બ ઇલેક્ટ્રોડ તરીકે હોય છે. સામાન્ય રીતે, હાઇડ્રોજન ઓક્સીહાઇડ્રોજન મશાલ જેવા ઉપયોગના બિંદુ કાર્યક્રમો માટે અથવા જ્યારે ઉચ્ચ શુદ્ધતા હાઇડ્રોજન અથવા ઓક્સિજન ઇચ્છિત હોય ત્યારે ઉત્પન્ન થાય છે. મોટા ભાગનું હાઇડ્રોજન હાઇડ્રોકાર્બનમાંથી ઉત્પન્ન થાય છે અને પરિણામે, તેમાં અન્ય અશુદ્ધિઓ વચ્ચે કાર્બન મોનોક્સાઇડની થોડી માત્રા હોય છે. કાર્બન મોનોક્સાઇડની અશુદ્ધિ ઘણા ઇંધણ કોષો સહિત વિવિધ પ્રણાલીઓ માટે હાનિકારક હોઈ શકે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સને નીચે ઉતારવામાં આવી શકે છે, તેથી ભવિષ્યમાં તેનો ઉપયોગ વીજળી પુરવઠાની માંગની મેળ ખાતી નથી. કાર્યક્ષમતા ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન આધુનિક હાઇડ્રોજન જનરેટરની કાર્યક્ષમતાને પ્રમાણભૂત તાપમાન અને H2નું દબાણ ધારીને હાઇડ્રોજનના પ્રમાણભૂત જથ્થા (MJ/m3) દીઠ વપરાતી ઊર્જા દ્વારા માપવામાં આવે છે. જનરેટર દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતી ઊર્જા જેટલી ઓછી હશે, તેની કાર્યક્ષમતા તેટલી વધારે હશે; 100%-કાર્યક્ષમ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર હાઇડ્રોજનનો વપરાશ (ઉચ્ચ ગરમી મૂલ્ય) કરશે. વ્યવહારુ વિદ્યુત અપઘટન (15 બાર દબાણ પર ફરતા વિદ્યુત અપઘટનનો ઉપયોગ કરીને) વપરાશ કરી શકે છે, અને જો હાઇડ્રોજનને હાઇડ્રોજન કારમાં ઉપયોગ માટે સંકુચિત કરવામાં આવે તો વધુ. બાહ્ય ગરમી ઉમેરીને, વીજળીનો વપરાશ ઘટાડી શકાય છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર વિક્રેતાઓ એન્થાલ્પીના આધારે કાર્યક્ષમતા પૂરી પાડે છે. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરની દાવો કરેલી કાર્યક્ષમતાનું મૂલ્યાંકન કરવા માટે તે સ્થાપિત કરવું મહત્વપૂર્ણ છે કે તે વિક્રેતા દ્વારા કેવી રીતે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવ્યું હતું (એટલે કે. શું એન્થાલ્પી મૂલ્ય, શું વર્તમાન ઘનતા, વગેરે). બજારમાં ત્રણ મુખ્ય તકનીકો ઉપલબ્ધ છેઃ આલ્કલાઇન, સોલિડ ઓક્સાઇડ અને પ્રોટોન એક્સચેન્જ મેમ્બ્રેન (PEM) ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ. આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ રોકાણની દ્રષ્ટિએ સસ્તા છે (તેઓ સામાન્ય રીતે નિકલ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરે છે), પરંતુ ઓછામાં ઓછા કાર્યક્ષમ હોય છે. PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ વધુ મોંઘા હોય છે (તેઓ સામાન્ય રીતે મોંઘા પ્લેટિનમ-જૂથ ધાતુ ઉત્પ્રેરકનો ઉપયોગ કરે છે) પરંતુ વધુ કાર્યક્ષમ હોય છે અને ઉચ્ચ વર્તમાન ઘનતા પર કામ કરી શકે છે, અને તેથી, જો હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન પૂરતું મોટું હોય તો તે કદાચ સસ્તું હોઈ શકે છે. સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર કોષો (એસ. ઓ. ઇ. સી.) એ વિદ્યુત વિચ્છેદનનો ત્રીજો સૌથી સામાન્ય પ્રકાર છે, અને કાર્યક્ષમતા વધારવા માટે ઉચ્ચ કાર્યકારી તાપમાનનો ઉપયોગ કરે છે. એસ. ઓ. ઇ. સી. ની સૈદ્ધાંતિક વિદ્યુત કાર્યક્ષમતા 90 ટકા હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન સાથે <આઇ. ડી. 1> ની નજીક છે. સમય જતાં પ્રણાલીનું અધઃપતન શરૂઆતમાં પી. ઈ. એમ. અને આલ્કલાઇન ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સથી વિપરીત એસ. ઓ. ઈ. સી. ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સની કાર્યક્ષમતાને અસર કરતું નથી. જેમ જેમ એસ. ઓ. ઇ. સી. સિસ્ટમ અધોગતિ પામે છે, સેલ વોલ્ટેજ વધે છે, જે સિસ્ટમમાં કુદરતી રીતે વધુ ગરમી ઉત્પન્ન કરે છે. આને કારણે, સિસ્ટમને ગરમ રાખવા માટે ઓછી ઊર્જાની જરૂર પડે છે, જે શરૂઆતમાં નાટકીય અધઃપતનથી થતા ઉર્જાના નુકસાનની ભરપાઈ કરશે. પરંપરાગત આલ્કલાઇન વિદ્યુત વિચ્છેદન લગભગ 70 ટકા કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે. ઉચ્ચ ગરમી મૂલ્યના સ્વીકૃત ઉપયોગ માટે હિસાબ (કારણ કે ગરમી દ્વારા બિનકાર્યક્ષમતાને ઉત્પ્રેરક દ્વારા જરૂરી વરાળ બનાવવા માટે સિસ્ટમમાં પાછા મોકલી શકાય છે), PEM વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે સરેરાશ કાર્યકારી કાર્યક્ષમતા લગભગ 80 ટકા છે. 2030 સુધીમાં આ વધીને 82 થી 86 ટકા થવાની ધારણા છે. PEM ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ માટે સૈદ્ધાંતિક કાર્યક્ષમતાની આગાહી 94 ટકા સુધી કરવામાં આવી છે. હાઇડ્રોજનના ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનને ધ્યાનમાં લેતા, અને જળ વિદ્યુત વિચ્છેદન (PEM અથવા આલ્કલાઇન વિદ્યુત વિચ્છેદન) માટે વર્તમાન શ્રેષ્ઠ પ્રક્રિયાઓનો ઉપયોગ કરીને, જે 70-80% ની અસરકારક વિદ્યુત કાર્યક્ષમતા ધરાવે છે, 1 કિલો હાઇડ્રોજન (જે 143 MJ/કિલોગ્રામની ચોક્કસ ઊર્જા ધરાવે છે) નું ઉત્પાદન કરવા માટે વીજળીની જરૂર પડે છે. 2015 માટે યુ. એસ. ડિપાર્ટમેન્ટ ઓફ એનર્જી હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન લક્ષ્યાંકોમાં નિર્ધારિત $0.06/kW·h ની વીજળી કિંમત પર, હાઇડ્રોજનની કિંમત $3/કિલો છે. સાધનોનો ખર્ચ મોટા પાયે ઉત્પાદન પર આધાર રાખે છે. વિવિધ વિશ્લેષકો 2030 સુધીમાં ઉપકરણોનું વાર્ષિક ઉત્પાદન અનુક્રમે 47 જીડબલ્યુ, 104 જીડબલ્યુ અને 180 જીડબલ્યુ થવાની આગાહી કરે છે. ગ્રાફ (હાઇડ્રોજન પ્રોડક્શન ટેક ટીમ રોડમેપ, નવેમ્બર 2017) માં દર્શાવ્યા મુજબ 2016 થી કુદરતી ગેસના ભાવોની શ્રેણી સાથે વરાળ-મિથેન-રિફોર્મ્ડ (એસ. એમ. આર.) હાઇડ્રોજનની કિંમત $1.2 અને $1.5 ની વચ્ચે મૂકવામાં આવી છે, ઇલેક્ટ્રોલિસિસ દ્વારા હાઇડ્રોજનની કિંમત હજુ પણ 2015 ડી. ઓ. ઇ. હાઇડ્રોજન લક્ષ્ય કિંમતો કરતા બમણી છે. 2020 માં હાઇડ્રોજન માટે યુ. એસ. ડી. ઓ. ઈ. લક્ષ્ય કિંમત $2.30/kg છે, જેમાં $0.037/kW·h ની વીજળી કિંમતની જરૂર પડે છે, જે ઘણા પ્રદેશોમાં પવન અને સૌર માટે 2018 પીપીએ ટેન્ડરને ધ્યાનમાં રાખીને પ્રાપ્ત કરી શકાય છે. આ $4/ગેસોલિન ગેલન સમકક્ષ (જી. જી. ઇ.) એચ. 2 વિતરિત ઉદ્દેશને પહોંચની અંદર રાખે છે, અને એસ. એમ. આર. માટે સહેજ વધેલા કુદરતી ગેસ ઉત્પાદન ખર્ચની નજીક છે. વિશ્વના અન્ય ભાગોમાં, એસ. એમ. આર. હાઇડ્રોજનની કિંમત સરેરાશ 1 થી 3 ડોલર પ્રતિ કિલોની વચ્ચે છે. આ વિદ્યુત વિચ્છેદન દ્વારા હાઇડ્રોજનનું ઉત્પાદન ઘણા પ્રદેશોમાં પહેલેથી જ સ્પર્ધાત્મક બનાવે છે, જેમ કે નેલ હાઇડ્રોજન અને અન્ય દ્વારા દર્શાવેલ છે, જેમાં વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે સ્પર્ધાત્મક લાભ તરફ દોરી શકે તેવી પરિસ્થિતિઓની તપાસ કરતા આઇઇએના એક લેખનો સમાવેશ થાય છે. વૈશ્વિક ઊર્જા કટોકટી દરમિયાન ગેસના ભાવમાં થયેલા મોટા વધારાએ વિશ્વના કેટલાક ભાગોમાં હાઇડ્રોજન વિદ્યુત વિચ્છેદનને આર્થિક બનાવ્યું હતું. કેટલાક મોટા ઔદ્યોગિક ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સ કેટલાક મેગાવોટ પર કાર્યરત છે. સૌથી મોટી 150 મેગાવોટની આલ્કલાઇન સુવિધા ચીનના નિંગ્ઝિયામાં છે, જેની ક્ષમતા દર વર્ષે 23,000 ટન સુધીની છે. જ્યારે ઉચ્ચ કાર્યક્ષમતાવાળા પશ્ચિમી વિદ્યુત વિચ્છેદન ઉપકરણોની કિંમત $1,200/કેડબલ્યુ હોઈ શકે છે, ત્યારે ઓછી કાર્યક્ષમતાવાળા ચીની ઉપકરણોની કિંમત $300/કેડબલ્યુ હોઈ શકે છે, પરંતુ 60,000 કલાકના ઓછા જીવનકાળ સાથે. ઓવરપોટેન્શિયલ વાસ્તવિક પાણીના ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર્સને પ્રતિક્રિયા આગળ વધવા માટે વધુ વોલ્ટેજની જરૂર પડે છે. જે ભાગ 1.23 વી કરતાં વધી જાય છે તેને ઓવરપોટેન્શિયલ અથવા ઓવરવોલ્ટેજ કહેવામાં આવે છે, અને તે ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ પ્રક્રિયામાં કોઈપણ પ્રકારની ખોટ અને બિન-આદર્શતાનું પ્રતિનિધિત્વ કરે છે. સારી રીતે રચાયેલ કોષ માટે એનોડ પર પાણીના ઓક્સિજનમાં ચાર-ઇલેક્ટ્રોન ઓક્સિડેશન માટે સૌથી વધુ સંભવિત પ્રતિક્રિયા છે; ઇલેક્ટ્રોકેટાલિસ્ટ્સ આ પ્રતિક્રિયાને સરળ બનાવી શકે છે, અને પ્લેટિનમ એલોય્સ આ ઓક્સિડેશન માટે અદ્યતન સ્થિતિ છે. આ પ્રતિક્રિયા માટે સસ્તું, અસરકારક વિદ્યુત ઉત્પ્રેરક વિકસાવવું એ એક મોટી પ્રગતિ હશે, અને તે વર્તમાન સંશોધનનો વિષય છે; ત્યાં ઘણા અભિગમો છે, જેમાં મોલિબ્ડેનમ સલ્ફાઇડ, ગ્રેફીન ક્વોન્ટમ બિંદુઓ, કાર્બન નેનોટ્યુબ્સ, પેરોવ્સ્કાઇટ અને નિકલ/નિકલ-ઓક્સાઇડ માટે 30 વર્ષ જૂની વાનગી છે. ટ્રાઇ-મોલિબ્ડેનમ ફોસ્ફાઇડ (એમ. ઓ. 3. પી.) તાજેતરમાં ઉત્કૃષ્ટ ઉત્પ્રેરક ગુણધર્મો સાથે આશાસ્પદ બિન-કિંમતી ધાતુ અને પૃથ્વી-વિપુલ ઉમેદવાર તરીકે મળી આવ્યું છે જેનો ઉપયોગ વિદ્યુત ઉત્પ્રેરક પ્રક્રિયાઓ માટે થઈ શકે છે. એમ. ઓ. 3. પી. નેનોપાર્ટિકલ્સની ઉત્પ્રેરક કામગીરીનું હાઇડ્રોજન ઇવોલ્યુશન રિએક્શન (એચ. ઈ. આર.) માં પરીક્ષણ કરવામાં આવે છે, જે 21 એમ. વી. જેટલી નીચી શરૂઆતની ક્ષમતા, એચ. 2 રચના દર સૂચવે છે, અને અનુક્રમે <આઇ. ડી. 2> એમ. એમ. ઓ. એલ. એસ. −1 જી. −1 બિલાડી (માત્ર 100 એમ. વી. ઓવરપોટેન્શિયલ પર) અને <આઇ. ડી. 1> એમ. એ. સી. એમ. −2 ની વિનિમય વર્તમાન ઘનતા દર્શાવે છે, જે પ્લેટિનમના અત્યાર સુધીના સૌથી નજીકના મૂલ્યોમાંથી એક છે. કેથોડ પર હાઇડ્રોજન ઉત્પન્ન કરવા માટે સરળ બે-ઇલેક્ટ્રોન પ્રતિક્રિયાને પ્લેટિનમ દ્વારા અથવા સિદ્ધાંતમાં હાઇડ્રોજનઝ એન્ઝાઇમ દ્વારા લગભગ કોઈ વધુ ક્ષમતા વિના વિદ્યુત ઉત્પ્રેરક કરી શકાય છે. જો અન્ય, ઓછા અસરકારક હોય, તો કેથોડ માટે સામગ્રીનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે (દા. ત. ગ્રેફાઇટ), મોટી સંભાવનાઓ દેખાશે. થર્મોડાયનેમિક્સ પ્રમાણભૂત પરિસ્થિતિઓમાં પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે પાણીના દરેક મોલને અલગ કરવા માટે ઓછામાં ઓછા 237 કેજે વિદ્યુત ઊર્જા ઇનપુટની જરૂર પડે છે, જે પાણીની રચનાની પ્રમાણભૂત ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા છે. પ્રતિક્રિયાના એન્ટ્રોપીમાં ફેરફારને દૂર કરવા માટે પણ ઊર્જાની જરૂર પડે છે. તેથી, જો કોઈ બાહ્ય ગરમી/ઊર્જા ઉમેરવામાં ન આવે તો પ્રક્રિયા 286 કેજે પ્રતિ મોલથી નીચે આગળ વધી શકતી નથી. પાણીના દરેક મોલ માટે બે મોલ ઇલેક્ટ્રોનની જરૂર પડે છે, અને એ જોતાં કે ફેરાડે અચળાંક F એ ઇલેક્ટ્રોનના મોલ (96485 C/mol) ના ચાર્જને રજૂ કરે છે, તે અનુસરે છે કે વિદ્યુત વિચ્છેદન માટે જરૂરી લઘુતમ વોલ્ટેજ આશરે 1.23 V છે. જો ઉચ્ચ તાપમાને વિદ્યુત વિચ્છેદન હાથ ધરવામાં આવે, તો આ વોલ્ટેજ ઘટે છે. આ અસરકારક રીતે ઇલેક્ટ્રોલાઇઝરને 100% વિદ્યુત કાર્યક્ષમતા કરતાં વધુ પર કામ કરવાની મંજૂરી આપે છે. વિદ્યુતરાસાયણિક પ્રણાલીઓમાં આનો અર્થ એ છે કે પ્રતિક્રિયાને ટકાવી રાખવા માટે રિએક્ટરને ગરમી પૂરી પાડવી આવશ્યક છે. આ રીતે વિદ્યુત વિચ્છેદન ઊર્જાની જરૂરિયાતના ભાગરૂપે ઉષ્મીય ઊર્જાનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. તેવી જ રીતે જો ઇંધણ (જેમ કે કાર્બન, આલ્કોહોલ, બાયોમાસ) પાણી (નીચા તાપમાને PEM આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર) અથવા ઓક્સિજન આયનો (ઊંચા તાપમાને સોલિડ ઓક્સાઇડ ઇલેક્ટ્રોલાઇટ આધારિત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર) સાથે પ્રતિક્રિયા આપે તો જરૂરી વોલ્ટેજ ઘટાડી શકાય છે (1 V ની નીચે). આના પરિણામે બળતણની કેટલીક ઊર્જાનો ઉપયોગ વિદ્યુત વિચ્છેદન પ્રક્રિયામાં "સહાય" કરવા માટે થાય છે અને તે ઉત્પાદિત હાઇડ્રોજનની એકંદર કિંમતને ઘટાડી શકે છે. જો કે, એન્ટ્રોપી ઘટક (અને અન્ય નુકસાન) નું નિરીક્ષણ કરતા, વ્યવહારુ વર્તમાન ઘનતા (થર્મોન્યૂટ્રલ વોલ્ટેજ) પર પ્રતિક્રિયા આગળ વધવા માટે 1.48 V થી વધુ વોલ્ટેજ જરૂરી છે. પાણીના વિદ્યુત વિચ્છેદનના કિસ્સામાં, ગિબ્સ મુક્ત ઊર્જા પ્રતિક્રિયા આગળ વધવા માટે જરૂરી લઘુતમ કાર્યને રજૂ કરે છે, અને પ્રતિક્રિયા એન્થાલ્પી એ ઊર્જાની માત્રા (કાર્ય અને ગરમી બંને) છે જે પૂરી પાડવી પડે છે જેથી પ્રતિક્રિયા ઉત્પાદનો સમાન તાપમાને હોય. ઉપર આપેલા મૂલ્યો માટે પ્રમાણભૂત તાપમાન). સંભવિત રીતે, 1.48 વી પર કાર્યરત ઇલેક્ટ્રોલાઇઝર 25 ડિગ્રી સેલ્સિયસના તાપમાને આઇસોથર્મલી રીતે કાર્ય કરશે કારણ કે પૂરી પાડવામાં આવતી વિદ્યુત ઊર્જા પાણીના વિઘટનની એન્થાલ્પી (ગરમી) જેટલી હશે અને તેના માટે લઘુત્તમ કરતાં 20 ટકા વધુ વિદ્યુત ઊર્જાની જરૂર પડશે. આ પણ જુઓ ઇલેક્ટ્રોકૈટલિસ્ટ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ સેલ ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ એન્જિનિયરિંગ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ગેસ ક્રેકર હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન મિથેન પાયરોલિસિસ (હાઇડ્રોજન માટે) પાણીનું નોરીલ ફોટોઇલેક્ટ્રોલિસિસ ફોટોકેટેલિટિક પાણીનું વિભાજન કાર્બન ડાયોક્સાઇડમાં ઇલેક્ટ્રોકેમિકલ ઘટાડો હાઇડ્રોજન તકનીકોની સમયરેખા પાણી શુદ્ધિકરણ સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ EERE 2008-100 KGH2/દિવસ વેપાર અભ્યાસ NREL 2006-ઇલેક્ટ્રોલિસિસ ટેકનિકલ રિપોર્ટ ઇલેક્ટ્રોલિસિસ હાઇડ્રોજન ઉત્પાદન ઔદ્યોગિક વાયુઓ પાણી રસાયણશાસ્ત્ર