Electrolysis of water
நீரின் மின்னாற்பகுப்பு என்பது மின்னாற்பகுப்பு மூலம் தண்ணீரை ஆக்ஸிஜன் () ஆகவும், ஹைட்ரஜன் () வாயுவாகவும் பிரிக்க மின்சாரத்தைப் பயன்படுத்துவதாகும். இந்த வழியில் வெளியிடப்படும் ஹைட்ரஜன் வாயுவை ஹைட்ரஜன் எரிபொருளாகப் பயன்படுத்தலாம், ஆனால் கலவை மிகவும் வெடிக்கும் என்பதால் ஆக்ஸிஜனைத் தவிர வைக்கப்பட வேண்டும். வசதியான 'தொட்டிகள்' அல்லது 'எரிவாயு பாட்டில்களில்' தனித்தனியாக அழுத்தப்படும் ஹைட்ரஜனை ஆக்ஸிஹைட்ரஜன் வெல்டிங் மற்றும் பிற பயன்பாடுகளுக்கு பயன்படுத்தலாம், ஏனெனில் ஹைட்ரஜன்/ஆக்ஸிஜன் சுடர் சுமார் 2,800 டிகிரி செல்சியஸை அடைய முடியும். நீர் மின்னாற்பகுப்புக்கு குறைந்தபட்ச மின்னழுத்த வேறுபாடு 1.23 வோல்ட் தேவைப்படுகிறது, இருப்பினும் அந்த மின்னழுத்தத்தில் வெளிப்புற வெப்பமும் தேவைப்படுகிறது. பொதுவாக 1.5 வோல்ட் தேவைப்படுகிறது. புதைபடிவ எரிபொருள்களிலிருந்து ஹைட்ரஜனை குறைந்த செலவில் உற்பத்தி செய்ய முடியும் என்பதால் தொழில்துறை பயன்பாடுகளில் மின்னாற்பகுப்பு அரிதானது. 1789 ஆம் ஆண்டில், ஜான் ருடால்ப் டீமான் மற்றும் அட்ரியான் பேட்ஸ் வான் ட்ரூஸ்ட்விஜ்க் ஆகியோர் ஒரு நிலைமின்னியல் இயந்திரத்தைப் பயன்படுத்தி மின்சாரத்தை உருவாக்கினர், இது ஒரு லேய்டன் ஜாடியில் தங்க மின்முனைகளில் வெளியேற்றப்பட்டது. 1800 ஆம் ஆண்டில் அலெஸாண்ட்ரோ வோல்டா வோல்டாயிக் குவியலைக் கண்டுபிடித்தார், சில வாரங்களுக்குப் பிறகு ஆங்கில விஞ்ஞானிகள் வில்லியம் நிக்கல்சன் மற்றும் அந்தோனி கார்லிஸ்லே ஆகியோர் தண்ணீரை மின்னாற்பகுப்புக்கு பயன்படுத்தினர். 1806 ஆம் ஆண்டில் ஹம்ப்ரி டேவி விரிவான வடிகட்டிய நீர் மின்னாற்பகுப்பு சோதனைகளின் முடிவுகளை அறிவித்தார், கரைந்த வளிமண்டல நைட்ரஜனில் இருந்து அனோடில் நைட்ரிக் அமிலம் உற்பத்தி செய்யப்பட்டது என்று முடிவு செய்தார். அவர் ஒரு உயர் மின்னழுத்த மின்கலன் மற்றும் எதிர்வினையாற்றாத மின்முனைகள் மற்றும் தங்க மின்முனை கூம்புகள் போன்ற பாத்திரங்களைப் பயன்படுத்தினார், அவை ஈரமான அஸ்பெஸ்டாஸால் இணைக்கப்பட்ட பாத்திரங்களாக இரட்டிப்பாகும். ஜெனோப் கிராம் 1869 ஆம் ஆண்டில் கிராம் இயந்திரத்தை கண்டுபிடித்தார், இது மின்னாற்பகுப்பை ஹைட்ரஜன் உற்பத்திக்கு ஒரு மலிவான முறையாக மாற்றியது. 1888 ஆம் ஆண்டில் டிமிட்ரி லாச்சினோவ் என்பவரால் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனின் தொழில்துறை தொகுப்பு முறை உருவாக்கப்பட்டது. கோட்பாடுகள் ஒரு டிசி மின் சக்தி ஆதாரம் இரண்டு மின்முனைகள் அல்லது இரண்டு தட்டுகளுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது (பொதுவாக பிளாட்டினம் அல்லது இரிடியம் போன்ற மந்த உலோகத்திலிருந்து தயாரிக்கப்படுகிறது) அவை தண்ணீரில் வைக்கப்படுகின்றன. ஹைட்ரஜன் கேத்தோடில் (எலக்ட்ரான்கள் தண்ணீருக்குள் நுழையும் இடத்தில்) மற்றும் ஆக்ஸிஜன் அனோடில் தோன்றும். சிறந்த ஃபாரடைக் செயல்திறனைக் கருதினால், உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜனின் அளவு ஆக்ஸிஜனின் அளவை விட இரண்டு மடங்கு ஆகும், மேலும் இரண்டும் கரைசலால் நடத்தப்படும் மொத்த மின் கட்டணத்திற்கு விகிதாசாரமாகும். இருப்பினும், பல உயிரணுக்களில் போட்டியிடும் பக்க எதிர்வினைகள் ஏற்படுகின்றன, இதன் விளைவாக கூடுதல் தயாரிப்புகள் மற்றும் சிறந்த ஃபாரடைக் செயல்திறனை விட குறைவாக இருக்கும். தூய்மையான நீரின் மின்னாற்பகுப்புக்கு பல்வேறு செயல்பாட்டு தடைகளை கடக்க அதிகப்படியான ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. அதிகப்படியான ஆற்றல் இல்லாமல், மின்னாற்பகுப்பு மெதுவாக நிகழ்கிறது அல்லது இல்லை. இது ஓரளவு நீரின் மட்டுப்படுத்தப்பட்ட சுய அயனியாக்கம் காரணமாகும். தூய்மையான நீர் கடல் நீரை விட ஒரு மில்லியனில் ஒரு பங்கு மின் கடத்துத்திறனைக் கொண்டுள்ளது. பல மின்னாற்பகுப்பு செல்களில் தேவையான மின்கடத்திகள் இல்லை. மின்னாற்பகுப்பு (உப்பு, அமிலம் அல்லது காரம் போன்றவை) மற்றும் மின்கடத்திகள் சேர்ப்பதன் மூலம் செயல்திறன் அதிகரிக்கப்படுகிறது. சமன்பாடுகள் எதிர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட கேத்தோடில் உள்ள தூய நீரில், ஒரு குறைப்பு எதிர்வினை நடைபெறுகிறது, கேத்தோடில் இருந்து எலக்ட்ரான்கள் (e−) ஹைட்ரஜன் நேர்மின் அயனிகளுக்கு ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்க கொடுக்கப்படுகின்றன. நேர்மறையாக சார்ஜ் செய்யப்பட்ட அனோடில், ஒரு ஆக்சிஜனேற்ற எதிர்வினை நிகழ்கிறது, இது ஆக்ஸிஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது மற்றும் சுற்று முடிக்க அனோடுக்கு எலக்ட்ரான்களை வழங்குகிறது. குறைப்பு மற்றும் ஆக்சிஜனேற்றம் ஆகிய இரண்டு அரை எதிர்வினைகள் இணைந்து ஒரு சீரான அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. ஒவ்வொரு அரை எதிர்வினையையும் சமநிலைப்படுத்த, நீர் அமில அல்லது காரமாக இருக்க வேண்டும். அமிலத்தின் முன்னிலையில், சமன்பாடுகள் பின்வருமாறுஃ காரத்தின் முன்னிலையில், சமன்பாடுகள் பின்வருமாறுஃ பாதி எதிர்வினை ஜோடியை இணைப்பது தண்ணீரை ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஹைட்ரஜனாக ஒட்டுமொத்தமாக சிதைப்பதை விளைவிக்கிறதுஃ இதனால் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கை ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை விட இரண்டு மடங்கு ஆகும், ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் இரண்டும் இருமுனை மூலக்கூறுகள் மற்றும் நீர் மூலக்கூறுகள் ஆக்ஸிஜன் அணுக்களை விட இரண்டு மடங்கு ஹைட்ரஜன் அணுக்களைக் கொண்டுள்ளன என்ற உண்மைகளுக்கு ஏற்ப. இரண்டு வாயுக்களுக்கும் சமமான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தைக் கருதினால், அளவு மோல்களுக்கு விகிதாசாரமாக இருக்கும், எனவே இரண்டு மடங்கு பெரிய அளவிலான ஹைட்ரஜன் வாயு ஆக்ஸிஜன் வாயுவாக உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. தண்ணீரின் வழியாக தள்ளப்படும் எலக்ட்ரான்களின் எண்ணிக்கை உருவாக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை விட இரண்டு மடங்கு மற்றும் உருவாக்கப்பட்ட ஆக்ஸிஜன் மூலக்கூறுகளின் எண்ணிக்கையை விட நான்கு மடங்கு அதிகமாகும். வெப்ப இயக்கவியல் நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் அழுத்தத்தில் தூய நீரை ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜனாக சிதைப்பது வெப்ப இயக்கவியல் அடிப்படையில் சாதகமாக இல்லை. எனவே, நீர் மின்னாற்பகுப்பு கலத்தின் நிலையான ஆற்றல் (Eocell = Eocathode − Eoanode) − 1.229 V 25 டிகிரி செல்சியஸில் pH 0 இல் ([H +] = 1 எம்) ஆகும். 25 டிகிரி செல்சியஸில் pH 7 ([H +] = 1 எம்) உடன், நெர்ன்ஸ்ட் சமன்பாட்டின் அடிப்படையில் ஆற்றல் மாறாமல் உள்ளது. வெப்ப இயக்கவியல் நிலையான செல் ஆற்றலை நிலையான-நிலை இலவச ஆற்றல் கணக்கீடுகளிலிருந்து பெறலாம், பின்னர் சமன்பாட்டைப் பயன்படுத்தலாம்ஃ αG° = −nFE° (இங்கு E° என்பது செல் ஆற்றல் மற்றும் F என்பது ஃபாரடே மாறிலி, அதாவது. 96, 485.3321233 C/mol). இரண்டு நீர் மூலக்கூறுகளுக்கு மின்னாற்பகுப்பு மற்றும் எனவே இரண்டு ஹைட்ரஜன் மூலக்கூறுகள் உருவாகின்றன, n = 4, மற்றும் ΔG ° = 474.48 kJ/2 mol (நீர்) = 237.24 kJ/mol (நீர்) αS ° = 163 J/K mol (நீர்) αH ° = 571.66 kJ/2 mol (நீர்) = 285.83 kJ/mol (நீர்) மற்றும் 141.86 kJ/g (H2). இருப்பினும், தனிப்பட்ட மின்முனை சமநிலை ஆற்றல்கள் தொடர்பான கணக்கீடுகளுக்கு செயல்பாட்டு குணகங்களைக் கணக்கிட திருத்தங்கள் தேவைப்படுகின்றன. நடைமுறையில் ஒரு மின் வேதியியல் செல் நியாயமான ஆற்றலைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் நிறைவை நோக்கி "இயக்கப்படும்" போது, அது இயக்கவியல் ரீதியாக கட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. எனவே, செயல்படுத்தும் ஆற்றல், அயனி இயக்கம் (பரவல்) மற்றும் செறிவு, கம்பி எதிர்ப்பு, குமிழி உருவாக்கம் (தொகுதிகள் மின்முனை பகுதி) மற்றும் என்ட்ரோபி உள்ளிட்ட மேற்பரப்பு தடை ஆகியவை கடக்க அதிக ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. தேவையான ஆற்றலின் அதிகரிப்பின் அளவு அதிகப்படியான திறன் என்று அழைக்கப்படுகிறது. தூய்மையான நீரில் மின்னாற்பகுப்பு மின்னாற்பகுப்பு கேத்தோடில் H + நேர்மின் அயனிகளை பயன்படுத்துகிறது/குறைக்கிறது மற்றும் அனோடில் ஹைட்ராக்சைடு (OH−) எதிர்மின் அயனிகளை பயன்படுத்துகிறது/ஆக்சிஜனேற்றுகிறது. தண்ணீருக்கு ஒரு pH குறியீட்டைச் சேர்ப்பதன் மூலம் இதைச் சரிபார்க்கலாம்ஃ கேத்தோடு அருகே உள்ள நீர் காரமானது, அதே நேரத்தில் அனோடுக்கு அருகிலுள்ள நீர் அமிலமானது. அனோடை அணுகும் ஹைட்ராக்சைடுகள் OH-பெரும்பாலும் நேர்மறை ஹைட்ரோனியம் அயனிகளுடன் (H3O +) இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்குகின்றன. கேத்தோடை அணுகும் நேர்மறை ஹைட்ரோனியம் அயனிகள் பெரும்பாலும் எதிர்மறை ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளுடன் இணைந்து தண்ணீரை உருவாக்குகின்றன. ஒப்பீட்டளவில் சில ஹைட்ரோனியம்/ஹைட்ராக்சைடு அயனிகள் கேத்தோடு/அனோடை அடைகின்றன. இது இரண்டு மின்முனைகளிலும் அதிகப்படியான ஆற்றலை ஏற்படுத்தும். தூய நீர் குறைக்கடத்திகளைப் போலவே ஒரு சார்ஜ் கேரியர் அடர்த்தியைக் கொண்டுள்ளது, ஏனெனில் இது குறைந்த தன்னியக்கமயமாக்கலைக் கொண்டுள்ளது, Kw = 1 × 10−14 அறை வெப்பநிலையில், இதனால் தூய நீர் மின்னோட்டத்தை மோசமாக நடத்துகிறது, 0.055 μS·cm−1. நீரின் தன்னியக்க அயனியாக்கத்தை அதிகரிக்க ஒரு பெரிய ஆற்றல் பயன்படுத்தப்படாவிட்டால், தூய நீரின் மின்னாற்பகுப்பு மெதுவாக தொடர்கிறது, ஒட்டுமொத்த கடத்துத்திறனால் மட்டுப்படுத்தப்படுகிறது. ஒரு நீர் மின்னாற்பகுப்பு கடத்துத்திறனை கணிசமாக உயர்த்த முடியும். எலக்ட்ரோலைட் நேர்மின் அயனிகள் மற்றும் எதிர்மின் அயனிகளாக பிரிகிறது; எதிர்மின் அயனிகள் அனோடை நோக்கி விரைந்து சென்று அங்கு நேர்மறை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட H + இன் கட்டமைப்பை நடுநிலையாக்குகின்றன; இதேபோல், நேர்மின் அயனிகள் கேத்தோடை நோக்கி விரைந்து சென்று எதிர்மறை சார்ஜ் செய்யப்பட்ட OH-இன் கட்டமைப்பை நடுநிலையாக்குகின்றன. இது மின்சாரத்தின் தொடர்ச்சியான ஓட்டத்தை அனுமதிக்கிறது. எலக்ட்ரோலைட்டில் இருந்து வரும் எதிர்மின் அயனிகள் ஒரு எலக்ட்ரானை விட்டுக்கொடுக்க ஹைட்ராக்சைடு அயனிகளுடன் போட்டியிடுகின்றன. ஹைட்ராக்சைடை விட குறைவான நிலையான மின்முனை ஆற்றலைக் கொண்ட ஒரு எலக்ட்ரோலைட் எதிர்மின் அயனி ஹைட்ராக்சைடுக்குப் பதிலாக ஆக்சிஜனேற்றப்பட்டு, ஆக்ஸிஜன் வாயுவை உற்பத்தி செய்யாது. அதேபோல், ஹைட்ரஜன் அயனியை விட அதிக நிலையான மின்முனை ஆற்றலைக் கொண்ட ஒரு நேர்மின் அயனி ஹைட்ரஜனுக்கு பதிலாக குறைக்கப்படும். பல்வேறு நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேர்மின் நேமி சோடியம் மற்றும் லித்தியம் ஆகியவை பொதுவான தேர்வுகள், ஏனெனில் அவை மலிவான, கரையக்கூடிய உப்புகளை உருவாக்குகின்றன. ஒரு அமிலம் மின்னாற்பகுப்பாகப் பயன்படுத்தப்பட்டால், நேர்மின் அயனி H + ஆகும், மேலும் H + க்கு எந்த போட்டியாளரும் தண்ணீரைத் துண்டித்து உருவாக்கப்படுவதில்லை. ஆக்சிஜனேற்றம் செய்வது கடினம் என்பதால் பொதுவாகப் பயன்படுத்தப்படும் எதிர்மின் அயனி சல்பேட் (α) ஆகும். இந்த அயனியை பெராக்சைடிசல்பேட் அயனிக்கு ஆக்சிஜனேற்றம் செய்வதற்கான நிலையான ஆற்றல் + 2.010 வோல்ட் ஆகும். கந்தக அமிலம் (H2SO4) போன்ற வலுவான அமிலங்கள் மற்றும் பொட்டாசியம் ஹைட்ராக்சைடு (KOH) மற்றும் சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு (NaOH) போன்ற வலுவான காரங்கள் அவற்றின் வலுவான கடத்தும் திறன்களின் காரணமாக எலக்ட்ரோலைட்டுகளாக பொதுவான தேர்வுகளாகும். நாஃபியோன் போன்ற திடமான பாலிமர் எலக்ட்ரோலைட்டைப் பயன்படுத்தலாம், மேலும் சவ்வின் ஒவ்வொரு பக்கத்திலும் பொருத்தமான வினையூக்கியைப் பயன்படுத்தும்போது 1.5 வோல்ட் அளவுக்கு குறைவான மின்னாற்பகுப்புடன் திறம்பட மின்னாற்பகுக்க முடியும். பல வணிக மின்னாற்பகுப்பு அமைப்புகள் திடமான மின்னாற்பகுப்புகளைப் பயன்படுத்துகின்றன. தூய நீர் எலக்ட்ரோலைட் இல்லாத தூய நீர் மின்னாற்பகுப்பு ஆழமான-சப்-டெபாய்-நீளம் நானோகேப் மின் வேதியியல் செல்கள் மூலம் அடையப்பட்டுள்ளது. கேத்தோடு மற்றும் அனோடுக்கு இடையிலான இடைவெளி டெபை-நீளத்தை விட சிறியதாக இருக்கும்போது (தூய நீரில் 1 மைக்ரான், வடிகட்டிய நீரில் சுமார் 220 என்எம்), இரண்டு மின்முனைகளிலிருந்து இரட்டை அடுக்கு பகுதிகள் ஒன்றுடன் ஒன்று இணைக்கப்படலாம், இது முழு இடைவெளியிலும் ஒரே மாதிரியான உயர் மின்சார புலத்திற்கு வழிவகுக்கிறது. இத்தகைய உயர் மின்சார புலம் அயனி போக்குவரத்தை கணிசமாக மேம்படுத்தும் (முக்கியமாக இடம்பெயர்வு காரணமாக), சுய அயனியாக்கத்தை மேலும் மேம்படுத்துகிறது, எதிர்வினையைத் தொடர்கிறது மற்றும் இரண்டு மின்முனைகளுக்கு இடையில் சிறிய எதிர்ப்பைக் காட்டுகிறது. இந்த வழக்கில், இரண்டு அரை எதிர்வினைகள் எலக்ட்ரான்-பரிமாற்ற படிகளால் இணைக்கப்பட்டு வரையறுக்கப்படுகின்றன (மின்னாற்பகுப்பு மின்னோட்டம் குறுகிய மின்முனை தூரங்களில் நிறைவுற்றது). கடல் நீர் சுற்றுப்புற கடல் நீர் உப்பு மற்றும் பிற அசுத்தங்கள் இருப்பதால் சவால்களை முன்வைக்கிறது. அணுகுமுறைகள் மின்னாற்பகுப்புக்கு முன் உப்புநீக்கத்தை உள்ளடக்கியிருக்கலாம் அல்லது இல்லாமலும் இருக்கலாம். பாரம்பரிய மின்னாற்பகுப்பு நச்சு மற்றும் அரிக்கும் குளோரின் அயனிகளை உருவாக்குகிறது (எ. கா., மற்றும்). பதப்படுத்தப்படாத கடல் நீரை மின்னாற்பகுப்புக்கு பல முறைகள் மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளன. வழக்கமான புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (PEM) மின்னாற்பகுப்புகளுக்கு உப்புநீக்கம் தேவைப்படுகிறது. மறைமுக கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு இரண்டு படிகளை உள்ளடக்கியதுஃ சுத்திகரிப்புக்கு முந்தைய சாதனத்தைப் பயன்படுத்தி கடல் நீரை உப்பு நீக்குதல், பின்னர் பாரம்பரிய நீர் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்தல். இந்த முறை செயல்திறனை மேம்படுத்துகிறது, அரிப்பைக் குறைக்கிறது மற்றும் வினையூக்கி ஆயுட்காலம் நீட்டிக்கிறது. நீர் பிரிப்புடன் ஒப்பிடும்போது கடல் நீரை உப்புநீக்கம் செய்வதற்கான செலவுகள் ஒப்பீட்டளவில் சிறியவை என்று சிலர் வாதிடுகின்றனர், மேலும் இரண்டு-படி உப்புநீக்கம்-இணைக்கப்பட்ட நீர் பிரிப்பு செயல்முறைகளை மேம்படுத்துவதில் ஆராய்ச்சி கவனம் செலுத்த வேண்டும் என்று பரிந்துரைக்கிறது. இருப்பினும், மறைமுக கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு ஆலைகளுக்கு அதிக இடம், ஆற்றல் மற்றும் பராமரிப்பு தேவைப்படுகிறது, மேலும் சிலர் கடல் நீர் தலைகீழ் சவ்வூடுபரவல் (எஸ். டபிள்யூ. ஆர். ஓ) மூலம் அடையப்படும் நீர் தூய்மை போதுமானதாக இருக்காது என்று நம்புகிறார்கள், இதனால் கூடுதல் உபகரணங்கள் மற்றும் செலவு தேவைப்படுகிறது. இதற்கு மாறாக, நேரடி கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு சிகிச்சைக்கு முந்தைய கட்டத்தைத் தவிர்த்து, ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய கடல் நீரை நேரடியாக மின்னாற்பகுப்பில் அறிமுகப்படுத்துகிறது. மட்டுப்படுத்தப்பட்ட நன்னீர் வளங்கள், அடிப்படை மனித தேவைகளுக்கு முன்னுரிமை அளிக்க வேண்டிய அவசியம் மற்றும் எரிசக்தி நுகர்வு மற்றும் செலவுகளைக் குறைப்பதற்கான திறன் காரணமாக இந்த அணுகுமுறை மிகவும் நம்பிக்கைக்குரியதாக கருதப்படுகிறது. மின்னாற்பகுப்பின் செயல்திறனுக்கு சவ்வுகள் முக்கியமானவை, ஆனால் அவை கடல் நீரில் உள்ள அயனி அயனிகளால் எதிர்மறையாக பாதிக்கப்படலாம், அவற்றின் ஆயுட்காலம் குறைகிறது மற்றும் மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறையின் செயல்திறனைக் குறைக்கிறது. ஒரு அணுகுமுறையில் முன்னோக்கி சவ்வூடுபரவல் சவ்வுகளை நீர் பிளவுடன் இணைத்து தூய்மையற்ற நீர் ஆதாரங்களில் இருந்து தொடர்ந்து ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வது அடங்கும். நீர் பிளவு முன்னோக்கி சவ்வூடுபரவல் வழியாக நீர் வருகையால் சமநிலையான செறிவு சாய்வை உருவாக்குகிறது, இது தூய நீரை தொடர்ந்து பிரித்தெடுக்க அனுமதிக்கிறது. இருப்பினும், இந்த உள்ளமைவு சிஎல் அயனிகள் சவ்வு வழியாக சென்று சேதத்தை ஏற்படுத்தும் திறன், அதே போல் ஒரு பிரிப்பான் இல்லாமல் ஹைட்ரஜன் மற்றும் ஆக்ஸிஜன் கலக்கும் ஆபத்து போன்ற சவால்களைக் கொண்டுள்ளது. இந்த சிக்கல்களைத் தீர்க்க, உருவாக்கப்பட்ட வாயுக்களைப் பிரிக்க மின்முனைகளுக்கு இடையில் குறைந்த விலை அரை ஊடுருவக்கூடிய சவ்வு அறிமுகப்படுத்தப்பட்டது, சவ்வு செலவுகளைக் குறைத்து, சிஎல் ஆக்சிஜனேற்றத்தைக் குறைத்தது. கூடுதலாக, மாற்றம் உலோக அடிப்படையிலான பொருட்களைப் பயன்படுத்துவது நீர் மின்னாற்பகுப்பை திறம்பட ஆதரிக்க முடியும் என்று ஆராய்ச்சி காட்டுகிறது. சில ஆய்வுகள் விலையுயர்ந்த அயனி பரிமாற்ற சவ்வுகளை (500-1000 $/m2) மாற்றுவதற்கு குறைந்த விலை தலைகீழ் சவ்வூடுபரவல் சவ்வுகளின் (<10 $/m2) பயன்பாட்டை ஆராய்ந்துள்ளன. அயனி பரிமாற்ற சவ்வுகளுக்கு மாறாக நீர் மின்னாற்பகுப்பு அமைப்புகளில் தலைகீழ் சவ்வூடுபரவல் சவ்வுகளின் பயன்பாடு பொருளாதார ரீதியாக கவர்ச்சிகரமானதாக மாறுகிறது, ஏனெனில் அவற்றின் செலவு-செயல்திறன் மற்றும் கேஷன் உப்புகளுக்கு அவை வழங்கும் அதிக புரோட்டான் தேர்வு, குறிப்பாக அதிக செறிவு எலக்ட்ரோலைட்டுகள் பயன்படுத்தப்படும்போது. அயனிகள் செல் அடுக்குக்குள் நுழைவதைத் தடுக்க ஒரு ஹைட்ரோபோபிக் சவ்வைப் பயன்படுத்துவது ஒரு மாற்று முறையாகும். இந்த முறை ஒரு ஹைட்ரோபோபிக் நுண்ணிய பாலிடெட்ராஃப்ளோரோஎதிலீன் (பி. டி. எஃப். இ) நீர்ப்புகா சுவாசிக்கக்கூடிய சவ்வை ஒரு சுய-தணிக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுடன் ஒருங்கிணைக்கிறது, ஒரு ஹைக்ரோஸ்கோபிக் கந்தக அமிலக் கரைசலைப் பயன்படுத்தி வணிக ஆல்கலைன் எலக்ட்ரோலைசருடன் கடல் நீரில் இருந்து ஹைட்ரஜன் வாயுவை உருவாக்குகிறது. பெரிய அளவில், இந்த கடல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு அமைப்பு குறிப்பிடத்தக்க வினையூக்கி அரிப்பு அல்லது சவ்வு ஈரப்பதத்தை அனுபவிக்காமல் 3200 மணி நேரத்திற்கும் மேலாக ஒரு மணி நேரத்திற்கு 386 எல் எச் 2 ஐ தொடர்ந்து உற்பத்தி செய்ய முடியும். இந்த செயல்முறை கடல் நீர் ஆவியாதல் மற்றும் நீராவி பரவலை இயக்குவதற்கு கடல் நீர் மற்றும் சுய-ஈரமாக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கு இடையிலான நீராவி அழுத்தத்தில் உள்ள ஏற்றத்தாழ்வைப் பயன்படுத்துகிறது, அதைத் தொடர்ந்து சுய-ஈரமாக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டில் உறிஞ்சப்பட்ட நீராவி திரவமாக்கப்படுகிறது. நுட்பங்கள் 2022 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி, வணிக மின்னாற்பகுப்புக்கு ஒரு கிலோ ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய சுமார் 53 கிலோவாட் மின்சாரம் தேவைப்படுகிறது, இது 39.4 கிலோவாட் (எச். எச். வி) ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. ஒரு மின்கலனின் முனையங்களிலிருந்து ஓடும் இரண்டு தடங்கள், ஒரு கப் தண்ணீரில் ஒரு அளவு எலக்ட்ரோலைட்டுடன் வைக்கப்பட்டு கடத்துத்திறனை நிறுவுகின்றன. ஒரு எலக்ட்ரோலைட் கரைசலில் NaCl (உப்பு) ஐப் பயன்படுத்துவது ஒரு போட்டி அரை எதிர்வினை காரணமாக ஆக்ஸிஜனை விட குளோரின் வாயுவை உற்பத்தி செய்கிறது. சோடியம் பைகார்பனேட் (பேக்கிங் சோடா) அதற்கு பதிலாக ஹைட்ரஜனையும், பைகார்பனேட் எதிர்மின் அயனி கரைசலில் இருக்கும் வரை கார்பன் டை ஆக்சைடையும் உற்பத்தி செய்கிறது. ஹாஃப்மேன் மின்னழுத்தமானி ஹாஃப்மேன் மின்னழுத்தமானி ஒரு சிறிய அளவிலான மின்னாற்பகுப்பு செல் ஆகும். இது மூன்று இணைக்கப்பட்ட செங்குத்தான சிலிண்டர்களைக் கொண்டுள்ளது. நீர் மற்றும் எலக்ட்ரோலைட்டைச் சேர்க்க அனுமதிக்கும் வகையில் உட்புற சிலிண்டர் மேலே திறந்திருக்கும். ஒரு பிளாட்டினம் மின்முனை (தட்டு அல்லது தேன்கூடு) இரண்டு பக்க சிலிண்டர்கள் ஒவ்வொன்றின் அடிப்பகுதியில் வைக்கப்பட்டு, மின்சார ஆதாரத்தின் முனையங்களுடன் இணைக்கப்பட்டுள்ளது. உருவாக்கப்பட்ட வாயுக்கள் தண்ணீரை இடமாற்றம் செய்து இரண்டு வெளிப்புற குழாய்களின் மேற்புறத்தில் சேகரிக்கின்றன, அங்கு அதை ஒரு ஸ்டாப்காக் மூலம் இழுக்க முடியும். உயர் அழுத்த உயர் அழுத்த மின்னாற்பகுப்பு என்பது 12-20 MPa (120-200 பார், 1740-2900 psi) ஐச் சுற்றி சுருக்கப்பட்ட ஹைட்ரஜன் வெளியீட்டை உள்ளடக்கியது. மின்னாற்பகுப்பில் உள்ள ஹைட்ரஜனை அழுத்துவதன் மூலம், வெளிப்புற ஹைட்ரஜன் அமுக்கியின் தேவை நீக்கப்படுகிறது. சராசரி எரிசக்தி நுகர்வு சுமார் 3 சதவீதம் ஆகும். உயர் வெப்பநிலை உயர் வெப்பநிலை மின்னாற்பகுப்பு (HTE அல்லது நீராவி மின்னாற்பகுப்பு) அதிக வெப்பநிலையில் மிகவும் திறமையானதாகும். ஒரு வெப்ப இயந்திரம் சில ஆற்றலை வழங்குகிறது, இது பொதுவாக மின்சாரத்தை விட மலிவானது கார நீர் மின்னாற்பகுப்பு புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு ஒரு புரோட்டான்-பரிமாற்ற சவ்வு மின்னாற்பகுப்பு எதிர்வினைகளைப் பிரித்து புரோட்டான்களைக் கொண்டு செல்கிறது, அதே நேரத்தில் சவ்வு வழியாக நேரடி மின்னணு பாதையைத் தடுக்கிறது. PEM எரிபொருள் செல்கள் ஒரு திடமான பாலிமர் சவ்வைப் (ஒரு மெல்லிய பிளாஸ்டிக் படலம்) பயன்படுத்துகின்றன, இது ஹைட்ரஜன் அயனிகளுக்கு (புரோட்டான்கள்) தண்ணீருடன் நிறைவுறும் போது ஊடுருவக்கூடியது, ஆனால் எலக்ட்ரான்களை நடத்தாது. இது ஒரு புரோட்டான்-பரிமாற்ற சவ்வு அல்லது பாலிமர்-எலக்ட்ரோலைட் சவ்வு (PEM) ஐப் பயன்படுத்துகிறது, இது பொதுவாக அயனிமைகளிலிருந்து தயாரிக்கப்படும் அரை ஊடுருவக்கூடிய சவ்வு மற்றும் புரோட்டான்களை நடத்த வடிவமைக்கப்பட்டுள்ளது, அதே நேரத்தில் ஒரு இன்சுலேட்டர் மற்றும் எதிர்வினை தடையாக செயல்படுகிறது, எ. கா. ஆக்ஸிஜன் மற்றும் ஹைட்ரஜன் வாயு. PEM எரிபொருள் செல்கள் ஒரு திடமான பாலிமர் சவ்வைப் (ஒரு மெல்லிய பிளாஸ்டிக் படலம்) பயன்படுத்துகின்றன, இது தண்ணீரில் நிறைவுறும் போது புரோட்டான்களுக்கு ஊடுருவக்கூடியது, ஆனால் எலக்ட்ரான்களை நடத்தாது. புரோட்டான்-பரிமாற்ற சவ்வுகள் முதன்மையாக புரோட்டான் கடத்துத்திறன் (σ), மெத்தனால் ஊடுருவல் (பி) மற்றும் வெப்ப நிலைத்தன்மை ஆகியவற்றால் வகைப்படுத்தப்படுகின்றன. PEMகளை தூய பாலிமர் அல்லது கலப்பு சவ்வுகளிலிருந்து தயாரிக்கலாம், அங்கு பிற பொருட்கள் பாலிமர் மேட்ரிக்ஸில் உட்பொதிக்கப்பட்டுள்ளன. வணிக ரீதியாக கிடைக்கக்கூடிய மிகவும் பொதுவான பொருட்களில் ஒன்று ஃப்ளோரோபாலிமர் (பி. எஃப். எஸ். ஏ) நாஃபியோன் ஆகும். நாஃபியோன் என்பது டெஃப்ளான் போன்ற பெர்ஃப்ளோரினேட்டட் முதுகெலும்பைக் கொண்ட ஒரு அயனியாகும். புரோட்டான்-பரிமாற்ற சவ்வுகளுக்கான அயனிகளை உருவாக்க பல கட்டமைப்பு கருக்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன. பலர் பாலியரோமாட்டிக் பாலிமர்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர், மற்றவர்கள் ஓரளவு ஃப்ளோரினேட்டட் பாலிமர்களைப் பயன்படுத்துகின்றனர். சூப்பர் கிரிட்டிக்கல் நீர் மின்னாற்பகுப்பு (எஸ். டபிள்யூ. இ) ஒரு சூப்பர் கிரிட்டிக்கல் நிலையில் தண்ணீரைப் பயன்படுத்துகிறது. சூப்பர் கிரிட்டிக்கல் தண்ணீருக்கு குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, எனவே செலவுகளைக் குறைக்கிறது. இது> 375 டிகிரி செல்சியஸில் செயல்படுகிறது, இது வெப்ப இயக்கவியல் தடைகளை குறைக்கிறது மற்றும் இயக்கவியலை அதிகரிக்கிறது, திரவ அல்லது வாயு நீரில் அயனி கடத்துத்திறனை மேம்படுத்துகிறது, இது ஓமிக் இழப்புகளைக் குறைக்கிறது. மேம்பட்ட மின் செயல்திறன், தயாரிப்பு வாயுக்களின் 221 பார் அழுத்தமான விநியோகம், அதிக மின்னோட்ட அடர்த்திகளில் செயல்படும் திறன் மற்றும் விலைமதிப்பற்ற உலோக வினையூக்கிகளை குறைந்த அளவில் சார்ந்திருப்பது ஆகியவை இதில் அடங்கும். 2021 ஆம் ஆண்டு நிலவரப்படி வணிக ரீதியான எஸ். டபிள்யூ. இ உபகரணங்கள் கிடைக்கவில்லை. 2014 ஆம் ஆண்டில், ஆராய்ச்சியாளர்கள் விலைமதிப்பற்ற உலோகங்களை விட நிக்கல் மற்றும் இரும்பு வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்தி மின்னாற்பகுப்பை அறிவித்தனர். நிக்கல் உலோகம் அல்லது நிக்கல் ஆக்சைடை விட நிக்கல்-உலோகம்/நிக்கல்-ஆக்சைடு அமைப்பு மிகவும் சுறுசுறுப்பாக உள்ளது. வினையூக்கி தேவையான மின்னழுத்தத்தை கணிசமாகக் குறைக்கிறது. நிக்கல்-இரும்பு மின்கலன்கள் ஒருங்கிணைந்த மின்கலன்கள் மற்றும் மின்னாற்பகுப்புகளாகப் பயன்படுத்துவது குறித்து விசாரணையில் உள்ளன. அந்த "பட்டோலிசர்கள்" வழக்கமான மின்கலன்களைப் போல சார்ஜ் செய்யப்பட்டு வெளியேற்றப்படலாம், மேலும் முழுமையாக சார்ஜ் செய்யப்படும்போது ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்யும். 2023 ஆம் ஆண்டில், ஆஸ்திரேலியாவில் உள்ள ஆராய்ச்சியாளர்கள் நைட்ரஜன்-டோப் செய்யப்பட்ட நிக்கல் மாலிப்டினம் பாஸ்பைடு வினையூக்கியின் நுண்ணிய தாளைப் பயன்படுத்துவதாக அறிவித்தனர். நைட்ரஜன் ஊக்கமருந்து கடத்துத்திறனை அதிகரிக்கிறது மற்றும் மின்னணு அடர்த்தி மற்றும் மேற்பரப்பு வேதியியலை மேம்படுத்துகிறது. இது கூடுதல் வினையூக்கி தளங்களை உருவாக்குகிறது. மேற்பரப்பு உலோகங்களுடன் நைட்ரஜன் பிணைப்புகள் மற்றும் தேவையற்ற அயனிகள் மற்றும் மூலக்கூறுகளை விலக்க உதவும் மின்-எதிர்மறை பண்புகளைக் கொண்டுள்ளன, அதே நேரத்தில் பாஸ்பேட், சல்பேட், நைட்ரேட் மற்றும் ஹைட்ராக்சில் மேற்பரப்பு அயனிகள் குளோரினைத் தடுக்கின்றன மற்றும் corrosion.10 mA cm−2 ஐ ஆல்கலைன் எலக்ட்ரோலைட் மற்றும் கடல் நீரில் முறையே 1.52 மற்றும் 1.55 V ஐப் பயன்படுத்தி அடையலாம். நானோகாப் மின் வேதியியல் செல்கள் 2017 ஆம் ஆண்டில், நானோகாப் மின் வேதியியல் செல்கள் சுற்றுப்புற வெப்பநிலையில் அதிக செயல்திறன் கொண்ட எலக்ட்ரோலைட் இல்லாத தூய நீர் மின்னாற்பகுப்பை அடைந்ததாக ஆராய்ச்சியாளர்கள் தெரிவித்தனர். இந்த செல்களில், இரண்டு மின்முனைகளும் ஒன்றுக்கொன்று மிகவும் நெருக்கமாக உள்ளன (டெபை-நீளத்தை விட சிறியது) இதனால் வெகுஜன போக்குவரத்து விகிதம் எலக்ட்ரான்-பரிமாற்ற விகிதத்தை விட அதிகமாக இருக்கலாம், இதனால் இரண்டு அரை எதிர்வினைகள் ஒன்றாக இணைக்கப்பட்டு எலக்ட்ரான்-பரிமாற்ற படியால் கட்டுப்படுத்தப்படுகின்றன. 1 mol/L சோடியம் ஹைட்ராக்சைடு கரைசலை விட மின்னோட்ட அடர்த்தி அதிகமாக இருக்கலாம் என்று சோதனைகள் காட்டுகின்றன. இத்தகைய நானோ இடைவெளி அளவு விளைவுகள் காரணமாக, அதன் "மெய்நிகர் முறிவு பொறிமுறை", பாரம்பரிய மின் வேதியியல் கோட்பாட்டிலிருந்து முற்றிலும் வேறுபட்டது. 1 கிலோ ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்ய ஒரு கேபில்லரி-ஃபெட் எலக்ட்ரோலைசர் செல் 41.5 கிலோவாட் மணி நேரம் மட்டுமே தேவை என்று கூறப்படுகிறது. நீர் எலக்ட்ரோலைட் ஒரு நுண்ணிய, ஹைட்ரோஃபிலிக் பிரிப்பான் மூலம் மின்முட்டுகளிலிருந்து தனிமைப்படுத்தப்படுகிறது. மின்னாற்பகுப்பு நடவடிக்கை மூலம் நீர் மின்னாற்பகுப்புக்குள் இழுக்கப்படுகிறது, அதே நேரத்தில் மின்னாற்பகுப்பு வாயுக்கள் இருபுறமும் வெளியேறுகின்றன. இது மின்முனைகளுக்கும் எலக்ட்ரோலைட்டுக்கும் இடையிலான தொடர்பைக் குறைக்கும் குமிழிகளை அகற்றி, செயல்திறனைக் குறைப்பதன் மூலம் PEM தொழில்நுட்பத்தை விரிவுபடுத்துகிறது. இந்த வடிவமைப்பு 98 சதவீதம் ஆற்றல் செயல்திறனில் செயல்படும் என்று கூறப்படுகிறது. வடிவமைப்பு நீர் சுழற்சி, பிரிப்பான் தொட்டிகள் மற்றும் பிற பொறிமுறைகளை கைவிடுகிறது மற்றும் காற்று அல்லது கதிர்வீச்சு குளிர்ச்சியாக இருக்கலாம். பயன்பாடுகள் உலகளவில் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜன் வாயுவில் சுமார் ஐந்து சதவீதம் மின்னாற்பகுப்பு மூலம் உருவாக்கப்படுகிறது. தற்போதைய தொழில்துறை ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியில் பெரும்பகுதி நீராவி சீர்திருத்த செயல்பாட்டில் இயற்கை எரிவாயுவிலிருந்து அல்லது நிலக்கரி அல்லது கனரக ஹைட்ரோகார்பன்களின் பகுதி ஆக்சிஜனேற்றத்திலிருந்து வருகிறது. மின்னாற்பகுப்பு மூலம் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜனின் பெரும்பகுதி குளோரின் மற்றும் காஸ்டிக் சோடா உற்பத்தியில் ஒரு பக்க விளைபொருளாகும். இது பக்க எதிர்வினைக்கு ஒரு போட்டிக்கு ஒரு முக்கிய எடுத்துக்காட்டு. குளோரால்காலி செயல்பாட்டில் (உப்புநீரின் மின்னாற்பகுப்பு) ஒரு நீர்/சோடியம் குளோரைடு கலவை என்பது நீரின் மின்னாற்பகுப்பில் பாதி மட்டுமே ஆகும், ஏனெனில் குளோரைடு அயனிகள் ஆக்ஸிஜனாக ஆக்சிஜனேற்றப்படுவதை விட குளோரினாக ஆக்சிஜனேற்றப்படுகின்றன. குளோரைடு அயனியின் ஆக்சிஜனேற்ற ஆற்றல் தண்ணீரை விட குறைவாக இருப்பதால் வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக இது எதிர்பார்க்கப்படாது, ஆனால் குளோரைடு எதிர்வினையின் விகிதம் தண்ணீரை விட அதிகமாக இருப்பதால் அது ஆதிக்கம் செலுத்துகிறது. இந்த செயல்முறையிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜன் எரிக்கப்படுகிறது (அதை மீண்டும் தண்ணீராக மாற்றுகிறது), இது சிறப்பு இரசாயனங்களின் உற்பத்திக்கு அல்லது பல்வேறு சிறிய அளவிலான பயன்பாடுகளுக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது. சர்வதேச விண்வெளி நிலையத்திற்கு ஆக்ஸிஜனை உருவாக்க நீர் மின்னாற்பகுப்பும் பயன்படுத்தப்படுகிறது. பல தொழில்துறை மின்னாற்பகுப்பு செல்கள் ஹாஃப்மேன் வோல்டாமீட்டர்களைப் போலவே உள்ளன, பிளாட்டினம் தகடுகள் அல்லது தேன்கூடுகள் மின்முனைகளாக உள்ளன. பொதுவாக, ஆக்ஸிஹைட்ரஜன் டார்ச்ச்கள் போன்ற பயன்பாட்டு பயன்பாடுகளுக்காக அல்லது அதிக தூய்மை கொண்ட ஹைட்ரஜன் அல்லது ஆக்ஸிஜனை விரும்பும் போது ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது. ஹைட்ரஜனின் பெரும்பகுதி ஹைட்ரோகார்பன்களிலிருந்து உற்பத்தி செய்யப்படுகிறது, இதன் விளைவாக, கார்பன் மோனாக்சைடு மற்றும் பிற அசுத்தங்கள் உள்ளன. கார்பன் மோனாக்சைடு அசுத்தம் பல எரிபொருள் செல்கள் உட்பட பல்வேறு அமைப்புகளுக்கு தீங்கு விளைவிக்கும். மின்னாற்பகுப்புகளை கீழே உயர்த்த முடியும் என்பதால் அவை எதிர்காலத்தில் மின்சார விநியோக தேவை பொருந்தாத தன்மையை சமாளிக்க பயன்படுத்தப்படலாம். நவீன ஹைட்ரஜன் ஜெனரேட்டர்களின் செயல்திறன் ஹைட்ரஜனின் நிலையான தொகுதிக்கு (MJ/m3) நுகரப்படும் ஆற்றலால் அளவிடப்படுகிறது, இது நிலையான வெப்பநிலை மற்றும் H2 இன் அழுத்தத்தைக் கருதுகிறது. ஒரு ஜெனரேட்டரால் பயன்படுத்தப்படும் ஆற்றல் குறைவாக இருந்தால், அதன் செயல்திறன் அதிகமாக இருக்கும்; ஒரு 100%-திறமையான மின்னாற்பகுப்பு ஹைட்ரஜனை (அதிக வெப்ப மதிப்பு) நுகரும். நடைமுறை மின்னாற்பகுப்பு (15 பட்டை அழுத்தத்தில் சுழலும் மின்னாற்பகுப்பைப் பயன்படுத்துதல்) பயன்படுத்தப்படலாம், மேலும் ஹைட்ரஜன் கார்களில் பயன்படுத்த ஹைட்ரஜனை சுருக்கினால் மேலும் பயன்படுத்தப்படலாம். வெளிப்புற வெப்பத்தை சேர்ப்பதன் மூலம், மின்சார நுகர்வு குறைக்கப்படலாம். மின்னாற்பகுப்பு விற்பனையாளர்கள் என்தால்பியின் அடிப்படையில் செயல்திறனை வழங்குகிறார்கள். ஒரு மின்னாற்பகுப்பின் கூறப்படும் செயல்திறனை மதிப்பிடுவதற்கு அது விற்பனையாளரால் எவ்வாறு வரையறுக்கப்பட்டது என்பதை நிறுவுவது முக்கியம் (அதாவது. என்ன என்தால்பி மதிப்பு, என்ன மின்னோட்ட அடர்த்தி போன்றவை). சந்தையில் மூன்று முக்கிய தொழில்நுட்பங்கள் உள்ளனஃ கார ஆக்சைடு, திட ஆக்சைடு மற்றும் புரோட்டான் பரிமாற்ற சவ்வு (PEM) மின்னாற்பகுப்புகள். அல்கலைன் மின்னாற்பகுப்புகள் முதலீட்டின் அடிப்படையில் மலிவானவை (அவை பொதுவாக நிக்கல் வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்துகின்றன), ஆனால் குறைந்த செயல்திறன் கொண்டவை. PEM மின்னாற்பகுப்புகள் மிகவும் விலை உயர்ந்தவை (அவை பொதுவாக விலையுயர்ந்த பிளாட்டினம்-குழு உலோக வினையூக்கிகளைப் பயன்படுத்துகின்றன) ஆனால் அவை மிகவும் திறமையானவை மற்றும் அதிக மின்னோட்ட அடர்த்திகளில் செயல்பட முடியும், எனவே, ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி போதுமானதாக இருந்தால் மலிவானதாக இருக்கலாம். திட ஆக்சைடு மின்னாற்பகுப்பு செல்கள் (எஸ். ஓ. இ. சி) மின்னாற்பகுப்பின் மூன்றாவது மிகவும் பொதுவான வகையாகும், மேலும் செயல்திறனை அதிகரிக்க அதிக இயக்க வெப்பநிலையைப் பயன்படுத்துகின்றன. SOEC இன் கோட்பாட்டு மின் செயல்திறன் 90 சதவீதம் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தியில் 100% க்கு அருகில் உள்ளது. காலப்போக்கில் அமைப்பின் சீரழிவு ஆரம்பத்தில் பி. இ. எம் மற்றும் அல்கலைன் எலக்ட்ரோலைசர்களைப் போலல்லாமல் எஸ். ஓ. இ. சி எலக்ட்ரோலைசர்களின் செயல்திறனை பாதிக்காது. எஸ். ஓ. இ. சி அமைப்பு சீரழிந்தால், செல் மின்னழுத்தம் அதிகரிக்கிறது, இயற்கையாகவே அமைப்பில் அதிக வெப்பத்தை உருவாக்குகிறது. இதன் காரணமாக, அமைப்பை சூடாக வைத்திருக்க குறைந்த ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது, இது ஆரம்பத்தில் வியத்தகு சீரழிவிலிருந்து ஏற்படும் ஆற்றல் இழப்புகளை ஈடுசெய்யும். வழக்கமான கார மின்னாற்பகுப்பு சுமார் 70 சதவீதம் செயல்திறனைக் கொண்டுள்ளது. அதிக வெப்ப மதிப்பின் ஏற்றுக்கொள்ளப்பட்ட பயன்பாட்டிற்கான கணக்கியல் (ஏனெனில் வெப்பம் வழியாக திறமையின்மை வினையூக்கிக்குத் தேவையான நீராவியை உருவாக்க அமைப்புக்குள் திருப்பிவிடப்படலாம்), PEM மின்னாற்பகுப்புக்கான சராசரி வேலை செயல்திறன் சுமார் 80 சதவீதம் ஆகும். இது 2030ஆம் ஆண்டிற்குள் 82 முதல் 86 சதவீதமாக உயரும் என்று எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. PEM மின்னாற்பகுப்புகளுக்கான கோட்பாட்டு செயல்திறன் 94 சதவீதம் வரை கணிக்கப்பட்டுள்ளது. ஹைட்ரஜனின் தொழில்துறை உற்பத்தியைக் கருத்தில் கொண்டு, 70-80% என்ற பயனுள்ள மின் செயல்திறனைக் கொண்ட நீர் மின்னாற்பகுப்புக்கான (PEM அல்லது கார மின்னாற்பகுப்பு) தற்போதைய சிறந்த செயல்முறைகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம், 1 கிலோ ஹைட்ரஜனை (இது ஒரு குறிப்பிட்ட 143 MJ/கிலோ ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது) உற்பத்தி செய்ய மின்சாரம் தேவைப்படுகிறது. 2015 ஆம் ஆண்டிற்கான அமெரிக்க எரிசக்தித் துறையின் ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி இலக்குகளில் குறிப்பிடப்பட்டுள்ளபடி, $0.06/kW·h மின்சார செலவில், ஹைட்ரஜனின் விலை ஒரு கிலோவுக்கு $3 ஆகும். உபகரணங்களின் விலை வெகுஜன உற்பத்தியைப் பொறுத்தது. பல்வேறு ஆய்வாளர்கள் 2030ஆம் ஆண்டுக்குள் உபகரணங்களின் வருடாந்திர உற்பத்தி முறையே 47 ஜிகாவாட், 104 ஜிகாவாட் மற்றும் 180 ஜிகாவாட் ஆக இருக்கும் என்று கணித்துள்ளனர். வரைபடத்தில் காட்டப்பட்டுள்ளபடி 2016 முதல் இயற்கை எரிவாயு விலைகளின் வரம்புடன் (ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி தொழில்நுட்ப குழு சாலை வரைபடம், நவம்பர் 2017) நீராவி-மீத்தேன்-மறுசீரமைக்கப்பட்ட (எஸ். எம். ஆர்) ஹைட்ரஜனின் விலை $1.2 முதல் $1.5 வரை இருப்பதால், மின்னாற்பகுப்பு வழியாக ஹைட்ரஜனின் விலை 2015 டி. ஓ. இ ஹைட்ரஜன் இலக்கு விலைகளை விட இரு மடங்கு அதிகமாக உள்ளது. 2020 ஆம் ஆண்டில் ஹைட்ரஜனுக்கான அமெரிக்க டி. ஓ. இ இலக்கு விலை $2.30/kg ஆகும், இதற்கு $0.037/kW·h மின்சார செலவு தேவைப்படுகிறது, இது பல பிராந்தியங்களில் காற்று மற்றும் சூரிய ஒளிக்கான 2018 பிபிஏ டெண்டர்களைக் கருத்தில் கொண்டு அடையக்கூடியது. இது $4/பெட்ரோல் கேலன் சமமான (ஜிஜிஇ) எச் 2 விநியோகிக்கப்பட்ட நோக்கத்தை அடையக்கூடிய அளவிற்குள் வைக்கிறது, மேலும் எஸ். எம். ஆருக்கு சற்று உயர்ந்த இயற்கை எரிவாயு உற்பத்தி செலவுக்கு அருகில் உள்ளது. உலகின் பிற பகுதிகளில், எஸ். எம். ஆர் ஹைட்ரஜனின் விலை சராசரியாக ஒரு கிலோவுக்கு 1 முதல் 3 டாலர் வரை உள்ளது. இது ஏற்கனவே நெல் ஹைட்ரஜன் மற்றும் பிறரால் கோடிட்டுக் காட்டப்பட்டபடி, மின்னாற்பகுப்பு மூலம் ஹைட்ரஜனின் உற்பத்தியை பல பிராந்தியங்களில் போட்டி விலையாக ஆக்குகிறது, இதில் மின்னாற்பகுப்புக்கான போட்டி நன்மைக்கு வழிவகுக்கும் நிலைமைகளை ஆராயும் ஐ. இ. ஏ இன் ஒரு கட்டுரை உட்பட. உலகளாவிய எரிசக்தி நெருக்கடியின் போது எரிவாயுவின் அதிக விலை உயர்வு உலகின் சில பகுதிகளில் ஹைட்ரஜன் மின்னாற்பகுப்பை பொருளாதார ரீதியாக மாற்றியது. சில பெரிய தொழில்துறை மின்னாற்பகுப்புகள் பல மெகாவாட்டுகளில் இயங்குகின்றன. சீனாவின் நிங்சியாவில் ஆண்டுக்கு 23,000 டன் வரை திறன் கொண்ட 150 மெகாவாட் ஆல்கலைன் வசதி மிகப்பெரியது. அதிக செயல்திறன் கொண்ட மேற்கத்திய மின்னாற்பகுப்பு உபகரணங்கள் $1,200/கிலோவாட் செலவாகும், குறைந்த செயல்திறன் கொண்ட சீன உபகரணங்கள் $300/கிலோவாட் செலவாகும், ஆனால் 60,000 மணிநேரங்கள் குறைந்த ஆயுட்காலம் கொண்டவை. அதிகப்படியான நீர் மின்னாற்பகுப்புகள் வினை தொடர அதிக மின்னழுத்தங்கள் தேவைப்படுகின்றன. 1. 23 வி ஐத் தாண்டிய பகுதி அதிக ஆற்றல் அல்லது அதிக மின்னழுத்தம் என்று அழைக்கப்படுகிறது, மேலும் இது மின் வேதியியல் செயல்பாட்டில் எந்த வகையான இழப்பு மற்றும் இலட்சியமற்ற தன்மையையும் குறிக்கிறது. நன்கு வடிவமைக்கப்பட்ட ஒரு உயிரணுவைப் பொறுத்தவரை, அனோடில் ஆக்ஸிஜனுக்கு நான்கு-எலக்ட்ரான் ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கான எதிர்வினை அதிக ஆற்றலாகும்; மின்கடத்திகள் இந்த எதிர்வினையை எளிதாக்க முடியும், மேலும் பிளாட்டினம் உலோகக்கலவைகள் இந்த ஆக்சிஜனேற்றத்திற்கான அதிநவீன நிலையாகும். இந்த எதிர்வினைக்கு ஒரு மலிவான, பயனுள்ள மின்கடத்தியை உருவாக்குவது ஒரு பெரிய முன்னேற்றமாக இருக்கும், மேலும் இது தற்போதைய ஆராய்ச்சியின் ஒரு தலைப்பாகும்; பல அணுகுமுறைகள் உள்ளன, அவற்றில் மாலிப்டினம் சல்பைடு, கிராஃபீன் குவாண்டம் புள்ளிகள், கார்பன் நானோகுழாய்கள், பெரோவ்ஸ்கைட் மற்றும் நிக்கல்/நிக்கல்-ஆக்சைடு ஆகியவற்றிற்கான 30 ஆண்டுகள் பழமையான சமையல் குறிப்பு உள்ளது. ட்ரை-மாலிப்டினம் பாஸ்பைடு (எம்ஓ3பி) சமீபத்தில் ஒரு நம்பிக்கைக்குரிய விலைமதிப்பற்ற உலோகம் மற்றும் சிறந்த வினையூக்கி பண்புகளைக் கொண்ட பூமி நிறைந்த கேண்டிடேட்டாக கண்டறியப்பட்டுள்ளது, அவை மின்கடத்தி செயல்முறைகளுக்கு பயன்படுத்தப்படலாம். எம்ஓ3பி நானோ துகள்களின் வினையூக்கி செயல்திறன் ஹைட்ரஜன் பரிணாம எதிர்வினை (எச்இஆர்) இல் சோதிக்கப்படுகிறது, இது 21 எம்வி, எச்2 உருவாக்கம் விகிதம் மற்றும் பரிமாற்ற மின்னோட்ட அடர்த்தி முறையே 214.7 மைக்ரோமீல் s−1 கிராம்−1 பூனை (100 எம்வி அதிக ஆற்றலில் மட்டுமே) மற்றும் 279.07 மைக்ரோமீல் செமீ−2 ஆகியவற்றின் தொடக்க ஆற்றலைக் குறிக்கிறது, இவை பிளாட்டினத்திற்கு இன்னும் காணப்படாத மிக நெருக்கமான மதிப்புகளில் ஒன்றாகும். கேத்தோடில் ஹைட்ரஜனை உற்பத்தி செய்வதற்கான எளிய இரண்டு-எலக்ட்ரான் எதிர்வினை பிளாட்டினம் அல்லது கோட்பாட்டில் ஒரு ஹைட்ரஜனேஸ் நொதி மூலம் கிட்டத்தட்ட அதிகப்படியான திறன் இல்லாமல் மின்கடத்தப்படலாம். மற்றவை இருந்தால், குறைவான செயல்திறன் கொண்டவை, கேத்தோடுக்கு பொருட்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன (எ. கா. கிராஃபைட்), பெரிய அதிகப்படியான திறன்கள் தோன்றும். வெப்ப இயக்கவியல் நிலையான நிலைமைகளில் நீரின் மின்னாற்பகுப்புக்கு ஒவ்வொரு மோலையும் பிரிக்க குறைந்தபட்சம் 237 kJ மின் ஆற்றல் உள்ளீடு தேவைப்படுகிறது, இது நீர் உருவாவதற்கான நிலையான கிப்ஸ் இலவச ஆற்றலாகும். எதிர்வினையின் என்ட்ரோபியில் ஏற்படும் மாற்றத்தை சமாளிக்க ஆற்றல் தேவைப்படுகிறது. எனவே, வெளிப்புற வெப்பம்/ஆற்றல் சேர்க்கப்படாவிட்டால், செயல்முறை ஒரு மோலுக்கு 286 kJ க்கு கீழே தொடர முடியாது. தண்ணீரின் ஒவ்வொரு மோலுக்கும் இரண்டு மோல்கள் எலக்ட்ரான்கள் தேவைப்படுவதால், ஃபாரடே மாறிலி F என்பது ஒரு மோலின் எலக்ட்ரான்களின் (96485 C/mol) மின்னூட்டத்தைக் குறிக்கிறது என்பதால், மின்னாற்பகுப்புக்குத் தேவையான குறைந்தபட்ச மின்னழுத்தம் சுமார் 1.23 V ஆகும். இது மின்னாற்பகுப்பை 100% மின் செயல்திறனை விட அதிகமாக செயல்பட அனுமதிக்கிறது. மின் வேதியியல் அமைப்புகளில் இதன் பொருள் எதிர்வினையைத் தக்கவைக்க உலைக்கு வெப்பம் வழங்கப்பட வேண்டும் என்பதாகும். இந்த வழியில் மின்னாற்பகுப்பு ஆற்றல் தேவையின் ஒரு பகுதிக்கு வெப்ப ஆற்றலைப் பயன்படுத்தலாம். இதேபோல், எரிபொருள்கள் (கார்பன், ஆல்கஹால், பயோமாஸ் போன்றவை) தண்ணீருடன் (குறைந்த வெப்பநிலையில் PEM அடிப்படையிலான மின்னாற்பகுப்பு) அல்லது ஆக்ஸிஜன் அயனிகளுடன் (அதிக வெப்பநிலையில் திட ஆக்சைடு மின்னாற்பகுப்பு அடிப்படையிலான மின்னாற்பகுப்பு) வினைபுரிந்தால் தேவையான மின்னழுத்தத்தை (1 V க்கு கீழே) குறைக்கலாம். இதன் விளைவாக மின்னாற்பகுப்பு செயல்முறைக்கு "உதவ" எரிபொருளின் சில ஆற்றல் பயன்படுத்தப்படுகிறது மற்றும் உற்பத்தி செய்யப்படும் ஹைட்ரஜனின் ஒட்டுமொத்த செலவைக் குறைக்கலாம். இருப்பினும், என்ட்ரோபி கூறுகளை (மற்றும் பிற இழப்புகள்) கவனித்தால், நடைமுறை மின்னோட்ட அடர்த்திகளில் (தெர்மோனூட்ரல் மின்னழுத்தம்) எதிர்வினை தொடர 1.48 வி-க்கு மேல் மின்னழுத்தங்கள் தேவைப்படுகின்றன. நீர் மின்னாற்பகுப்பைப் பொறுத்தவரை, கிப்ஸ் இலவச ஆற்றல் எதிர்வினை தொடர தேவையான குறைந்தபட்ச வேலையைக் குறிக்கிறது, மேலும் எதிர்வினை என்தால்பி என்பது ஆற்றலின் அளவு (வேலை மற்றும் வெப்பம் இரண்டும்) வழங்கப்பட வேண்டும், எனவே எதிர்வினை தயாரிப்புகள் அதே வெப்பநிலையில் இருக்கும் எதிர்வினை (அதாவது. மேலே கொடுக்கப்பட்ட மதிப்புகளுக்கான நிலையான வெப்பநிலை). 1. 48 வி இல் செயல்படும் ஒரு மின்னாற்பகுப்பு 25 டிகிரி செல்சியஸ் வெப்பநிலையில் சமவெப்ப நிலையில் செயல்படும், ஏனெனில் வழங்கப்பட்ட மின் ஆற்றல் நீர் சிதைவின் என்தால்பி (வெப்பம்) க்கு சமமாக இருக்கும், இதற்கு குறைந்தபட்சத்தை விட 20 சதவீதம் அதிக மின் ஆற்றல் தேவைப்படும். மின்னாற்பகுப்பு மின்னாற்பகுப்பு மின்னாற்பகுப்பு செல் மின்னாற்பகுப்பு பொறியியல் மின்னாற்பகுப்பு வாயு வெடிப்பு ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி மீத்தேன் பைரோலிசிஸ் (ஹைட்ரஜனுக்கு) நீர் ஒளிச்சேர்க்கை நீர் பிளவு ஹைட்ரஜன் தொழில்நுட்பங்களின் கார்பன் டை ஆக்சைடு மின் வேதியியல் குறைப்பு காலவரிசை நீர் சுத்திகரிப்பு குறிப்புகள் வெளிப்புற இணைப்புகள் EERE 2008-100 KGH2/நாள் வர்த்தக ஆய்வு NREL 2006-மின்னாற்பகுப்பு தொழில்நுட்ப அறிக்கை மின்னாற்பகுப்பு ஹைட்ரஜன் உற்பத்தி தொழில்துறை வாயுக்கள் நீர் வேதியியல்