Electrolysis of water
پانی کا برقی تجزیہ برقی تجزیہ کے ذریعے پانی کو آکسیجن () اور ہائیڈروجن () گیس میں تقسیم کرنے کے لیے بجلی کا استعمال ہے۔ اس طرح سے خارج ہونے والی ہائیڈروجن گیس کو ہائیڈروجن ایندھن کے طور پر استعمال کیا جا سکتا ہے، لیکن اسے آکسیجن سے الگ رکھنا چاہیے کیونکہ یہ مرکب انتہائی دھماکہ خیز ہوگا۔ علیحدہ طور پر آسان 'ٹینکوں' یا 'گیس کی بوتلوں' میں دباؤ ڈالا جاتا ہے، ہائیڈروجن کو آکسی ہائیڈروجن ویلڈنگ اور دیگر ایپلی کیشنز کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے، کیونکہ ہائیڈروجن/آکسیجن کا شعلہ تقریبا 2,800 ڈگری سیلسیس تک پہنچ سکتا ہے۔ پانی کے برقی تجزیہ کے لیے کم از کم 1.23 وولٹ کے ممکنہ فرق کی ضرورت ہوتی ہے، حالانکہ اس وولٹیج پر بیرونی حرارت کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ عام طور پر 1.5 وولٹ کی ضرورت ہوتی ہے۔ برقی تجزیہ صنعتی ایپلی کیشنز میں نایاب ہے کیونکہ ہائیڈروجن کو جیواشم ایندھن سے کم مہنگے طریقے سے تیار کیا جا سکتا ہے۔ 1789 میں، جان روڈولف دیمین اور ایڈرین پیٹس وین ٹروسٹویک نے بجلی بنانے کے لیے ایک الیکٹروسٹیٹک مشین کا استعمال کیا جو لیڈن جار میں سونے کے الیکٹروڈ پر خارج ہوتی تھی۔ 1800 میں الیسنڈرو وولٹا نے وولٹک ڈھیر ایجاد کیا، جبکہ چند ہفتوں بعد انگریز سائنسدان ولیم نکلسن اور انتھونی کارلسل نے اسے پانی کو برقی کرنے کے لیے استعمال کیا۔ 1806 میں ہمفری ڈیوی نے وسیع پیمانے پر آستین والے پانی کے برقی تجزیہ کے تجربات کے نتائج کی اطلاع دی، اور یہ نتیجہ اخذ کیا کہ نائٹرک ایسڈ تحلیل شدہ ماحولیاتی نائٹروجن سے انوڈ پر پیدا ہوتا ہے۔ انہوں نے ایک ہائی وولٹیج بیٹری اور غیر رد عمل والے الیکٹروڈ اور گولڈ الیکٹروڈ شنک جیسے برتنوں کا استعمال کیا جو نم ایسبیسٹس کے ذریعے پلوں کے طور پر دوگنا ہو گئے۔ زینوب گرامے نے 1869 میں گرامے مشین ایجاد کی، جس نے برقی تجزیہ کو ہائیڈروجن کی پیداوار کے لیے ایک سستا طریقہ بنا دیا۔ برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن اور آکسیجن کی صنعتی ترکیب کا ایک طریقہ 1888 میں دمتری لاچینوف نے تیار کیا تھا۔ اصول ایک ڈی سی برقی طاقت کا ذریعہ دو الیکٹروڈ، یا دو پلیٹوں (عام طور پر ایک غیر فعال دھات جیسے پلاٹینم یا اریڈیم سے بنی) سے جڑا ہوتا ہے جو پانی میں رکھی جاتی ہیں۔ ہائیڈروجن کیتھوڈ پر ظاہر ہوتا ہے (جہاں الیکٹران پانی میں داخل ہوتے ہیں)، اور آکسیجن انوڈ پر۔ مثالی فیراڈک کارکردگی کو فرض کرتے ہوئے، پیدا شدہ ہائیڈروجن کی مقدار آکسیجن کی مقدار سے دوگنی ہوتی ہے، اور دونوں محلول کے ذریعے کیے جانے والے کل برقی چارج کے متناسب ہوتے ہیں۔ تاہم، بہت سے خلیوں میں مسابقتی ضمنی رد عمل ہوتے ہیں، جس کے نتیجے میں اضافی مصنوعات اور مثالی فیراڈک کارکردگی سے کم ہوتی ہے۔ خالص پانی کے برقی تجزیہ کے لیے مختلف فعال رکاوٹوں پر قابو پانے کے لیے زیادہ صلاحیت کی شکل میں اضافی توانائی کی ضرورت ہوتی ہے۔ اضافی توانائی کے بغیر، برقی تجزیہ آہستہ آہستہ ہوتا ہے یا بالکل نہیں۔ یہ جزوی طور پر پانی کی محدود سیلف آئنائزیشن کی وجہ سے ہے۔ خالص پانی کی برقی چالکتا سمندری پانی کا تقریبا دس لاکھ واں حصہ ہے۔ بہت سے الیکٹرولائٹک خلیوں میں مطلوبہ الیکٹرو کیٹالائٹس کی کمی ہوتی ہے۔ الیکٹرولائٹ (جیسے نمک، تیزاب یا بیس) اور الیکٹرو کیٹالسٹس کے اضافے کے ذریعے کارکردگی میں اضافہ ہوتا ہے۔ مساوات خالص پانی میں منفی چارج شدہ کیتھوڈ پر، تخفیف کا رد عمل ہوتا ہے، جس میں کیتھوڈ سے الیکٹرانوں (e−) کو ہائیڈروجن کیشنوں کو ہائیڈروجن گیس بنانے کے لیے دیا جاتا ہے۔ مثبت طور پر چارج شدہ انوڈ پر، آکسیکرن کا رد عمل ہوتا ہے، جس سے آکسیجن گیس پیدا ہوتی ہے اور سرکٹ کو مکمل کرنے کے لیے انوڈ کو الیکٹران ملتے ہیں۔ دو نصف رد عمل، کمی اور آکسیکرن، ایک متوازن نظام بنانے کے لیے جوڑے جاتے ہیں۔ ہر نصف رد عمل کو متوازن کرنے کے لیے پانی کو تیزابی یا بنیادی ہونا ضروری ہے۔ ایسڈ کی موجودگی میں، مساوات یہ ہیں: بیس کی موجودگی میں، مساوات یہ ہیں: نصف رد عمل کے جوڑے کو یکجا کرنے سے پانی کی آکسیجن اور ہائیڈروجن میں یکساں مجموعی سڑن پیدا ہوتی ہے: اس طرح پیدا ہونے والے ہائیڈروجن مالیکیولز کی تعداد آکسیجن مالیکیولز کی تعداد سے دوگنی ہوتی ہے، اس حقیقت کو مدنظر رکھتے ہوئے کہ ہائیڈروجن اور آکسیجن دونوں ڈائیٹومک مالیکیولز ہیں اور پانی کے مالیکیولز آکسیجن ایٹمز سے دوگنا ہائیڈروجن ایٹم پر مشتمل ہوتے ہیں۔ دونوں گیسوں کے لیے مساوی درجہ حرارت اور دباؤ فرض کرتے ہوئے، حجم مولز کے متناسب ہوتا ہے، اس لیے آکسیجن گیس کے طور پر ہائیڈروجن گیس کا دوگنا بڑا حجم پیدا ہوتا ہے۔ پانی میں دھکیلے جانے والے الیکٹرانوں کی تعداد پیدا شدہ ہائیڈروجن مالیکیولز کی تعداد سے دوگنی اور پیدا شدہ آکسیجن مالیکیولز کی تعداد سے چار گنا زیادہ ہوتی ہے۔ تھرموڈینامکس معیاری درجہ حرارت اور دباؤ پر خالص پانی کا ہائیڈروجن اور آکسیجن میں سڑنا تھرموڈینامک اصطلاحات میں سازگار نہیں ہے۔ اس طرح، پانی کے برقی تجزیہ خلیے (Eocell = Eocathode − Eoanode) کی معیاری صلاحیت − 1.229 V 25°C پر pH 0 ([H +] = 1.0 M) پر ہے۔ 25°C پر pH 7 ([H +] = 1.1 M) کے ساتھ، نینسٹ مساوات کی بنیاد پر پوٹینشل میں کوئی تبدیلی نہیں ہوتی ہے۔ تھرموڈینامک معیاری خلیے کی صلاحیت کو معیاری حالت کے آزاد توانائی کے حساب سے حاصل کیا جا سکتا ہے تاکہ αG° کو تلاش کیا جا سکے اور پھر اس مساوات کا استعمال کیا جا سکے: αG° = −nFE° (جہاں E° خلیے کی صلاحیت ہے اور F فیراڈے مستقل ہے، یعنی۔ 96، 485.3321233 C/mol)۔ پانی کے دو مالیکیولز کے لیے الیکٹرولائزڈ اور اس وجہ سے دو ہائیڈروجن مالیکیولز بنتے ہیں، n = 4، اور αG° = 474.48 kJ/2 mol (پانی) = 237.24 kJ/mol (پانی) αS° = 163 J/K mol (پانی) αH° = 571.66 kJ/2 mol (پانی) = 285.83 kJ/mol (پانی) اور 141.86 kJ/g (H2)۔ تاہم، انفرادی الیکٹروڈ کے توازن کی صلاحیت کے حوالے سے حساب کتاب کے لیے سرگرمی کے گتانک کو مدنظر رکھنے کے لیے اصلاحات کی ضرورت ہوتی ہے۔ عملی طور پر جب کسی الیکٹرو کیمیکل سیل کو معقول صلاحیت کا اطلاق کرکے تکمیل کی طرف "چلایا" جاتا ہے، تو اسے حرکی طور پر کنٹرول کیا جاتا ہے۔ لہذا، فعال توانائی، آئن کی نقل و حرکت (پھیلاؤ) اور ارتکاز، تار کی مزاحمت، سطح کی رکاوٹ بشمول بلبلے کی تشکیل (بلاکس الیکٹروڈ ایریا)، اور اینٹروپی، پر قابو پانے کے لیے زیادہ صلاحیت کی ضرورت ہوتی ہے۔ مطلوبہ صلاحیت میں اضافے کی مقدار کو زیادہ صلاحیت کہا جاتا ہے۔ خالص پانی میں الیکٹرولائٹ الیکٹرولائسس کیتھوڈ پر H + کیٹیشن کو استعمال/کم کرتا ہے اور انوڈ پر ہائیڈرو آکسائیڈ (OH−) آئنوں کو استعمال/آکسائڈائز کرتا ہے۔ اس کی تصدیق پانی میں پی ایچ اشارے شامل کر کے کی جا سکتی ہے: کیتھوڈ کے قریب پانی بنیادی ہوتا ہے جبکہ انوڈ کے قریب پانی تیزابی ہوتا ہے۔ ہائیڈروکسائڈز OH-جو انوڈ تک پہنچتے ہیں زیادہ تر مثبت ہائیڈرونیم آئنوں (H3O +) کے ساتھ مل کر پانی بناتے ہیں۔ مثبت ہائیڈرونیم آئن جو کیتھوڈ تک پہنچتے ہیں زیادہ تر منفی ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کے ساتھ مل کر پانی بناتے ہیں۔ نسبتا کم ہائیڈرونیم/ہائیڈرو آکسائیڈ آئن کیتھوڈ/انوڈ تک پہنچتے ہیں۔ یہ دونوں الیکٹروڈ پر زیادہ صلاحیت کا سبب بن سکتا ہے۔ خالص پانی میں سیمی کنڈکٹرز کی طرح چارج کیریئر کثافت ہوتی ہے کیونکہ اس میں کم آٹو آئنائزیشن ہوتی ہے، Kw = 1 × 10−14 کمرے کے درجہ حرارت پر اور اس طرح خالص پانی کرنٹ کو خراب طریقے سے چلاتا ہے، 0.055 μS· سینٹی میٹر−1۔ جب تک کہ پانی کی آٹو آئنائزیشن کو بڑھانے کے لیے ایک بڑی صلاحیت کا اطلاق نہیں کیا جاتا، خالص پانی کا برقی تجزیہ آہستہ آہستہ آگے بڑھتا ہے، جو مجموعی چالکتا سے محدود ہوتا ہے۔ ایک آبی الیکٹرولائٹ چالکتا میں کافی اضافہ کر سکتا ہے۔ الیکٹرولائٹ کیٹیشن اور آئنوں میں جدا ہو جاتا ہے۔ آئن انوڈ کی طرف دوڑتے ہیں اور وہاں مثبت چارج شدہ H + کی تعمیر کو بے اثر کر دیتے ہیں۔ اسی طرح، کیٹیشن کیتھوڈ کی طرف دوڑتے ہیں اور وہاں منفی چارج شدہ OH کی تعمیر کو بے اثر کر دیتے ہیں۔ یہ بجلی کے مسلسل بہاؤ کی اجازت دیتا ہے۔ الیکٹرولائٹ سے نکلنے والے آئن الیکٹران کو چھوڑنے کے لیے ہائیڈرو آکسائیڈ آئنوں کے ساتھ مقابلہ کرتے ہیں۔ ہائیڈرو آکسائیڈ سے کم معیاری الیکٹروڈ صلاحیت والا الیکٹرولائٹ آئن ہائیڈرو آکسائیڈ کے بجائے آکسائڈائز کیا جائے گا، جس سے کوئی آکسیجن گیس پیدا نہیں ہوگی۔ اسی طرح، ہائیڈروجن آئن سے زیادہ معیاری الیکٹروڈ صلاحیت والا کیشن ہائیڈروجن کے بجائے کم ہو جائے گا۔ مختلف کیٹیشنوں میں الیکٹروڈ کی صلاحیت H + سے کم ہوتی ہے اور اس لیے وہ الیکٹرولائٹ کیٹیشن کے طور پر استعمال کے لیے موزوں ہیں: Li +، Rb +، K +، Cs +، BA2 +، Sr2 +، Ca2 +، Na +، اور Mg2 +۔ سوڈیم اور لتیم عام انتخاب ہیں، کیونکہ وہ سستے، گھلنشیل نمک بناتے ہیں۔ اگر ایسڈ کو الیکٹرولائٹ کے طور پر استعمال کیا جاتا ہے، تو کیشن H + ہے، اور H + کا کوئی مدمقابل پانی کو الگ کرنے سے نہیں بنتا ہے۔ سب سے زیادہ استعمال ہونے والا آئنین سلفیٹ () ہے، کیونکہ اسے آکسائڈائز کرنا مشکل ہے۔ پیرو آکسائیڈسلفیٹ آئن میں اس آئن کے آکسیکرن کی معیاری صلاحیت + 2.010 وولٹ ہے۔ مضبوط ایسڈ جیسے سلفورک ایسڈ (ایچ 2 ایس او 4)، اور مضبوط بیس جیسے پوٹاشیم ہائیڈروکسائڈ (کے او ایچ)، اور سوڈیم ہائیڈروکسائڈ (این اے او ایچ) اپنی مضبوط چلنے کی صلاحیتوں کی وجہ سے الیکٹرولائٹس کے طور پر عام انتخاب ہیں۔ ایک ٹھوس پولیمر الیکٹرولائٹ کا استعمال کیا جا سکتا ہے جیسے نیفیون اور جب جھلی کے ہر طرف مناسب اتپریرک کے ساتھ لگایا جاتا ہے تو وہ کم سے کم 1.5 وولٹ کے ساتھ مؤثر طریقے سے الیکٹرولائز کر سکتا ہے۔ کئی تجارتی برقی تجزیہ کے نظام ٹھوس الیکٹرولائٹس کا استعمال کرتے ہیں۔ خالص پانی کے الیکٹرولائٹ سے پاک خالص پانی کے الیکٹرولائسیس کو ڈیپ-سب-ڈیبائی-لمبائی نینو گیپ الیکٹرو کیمیکل خلیوں کے ذریعے حاصل کیا گیا ہے۔ جب کیتھوڈ اور انوڈ کے درمیان فاصلہ ڈیبی لمبائی (خالص پانی میں 1 مائکرون، آستین والے پانی میں تقریبا 220 این ایم) سے چھوٹا ہوتا ہے، تو دو الیکٹروڈ سے دوہری پرت والے علاقے اوورلیپ ہو سکتے ہیں، جس کی وجہ سے پورے خلا میں یکساں طور پر اعلی برقی میدان تقسیم ہوتا ہے۔ اس طرح کا ایک اعلی برقی میدان آئن کی نقل و حمل کو نمایاں طور پر بڑھا سکتا ہے (بنیادی طور پر نقل مکانی کی وجہ سے)، خود آئنائزیشن کو مزید بڑھا سکتا ہے، رد عمل کو جاری رکھ سکتا ہے اور دونوں الیکٹروڈ کے درمیان بہت کم مزاحمت ظاہر کر سکتا ہے۔ اس صورت میں، دو نصف رد عمل جوڑے جاتے ہیں اور الیکٹران منتقلی کے مراحل کے ذریعے محدود ہوتے ہیں (الیکٹرولیسس کرنٹ کم الیکٹروڈ فاصلے پر سیر ہوتا ہے)۔ سمندری پانی کا وسیع سمندری پانی نمک اور دیگر نجاستوں کی موجودگی کی وجہ سے چیلنجز پیش کرتا ہے۔ الیکٹرولیسس سے پہلے طریقوں میں ڈی سیلینیشن شامل ہو سکتی ہے یا نہیں بھی۔ روایتی برقی تجزیہ زہریلے اور تباہ کن کلورین آئن (مثال کے طور پر، اور) پیدا کرتا ہے۔ غیر پروسیس شدہ سمندری پانی کو الیکٹرولائز کرنے کے لیے متعدد طریقے تیار کیے گئے ہیں۔ عام پروٹون ایکسچینج میمبرین (پی ای ایم) الیکٹرولائزرز کو ڈی سیلینیشن کی ضرورت ہوتی ہے۔ بالواسطہ سمندری پانی کے برقی تجزیہ میں دو مراحل شامل ہیں: پری ٹریٹمنٹ ڈیوائس کا استعمال کرتے ہوئے سمندری پانی کو نمکین کرنا اور پھر روایتی پانی کے برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن تیار کرنا۔ یہ طریقہ کارکردگی کو بہتر بناتا ہے، کٹاؤ کو کم کرتا ہے، اور اتپریرک کی عمر کو بڑھاتا ہے۔ کچھ لوگوں کا کہنا ہے کہ سمندری پانی کی ڈی سیلینیشن کی لاگت پانی کی تقسیم کے مقابلے میں نسبتا کم ہے، جس سے پتہ چلتا ہے کہ تحقیق کو زیادہ موثر دو مراحل والے ڈی سیلینیشن جوڑے والے پانی کی تقسیم کے عمل کو تیار کرنے پر توجہ دینی چاہیے۔ تاہم، بالواسطہ سمندری پانی کے برقی تجزیہ پلانٹس کو زیادہ جگہ، توانائی اور دیکھ بھال کی ضرورت ہوتی ہے، اور کچھ کا خیال ہے کہ سمندری پانی کے ریورس اوسموسس (ایس ڈبلیو آر او) کے ذریعے حاصل ہونے والی پانی کی پاکیزگی کافی نہیں ہو سکتی ہے، جس کی وجہ سے اضافی آلات اور لاگت کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کے برعکس، براہ راست سمندری پانی کا برقی تجزیہ علاج سے پہلے کے مرحلے کو چھوڑ دیتا ہے اور ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے سمندری پانی کو براہ راست الیکٹرولائزر میں داخل کرتا ہے۔ میٹھے پانی کے محدود وسائل، بنیادی انسانی ضروریات کو ترجیح دینے کی ضرورت، اور توانائی کی کھپت اور اخراجات کو کم کرنے کی صلاحیت کی وجہ سے اس نقطہ نظر کو زیادہ امید افزا سمجھا جاتا ہے۔ میمبرین برقی تجزیہ کی کارکردگی کے لیے اہم ہیں، لیکن وہ سمندری پانی میں غیر ملکی آئنوں سے منفی طور پر متاثر ہو سکتے ہیں، ان کی عمر کو کم کر سکتے ہیں اور برقی تجزیہ کے عمل کی کارکردگی کو کم کر سکتے ہیں۔ ایک نقطہ نظر میں پانی کی تقسیم کے ساتھ فارورڈ اوسموسس جھلی کو جوڑ کر ناپاک پانی کے ذرائع سے مسلسل ہائیڈروجن پیدا کرنا شامل ہے۔ پانی کی تقسیم فارورڈ اوسموسس کے ذریعے پانی کی آمد کے ذریعے متوازن ارتکاز میلان پیدا کرتی ہے، جس سے خالص پانی کو مسلسل نکالنے کی اجازت ملتی ہے۔ تاہم، اس ترتیب میں چیلنجز ہیں جیسے کہ کل آئنوں کے جھلی سے گزرنے اور نقصان پہنچانے کی صلاحیت کے ساتھ ساتھ جداکار کے بغیر ہائیڈروجن اور آکسیجن کے اختلاط کا خطرہ۔ ان مسائل کو حل کرنے کے لیے، پیدا شدہ گیسوں کو الگ کرنے، جھلی کے اخراجات کو کم کرنے اور سی ایل آکسیکرن کو کم کرنے کے لیے الیکٹروڈ کے درمیان ایک کم لاگت والی نیم پارगम्य جھلی متعارف کرائی گئی۔ مزید برآں، تحقیق سے پتہ چلتا ہے کہ منتقلی دھات پر مبنی مواد کا استعمال پانی کے برقی تجزیہ کو مؤثر طریقے سے مدد فراہم کر سکتا ہے۔ کچھ مطالعات نے مہنگے آئن ایکسچینج میمبرینز (500-1000 $/m2) کو تبدیل کرنے کے لیے کم لاگت والے ریورس اوسموسس میمبرینز (<10 $/m2) کے استعمال کی کھوج کی ہے۔ ریورس اوسموسس میمبرینز کا استعمال پانی کے الیکٹرولائزر سسٹم میں اقتصادی طور پر پرکشش ہو جاتا ہے جیسا کہ آئن ایکسچینج میمبرینز کے برعکس ان کی لاگت کی تاثیر اور اعلی پروٹون انتخاب کی وجہ سے جو وہ کیشن نمکیات کے لیے پیش کرتے ہیں، خاص طور پر جب اعلی ارتکاز والے الیکٹرولائٹس استعمال کیے جاتے ہیں۔ ایک متبادل طریقہ میں آئنوں کو سیل اسٹیک میں داخل ہونے سے روکنے کے لیے ہائیڈروفوبک جھلی کا استعمال شامل ہے۔ یہ طریقہ سمندری پانی سے ہائیڈروجن گیس پیدا کرنے کے لیے تجارتی الکلین الیکٹرولائزر کے ساتھ ہائگروسکوپک سلفورک ایسڈ کے حل کا استعمال کرتے ہوئے سیلف ڈمپنگ الیکٹرولائٹ کے ساتھ ہائیڈروفوبک سوراخ دار پولی ٹیٹرافلوورویتھیلین (پی ٹی ایف ای) واٹر پروف سانس لینے کے قابل جھلی کو جوڑتا ہے۔ بڑے پیمانے پر، یہ سمندری پانی کا برقی تجزیہ نظام 3200 گھنٹے سے زیادہ عرصے تک مسلسل 386 ایل ایچ 2 فی گھنٹہ پیدا کر سکتا ہے بغیر کسی اہم اتپریرک کے کٹاؤ یا جھلی کے گیلا ہونے کا تجربہ کیے۔ یہ عمل سمندری پانی کے بخارات اور پانی کے بخارات کے پھیلاؤ کو چلانے کے لیے سمندری پانی اور سیلف ڈمپنگ الیکٹرولائٹ کے درمیان پانی کے بخارات کے دباؤ میں عدم مساوات کا فائدہ اٹھاتا ہے، اس کے بعد سیلف ڈمپنگ الیکٹرولائٹ پر جذب شدہ پانی کے بخارات کی مائع کاری ہوتی ہے۔ تکنیکیں 2022 تک، تجارتی برقی تجزیہ کے لیے ایک کلو ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے تقریبا 53 کلو واٹ فی گھنٹہ بجلی کی ضرورت ہوتی ہے، جس میں 39.4 کلو واٹ فی گھنٹہ (ایچ ایچ وی) توانائی ہوتی ہے۔ بنیادی مظاہرہ دو لیڈز، جو بیٹری کے ٹرمینلز سے چلتی ہیں، ایک کپ پانی میں الیکٹرولائٹ کی مقدار کے ساتھ رکھی جاتی ہیں، چالکتا قائم کرتی ہیں۔ الیکٹرولائٹ کے محلول میں NaCl (نمک) کا استعمال کرتے ہوئے مسابقتی نصف رد عمل کی وجہ سے آکسیجن کے بجائے کلورین گیس حاصل ہوتی ہے۔ اس کے بجائے سوڈیم بائی کاربونیٹ (بیکنگ سوڈا) ہائیڈروجن اور کاربن ڈائی آکسائیڈ پیدا کرتا ہے جب تک کہ بائی کاربونیٹ آئن حل میں رہے۔ ہوفمین وولٹی میٹر ہوفمین وولٹی میٹر ایک چھوٹے پیمانے کا برقی خلیہ ہے۔ یہ تین جڑے ہوئے سیدھے سلنڈروں پر مشتمل ہوتا ہے۔ پانی اور الیکٹرولائٹ کے اضافے کی اجازت دینے کے لیے اندرونی سلنڈر سب سے اوپر کھلا ہے۔ ایک پلاٹینم الیکٹروڈ (پلیٹ یا ہنی کامب) دونوں طرف کے سلنڈروں میں سے ہر ایک کے نچلے حصے میں رکھا جاتا ہے، جو بجلی کے منبع کے ٹرمینلز سے منسلک ہوتا ہے۔ پیدا شدہ گیسیں پانی کو ہٹاتی ہیں اور دو بیرونی ٹیوبوں کے اوپری حصے میں جمع ہوتی ہیں، جہاں اسے اسٹاپ کاک سے کھینچا جا سکتا ہے۔ ہائی پریشر ہائی پریشر الیکٹرولیسس میں 12-20 MPa (120-200 بار، 1740-2900 psi) کے ارد گرد کمپریسڈ ہائیڈروجن آؤٹ پٹ شامل ہے۔ الیکٹرولائزر میں ہائیڈروجن پر دباؤ ڈالنے سے بیرونی ہائیڈروجن کمپریسر کی ضرورت ختم ہو جاتی ہے۔ توانائی کی اوسط کھپت تقریبا 3 فیصد ہے۔ اعلی درجہ حرارت اعلی درجہ حرارت برقی تجزیہ (ایچ ٹی ای یا بھاپ برقی تجزیہ بھی) زیادہ درجہ حرارت پر زیادہ موثر ہے۔ ہیٹ انجن کچھ توانائی فراہم کرتا ہے، جو عام طور پر بجلی الکلائن واٹر الیکٹرولیسس پروٹون ایکسچینج میمبرین سے سستی ہوتی ہے۔ ایک پروٹون ایکسچینج میمبرین الیکٹرولائزر ری ایکٹینٹس کو الگ کرتا ہے اور پروٹونوں کو منتقل کرتا ہے جبکہ جھلی کے ذریعے براہ راست الیکٹرانک راستے کو روکتا ہے۔ پی ای ایم ایندھن کے خلیات ایک ٹھوس پولیمر جھلی (ایک پتلی پلاسٹک فلم) کا استعمال کرتے ہیں جو پانی سے سیر ہونے پر ہائیڈروجن آئنوں (پروٹون) کے لیے پارगम्य ہوتا ہے، لیکن الیکٹرانوں کو نہیں چلاتا ہے۔ یہ ایک پروٹون ایکسچینج جھلی، یا پولیمر الیکٹرولائٹ جھلی (پی ای ایم) کا استعمال کرتا ہے، جو ایک نیم پارगम्य جھلی ہے جو عام طور پر آئنومرز سے بنی ہوتی ہے اور پروٹونوں کو چلانے کے لیے ڈیزائن کی جاتی ہے جبکہ ایک موصلیت اور رد عمل کی رکاوٹ کے طور پر کام کرتی ہے، مثال کے طور پر۔ آکسیجن اور ہائیڈروجن گیس۔ پی ای ایم ایندھن کے خلیات ایک ٹھوس پولیمر جھلی (ایک پتلی پلاسٹک فلم) کا استعمال کرتے ہیں جو پانی سے سیر ہونے پر پروٹانوں کے لیے پارगम्य ہوتی ہے، لیکن الیکٹرانوں کو نہیں چلاتی ہے۔ پروٹون ایکسچینج جھلی بنیادی طور پر پروٹون چالکتا (σ)، میتھانول پارگمیتا (P)، اور تھرمل استحکام کی طرف سے خصوصیات ہیں. پی ای ایم خالص پولیمر یا جامع جھلیوں سے بنائے جا سکتے ہیں، جہاں دیگر مواد پولیمر میٹرکس میں سرایت ہوتے ہیں۔ تجارتی طور پر دستیاب سب سے عام مواد میں سے ایک فلورپولیمر (پی ایف ایس اے) نیفیون ہے۔ نیفیون ایک آئنومر ہے جس کی ریڑھ کی ہڈی پرفلورینیٹڈ ہوتی ہے جیسے ٹیفلون۔ پروٹون ایکسچینج جھلی کے لیے آئنومر بنانے کے لیے بہت سے دوسرے ساختی نقشوں کا استعمال کیا جاتا ہے۔ بہت سے لوگ پولی ایرومیٹک پولیمر استعمال کرتے ہیں، جبکہ دوسرے جزوی طور پر فلورینیٹڈ پولیمر استعمال کرتے ہیں۔ سپرکریٹیکل واٹر سپرکریٹیکل واٹر الیکٹرولیسس (ایس ڈبلیو ای) پانی کو سپرکریٹیکل حالت میں استعمال کرتا ہے۔ سپر کریٹیکل پانی میں کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، اس لیے لاگت میں کمی آتی ہے۔ یہ> 375 °C پر کام کرتا ہے، جو تھرموڈینامک رکاوٹوں کو کم کرتا ہے اور حرکیات کو بڑھاتا ہے، مائع یا گیسی پانی پر آئنک چالکتا کو بہتر بناتا ہے، جس سے اوہمک نقصانات کو کم کیا جاتا ہے۔ فوائد میں بہتر برقی کارکردگی، مصنوعات کی گیسوں کی 221 بار دباؤ والی ترسیل، اعلی کرنٹ کثافت پر کام کرنے کی صلاحیت اور قیمتی دھات کے اتپریرک پر کم انحصار شامل ہیں۔ 2021 تک تجارتی ایس ڈبلیو ای کا سامان دستیاب نہیں تھا۔ نکل/آئرن 2014 میں، محققین نے قیمتی دھاتوں کے بجائے نکل اور لوہے کے اتپریرک کا استعمال کرتے ہوئے برقی تجزیہ کا اعلان کیا۔ نکل میٹل/نکل آکسائیڈ ڈھانچہ صرف نکل میٹل یا نکل آکسائیڈ سے زیادہ فعال ہے۔ اتپریرک مطلوبہ وولٹیج کو نمایاں طور پر کم کرتا ہے۔ نکل لوہے کی بیٹریاں مشترکہ بیٹریوں اور الیکٹرولائزر کے طور پر استعمال کے لیے زیر تفتیش ہیں۔ ان "بیٹو لائسرز" کو روایتی بیٹریوں کی طرح چارج اور خارج کیا جا سکتا ہے، اور مکمل طور پر چارج ہونے پر ہائیڈروجن تیار کرتے ہیں۔ 2023 میں، آسٹریلیا میں محققین نے نائٹروجن ڈوپڈ نکل مولیبڈینم فاسفائیڈ اتپریرک کی ایک سوراخ دار شیٹ کے استعمال کا اعلان کیا۔ نائٹروجن ڈوپنگ چالکتا میں اضافہ کرتی ہے اور الیکٹرانک کثافت اور سطح کی کیمسٹری کو بہتر بناتی ہے۔ یہ اضافی اتپریرک سائٹس پیدا کرتا ہے۔ سطح کی دھاتوں کے ساتھ نائٹروجن کے بندھن ہوتے ہیں اور ان میں برقی منفی خصوصیات ہوتی ہیں جو ناپسندیدہ آئنوں اور مالیکیولز کو خارج کرنے میں مدد کرتی ہیں، جبکہ فاسفیٹ، سلفیٹ، نائٹریٹ اور ہائیڈروکسیل سطح کے آئن کلورین کو روکتے ہیں اور corrosion.10 mA cm−2 کو بالترتیب الکلائن الیکٹرولائٹ اور سمندری پانی میں 1.52 اور 1.55 V کا استعمال کرتے ہوئے حاصل کیا جا سکتا ہے۔ نینو گیپ الیکٹرو کیمیکل خلیات 2017 میں، محققین نے نینو گیپ الیکٹرو کیمیکل خلیات کی اطلاع دی جنہوں نے ماحول کے درجہ حرارت پر اعلی کارکردگی والے الیکٹرولائٹ سے پاک خالص پانی کے برقی تجزیہ کو حاصل کیا۔ ان خلیوں میں، دونوں الیکٹروڈ ایک دوسرے کے اتنے قریب ہوتے ہیں (ڈیبی لمبائی سے چھوٹے) کہ بڑے پیمانے پر نقل و حمل کی شرح الیکٹران منتقلی کی شرح سے زیادہ ہو سکتی ہے، جس کی وجہ سے دو نصف رد عمل ایک ساتھ ہوتے ہیں اور الیکٹران منتقلی کے مرحلے سے محدود ہوتے ہیں۔ تجربات سے پتہ چلتا ہے کہ برقی کرنٹ کی کثافت 1 مول/ایل سوڈیم ہائیڈرو آکسائیڈ کے حل سے زیادہ ہو سکتی ہے۔ اس کا "ورچوئل بریک ڈاؤن میکانزم"، اس طرح کے نینو گیپ سائز کے اثرات کی وجہ سے روایتی الیکٹرو کیمیکل تھیوری سے بالکل مختلف ہے۔ کیپلری فیڈ الیکٹرولائزر سیل کے بارے میں دعوی کیا جاتا ہے کہ اسے 1 کلوگرام ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے صرف 41.5 کلو واٹ فی گھنٹہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ پانی کے الیکٹرولائٹ کو الیکٹروڈ سے ایک سوراخ دار، ہائیڈروفیلک جداکار کے ذریعے الگ کیا جاتا ہے۔ پانی کیپلری ایکشن کے ذریعے الیکٹرولائزر میں کھینچا جاتا ہے، جبکہ الیکٹرولائزڈ گیسیں دونوں طرف سے باہر نکلتی ہیں۔ یہ بلبلوں کو ختم کرکے پی ای ایم ٹیکنالوجی کو بڑھاتا ہے جو الیکٹروڈ اور الیکٹرولائٹ کے درمیان رابطے کو کم کرتے ہیں، کارکردگی کو کم کرتے ہیں۔ اس ڈیزائن کے 98 فیصد توانائی کی کارکردگی پر کام کرنے کا دعوی کیا جاتا ہے۔ ڈیزائن پانی کی گردش، جداکار ٹینکوں، اور دیگر طریقہ کار کو چھوڑ دیتا ہے اور ہوا یا تابکاری سے ٹھنڈا کیا جا سکتا ہے۔ ایپلی کیشنز دنیا بھر میں پیدا ہونے والی تقریبا پانچ فیصد ہائیڈروجن گیس الیکٹرولیسس کے ذریعے پیدا ہوتی ہے۔ موجودہ صنعتی ہائیڈروجن کی پیداوار کی اکثریت بھاپ کی اصلاح کے عمل میں قدرتی گیس سے، یا کوئلے یا بھاری ہائیڈرو کاربن کے جزوی آکسیکرن سے ہوتی ہے۔ الیکٹرولیسس کے ذریعے پیدا ہونے والے ہائیڈروجن کی اکثریت کلورین اور کاسٹک سوڈا کی پیداوار میں ایک ضمنی مصنوع ہے۔ یہ ضمنی رد عمل کے مقابلے کی ایک بہترین مثال ہے۔ کلورالکالی عمل میں (نمکین پانی کا برقی تجزیہ) پانی/سوڈیم کلورائد کا مرکب پانی کے برقی تجزیہ کا صرف نصف ہوتا ہے کیونکہ کلورائد آئنوں کو پانی کے آکسائڈائز ہونے کے بجائے کلورین میں آکسائڈائز کیا جاتا ہے۔ تھرموڈینامکل طور پر، اس کی توقع نہیں کی جائے گی کیونکہ کلورائد آئن کی آکسیکرن صلاحیت پانی سے کم ہوتی ہے، لیکن کلورائد رد عمل کی شرح پانی سے بہت زیادہ ہوتی ہے، جس کی وجہ سے یہ غالب ہوتا ہے۔ اس عمل سے پیدا ہونے والے ہائیڈروجن کو یا تو جلایا جاتا ہے (اسے دوبارہ پانی میں تبدیل کیا جاتا ہے)، جو خاص کیمیکلز کی تیاری کے لیے استعمال ہوتا ہے، یا مختلف چھوٹے پیمانے کے استعمال کے لیے استعمال ہوتا ہے۔ پانی کے برقی تجزیہ کا استعمال بین الاقوامی خلائی اسٹیشن کے لیے آکسیجن پیدا کرنے کے لیے بھی کیا جاتا ہے۔ بہت سے صنعتی الیکٹرولیسس خلیات ہوفمین وولٹیمیٹرز سے ملتے جلتے ہیں، جن میں پلاٹینم پلیٹیں یا ہنی کامب الیکٹروڈ ہوتے ہیں۔ عام طور پر، ہائیڈروجن کو استعمال کے مقامات جیسے آکسی ہائیڈروجن مشعلوں یا جب اعلی طہارت والے ہائیڈروجن یا آکسیجن کی ضرورت ہو تو تیار کیا جاتا ہے۔ ہائیڈروجن کی اکثریت ہائیڈرو کاربن سے پیدا ہوتی ہے اور اس کے نتیجے میں دیگر نجاستوں کے درمیان کاربن مونو آکسائیڈ کی ٹریس مقدار موجود ہوتی ہے۔ کاربن مونو آکسائیڈ کی نجاست بہت سے ایندھن کے خلیوں سمیت مختلف نظاموں کے لیے نقصان دہ ہو سکتی ہے۔ چونکہ الیکٹرولائزرز کو ریمپ کیا جا سکتا ہے اس لیے مستقبل میں ان کا استعمال بجلی کی فراہمی کی طلب کے عدم مطابقت سے نمٹنے کے لیے کیا جا سکتا ہے۔ کارکردگی صنعتی پیداوار جدید ہائیڈروجن جنریٹرز کی کارکردگی کو ہائیڈروجن (MJ/m3) کے فی معیاری حجم میں استعمال ہونے والی توانائی سے ماپا جاتا ہے، یہ فرض کرتے ہوئے کہ H2 کا معیاری درجہ حرارت اور دباؤ ہے۔ جنریٹر کے ذریعہ استعمال ہونے والی توانائی جتنی کم ہوگی، اس کی کارکردگی اتنی ہی زیادہ ہوگی ؛ ایک 100%-موثر الیکٹرولائزر ہائیڈروجن کا (زیادہ حرارتی قدر) استعمال کرے گا۔ عملی الیکٹرولیسس (15 بار دباؤ پر گھومنے والے الیکٹرولائزر کا استعمال کرتے ہوئے) استعمال کر سکتا ہے، اور مزید اگر ہائیڈروجن کو ہائیڈروجن کاروں میں استعمال کے لیے کمپریس کیا جائے۔ بیرونی حرارت کو شامل کرنے سے بجلی کی کھپت کو کم کیا جا سکتا ہے۔ الیکٹرولائزر فروش اینتھالپی کی بنیاد پر استعداد فراہم کرتے ہیں۔ الیکٹرولائزر کی دعوی کردہ کارکردگی کا اندازہ لگانے کے لیے یہ قائم کرنا ضروری ہے کہ وینڈر نے اس کی تعریف کیسے کی (یعنی۔ اینتھالپی کی قدر کیا ہے، موجودہ کثافت کیا ہے، وغیرہ)۔ مارکیٹ میں تین اہم ٹیکنالوجیز دستیاب ہیں: الکلائن، سالڈ آکسائیڈ، اور پروٹون ایکسچینج میمبرین (پی ای ایم) الیکٹرولائزر۔ الکلائن الیکٹرولائزر سرمایہ کاری کے لحاظ سے سستے ہوتے ہیں (وہ عام طور پر نکل اتپریرک استعمال کرتے ہیں)، لیکن کم سے کم موثر ہوتے ہیں۔ پی ای ایم الیکٹرولائزر زیادہ مہنگے ہوتے ہیں (وہ عام طور پر مہنگے پلاٹینم گروپ دھاتی اتپریرک استعمال کرتے ہیں) لیکن زیادہ موثر ہوتے ہیں اور زیادہ موجودہ کثافت پر کام کر سکتے ہیں، اور اس لیے ممکنہ طور پر سستے ہو سکتے ہیں اگر ہائیڈروجن کی پیداوار کافی زیادہ ہو۔ سالڈ آکسائیڈ الیکٹرولائزر سیل (ایس او ای سی) برقی تجزیہ کی تیسری سب سے عام قسم ہیں، اور کارکردگی کو بڑھانے کے لیے اعلی آپریٹنگ درجہ حرارت کا استعمال کرتے ہیں۔ ایس او ای سی کی نظریاتی برقی کارکردگی 90 فیصد ہائیڈروجن کی پیداوار پر 100% کے قریب ہے۔ وقت کے ساتھ نظام کی انحطاط ابتدائی طور پر پی ای ایم اور الکلائن الیکٹرولائزر کے برعکس ایس او ای سی الیکٹرولائزر کی کارکردگی کو متاثر نہیں کرتا ہے۔ جیسے جیسے ایس او ای سی نظام خراب ہوتا ہے، سیل وولٹیج بڑھتا ہے، جس سے نظام میں قدرتی طور پر زیادہ حرارت پیدا ہوتی ہے۔ اس کی وجہ سے، نظام کو گرم رکھنے کے لیے کم توانائی کی ضرورت ہوتی ہے، جو ابتدائی طور پر ڈرامائی انحطاط سے ہونے والے توانائی کے نقصانات کی تلافی کرے گی۔ روایتی الکلائن الیکٹرولیسس کی کارکردگی تقریبا 70 فیصد ہے۔ اعلی حرارتی قدر کے قبول شدہ استعمال کا حساب کتاب (کیونکہ حرارت کے ذریعے ناکارہ ہونے کو نظام میں واپس بھیجا جا سکتا ہے تاکہ اتپریرک کے لیے درکار بھاپ پیدا کی جا سکے)، پی ای ایم الیکٹرولیسس کے لیے اوسط کام کرنے کی استعداد تقریبا 80 فیصد ہے۔ 2030 سے پہلے اس کے 82 سے 86 فیصد تک بڑھنے کی امید ہے۔ پی ای ایم الیکٹرولائزرز کے لیے نظریاتی کارکردگی کی پیش گوئی 94 فیصد تک کی جاتی ہے۔ ہائیڈروجن کی صنعتی پیداوار کو مدنظر رکھتے ہوئے، اور پانی کے الیکٹرولیسس (پی ای ایم یا الکلائن الیکٹرولیسس) کے لیے موجودہ بہترین عمل کا استعمال کرتے ہوئے جو 70-80% کی موثر برقی کارکردگی رکھتے ہیں، 1 کلوگرام ہائیڈروجن (جس کی مخصوص توانائی 143 ایم جے/کلوگرام ہے) پیدا کرنے کے لیے بجلی کی ضرورت ہوتی ہے۔ $0.06/kW·h کی بجلی کی قیمت پر، جیسا کہ 2015 کے لیے امریکی محکمہ توانائی ہائیڈروجن کی پیداوار کے اہداف میں طے کیا گیا ہے، ہائیڈروجن کی قیمت $3/کلوگرام ہے۔ آلات کی لاگت بڑے پیمانے پر پیداوار پر منحصر ہے۔ مختلف تجزیہ کاروں نے 2030 تک آلات کی سالانہ تیاری بالترتیب 47 جی ڈبلیو، 104 جی ڈبلیو اور 180 جی ڈبلیو ہونے کی پیش گوئی کی ہے۔ 2016 سے قدرتی گیس کی قیمتوں کی حد کے ساتھ جیسا کہ گراف (ہائیڈروجن پروڈکشن ٹیک ٹیم روڈ میپ، نومبر 2017) میں دکھایا گیا ہے کہ بھاپ-میتھین-ریفارمڈ (ایس ایم آر) ہائیڈروجن کی قیمت 1.20 ڈالر اور 1.50 ڈالر کے درمیان ہے، الیکٹرولیسس کے ذریعے ہائیڈروجن کی قیمت اب بھی 2015 ڈی او ای ہائیڈروجن ہدف قیمتوں سے دگنی ہے۔ 2020 میں ہائیڈروجن کے لیے یو ایس ڈی او ای کا ہدف قیمت $2.30/kg ہے، جس کے لیے $0.037/kW·h کی بجلی کی لاگت کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ بہت سے خطوں میں ہوا اور شمسی توانائی کے لیے 2018 پی پی اے ٹینڈرز کو دیکھتے ہوئے حاصل کی جا سکتی ہے۔ یہ $4/پٹرول گیلن کے مساوی (جی جی ای) ایچ 2 تقسیم شدہ مقصد کو پہنچ کے اندر رکھتا ہے، اور ایس ایم آر کے لیے قدرے بلند قدرتی گیس کی پیداواری لاگت کے قریب ہے۔ دنیا کے دیگر حصوں میں ایس ایم آر ہائیڈروجن کی قیمت اوسطا 1 سے 3 ڈالر فی کلو کے درمیان ہے۔ یہ پہلے سے ہی بہت سے خطوں میں برقی تجزیہ کے ذریعے ہائیڈروجن کی پیداوار کو مسابقتی بناتا ہے، جیسا کہ نیل ہائیڈروجن اور دیگر نے بیان کیا ہے، بشمول آئی ای اے کا ایک مضمون جس میں ان حالات کا جائزہ لیا گیا ہے جو برقی تجزیہ کے لیے مسابقتی فائدہ کا باعث بن سکتے ہیں۔ عالمی توانائی کے بحران کے دوران گیس کی قیمتوں میں بڑے اضافے نے دنیا کے کچھ حصوں میں ہائیڈروجن الیکٹرولیسس کو اقتصادی بنا دیا۔ کچھ بڑے صنعتی الیکٹرولائزر کئی میگاواٹ پر کام کر رہے ہیں۔ سب سے بڑی 150 میگاواٹ کی الکلائن سہولت ننگزیا، چین میں ہے، جس کی صلاحیت 23,000 ٹن سالانہ ہے۔ اگرچہ اعلی کارکردگی والے مغربی برقی تجزیہ کے آلات کی قیمت 1,200 ڈالر فی کلو واٹ ہو سکتی ہے، لیکن کم کارکردگی والے چینی آلات کی قیمت 300 ڈالر فی کلو واٹ ہو سکتی ہے، لیکن 60,000 گھنٹے کی کم زندگی کے ساتھ۔ زیادہ صلاحیت والے اصلی پانی کے الیکٹرولائزرز کو رد عمل کو آگے بڑھانے کے لیے زیادہ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ وہ حصہ جو 1.23 V سے زیادہ ہے اسے اوور پوٹینشل یا اوور وولٹیج کہا جاتا ہے، اور الیکٹرو کیمیکل عمل میں کسی بھی قسم کے نقصان اور غیر مثالی کی نمائندگی کرتا ہے۔ ایک اچھی طرح سے ڈیزائن کیے گئے خلیے کے لیے سب سے زیادہ زیادہ صلاحیت انوڈ پر پانی کے آکسیجن میں چار الیکٹران آکسیکرن کے لیے زیادہ صلاحیت کا رد عمل ہے۔ الیکٹرو کیٹالسٹس اس رد عمل کو آسان بنا سکتے ہیں، اور پلاٹینم مرکب دھات اس آکسیکرن کے لیے جدید ترین ہیں۔ اس رد عمل کے لیے ایک سستا، موثر الیکٹرو کیٹالسٹ تیار کرنا ایک بہت بڑی پیش رفت ہوگی، اور یہ موجودہ تحقیق کا موضوع ہے۔ بہت سے طریقے ہیں، جن میں مولیبڈینم سلفایڈ، گرافین کوانٹم ڈاٹس، کاربن نینو ٹیوبز، پیرووسکائٹ، اور نکل/نکل آکسائیڈ کے لیے 30 سال پرانی ترکیب شامل ہے۔ ٹرائی-مولیبڈینم فاسفائیڈ (ایم او 3 پی) کو حال ہی میں ایک امید افزا غیر قیمتی دھات اور زمین سے بھرپور امیدوار کے طور پر پایا گیا ہے جس میں شاندار اتپریرک خصوصیات ہیں جنہیں برقی اتپریرک عمل کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایم او 3 پی نینو پارٹیکلز کی اتپریرک کارکردگی کا تجربہ ہائیڈروجن ارتقاء رد عمل (ایچ ای آر) میں کیا جاتا ہے، جو 21 ایم وی، ایچ 2 کی تشکیل کی شرح کے طور پر کم کے آغاز کی صلاحیت کی نشاندہی کرتا ہے، اور بالترتیب 214.7 ایم او ایل ایس − 1 جی − 1 بلی (صرف 100 ایم وی زیادہ صلاحیت پر) اور 279.07 ایم یو اے سی ایم − 2 کی موجودہ کثافت کا تبادلہ کرتا ہے، جو کہ پلاٹینم کے قریب ترین اقدار میں سے ہیں۔ کیتھوڈ پر ہائیڈروجن پیدا کرنے کے لیے آسان دو الیکٹران رد عمل کو پلاٹینم، یا نظریہ طور پر ہائیڈروجنز انزائم کے ذریعے تقریبا کوئی زیادہ صلاحیت کے بغیر برقی طور پر متحرک کیا جا سکتا ہے۔ اگر دیگر، کم موثر، مواد کا استعمال کیتھوڈ کے لیے کیا جاتا ہے (مثال کے طور پر۔ گریفائٹ)، بڑی زیادہ صلاحیت ظاہر ہوگی۔ تھرموڈینامکس معیاری حالات میں پانی کے برقی تجزیہ کے لیے پانی کے ہر مول کو الگ کرنے کے لیے نظریاتی طور پر کم از کم 237 کے جے برقی توانائی کے ان پٹ کی ضرورت ہوتی ہے، جو کہ پانی کی تشکیل کی معیاری گبز فری توانائی ہے۔ رد عمل کی اینٹروپی میں تبدیلی پر قابو پانے کے لیے اسے توانائی کی بھی ضرورت ہوتی ہے۔ لہذا، اگر کوئی بیرونی حرارت/توانائی شامل نہیں کی جاتی ہے تو یہ عمل 286 کے جے فی مول سے نیچے نہیں جا سکتا۔ چونکہ پانی کے ہر مول کے لیے الیکٹرانوں کے دو مول کی ضرورت ہوتی ہے، اور یہ دیکھتے ہوئے کہ فیراڈے مستقل F الیکٹرانوں کے ایک مول (96485 C/mol) کے چارج کی نمائندگی کرتا ہے، اس کے بعد یہ ہوتا ہے کہ برقی تجزیہ کے لیے ضروری کم از کم وولٹیج تقریبا 1.23 V ہے۔ اگر برقی تجزیہ اعلی درجہ حرارت پر کیا جاتا ہے، تو یہ وولٹیج کم ہو جاتا ہے۔ یہ مؤثر طریقے سے الیکٹرولائزر کو 100% برقی کارکردگی سے زیادہ کام کرنے کی اجازت دیتا ہے۔ برقی کیمیائی نظاموں میں اس کا مطلب یہ ہے کہ رد عمل کو برقرار رکھنے کے لیے ری ایکٹر کو حرارت فراہم کی جانی چاہیے۔ اس طرح حرارتی توانائی کو برقی تجزیہ توانائی کی ضرورت کے حصے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ اسی طرح مطلوبہ وولٹیج کو کم کیا جا سکتا ہے (1 V سے نیچے) اگر ایندھن (جیسے کاربن، الکحل، بائیو ماس) کا پانی (کم درجہ حرارت میں PEM پر مبنی الیکٹرولائزر) یا آکسیجن آئنوں (اعلی درجہ حرارت میں ٹھوس آکسائڈ الیکٹرولائٹ پر مبنی الیکٹرولائزر) کے ساتھ تعامل کیا جائے۔ اس کے نتیجے میں ایندھن کی کچھ توانائی برقی تجزیہ کے عمل میں "مدد" کے لیے استعمال ہوتی ہے اور پیدا شدہ ہائیڈروجن کی مجموعی لاگت کو کم کر سکتی ہے۔ تاہم، اینٹروپی جزو (اور دیگر نقصانات) کا مشاہدہ کرتے ہوئے، عملی کرنٹ کی کثافت (تھرمونیوٹرل وولٹیج) پر رد عمل کو آگے بڑھانے کے لیے 1.48 V سے زیادہ وولٹیج کی ضرورت ہوتی ہے۔ پانی کے الیکٹرولیسس کے معاملے میں، گبز فری انرجی رد عمل کے آگے بڑھنے کے لیے ضروری کم از کم کام کی نمائندگی کرتی ہے، اور رد عمل اینتھالپی توانائی کی مقدار (کام اور حرارت دونوں) ہے جو فراہم کی جانی چاہیے تاکہ رد عمل کی مصنوعات ایک ہی درجہ حرارت پر ہوں۔ اوپر دی گئی اقدار کے لیے معیاری درجہ حرارت)۔ ممکنہ طور پر، 1.48 وی پر کام کرنے والا الیکٹرولائزر 25 ڈگری سیلسیس کے درجہ حرارت پر آئسوتھرمل طور پر کام کرے گا کیونکہ فراہم کی جانے والی برقی توانائی پانی کے سڑنے کی اینتھالپی (حرارت) کے برابر ہوگی اور اس کے لیے کم از کم سے 20 فیصد زیادہ برقی توانائی کی ضرورت ہوگی۔ الیکٹرو کیٹالسٹ الیکٹرو کیمسٹری الیکٹرو کیمیکل سیل الیکٹرو کیمیکل انجینئرنگ الیکٹرولیسس گیس کریکر ہائیڈروجن پروڈکشن میتھین پائرولیسس (ہائیڈروجن کے لیے) پانی کے فوٹو کیٹالٹک پانی کی تقسیم الیکٹرو کیمیکل کی کمی کاربن ڈائی آکسائیڈ ہائیڈروجن ٹیکنالوجیز واٹر پیوریفکیشن حوالہ جات بیرونی روابط EERE 2008-100 کلوگرام ایچ 2/دن تجارتی مطالعہ NREL 2006-الیکٹرولیسس تکنیکی رپورٹ الیکٹرولیسس ہائیڈروجن پروڈکشن انڈسٹریل گیسز واٹر کیمسٹری