कार्बन एरोजैल गतिविधि

उद्देश्य:

  • हाइड्रोजन आइसोटोप पृथक्करण के लिए उत्प्रेरक, जल विलवणीकरण, सुपर कैपेसिटर और ईंधन सेल जैसे विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए कार्बन एरोजेल का विकास।
  • एचडब्ल्यूडी-बीएआरसी के सहयोग से भारी पानी की सफाई के लिए दीर्घकालिक स्थिरता के साथ उत्प्रेरक के विकास पर काम किया जा रहा है।

कार्बन एयरजेल (CA) का संश्लेषण:

  • कार्बन एरोजेल और धातु से भरे कार्बन एरोजेल के संश्लेषण के लिए प्रौद्योगिकी विकसित की गई है।
  • इन एरोजेल को तैयार करने के लिए क्रिटिकल पॉइंट सुखाने की विधि को सर्फेक्टेंट आधारित खुली हवा में सुखाने के तरीकों से बदल दिया गया है।
  • 2000 m2/g तक प्रष्ठ क्षेत्रफल वाले उच्च प्रष्ठ क्षेत्रफल कार्बन एरोजेल (CA) को संश्लेषित किया गया है।
  • विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए बड़े फ्लैट इलेक्ट्रोड, पतली फिल्म लक्ष्य आदि जैसे विभिन्न आकारिकी में कार्बन एरोजेल तैयार करने के लिए विभिन्न तकनीकों का विकास किया गया है।

जेल और पायरोलाइज्ड कार्बन एयरजेल (CA)
उच्च प्रष्ठ क्षेत्रफल वाले CA का SEM




Applications:

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  1. भारी पानी की सफाई के लिए प्लेटिनम-लोडेड कार्बन एयरजेल (Pt-CA):

    • अच्छी तरह से फैले हुए नैनो-आकार के पीटी कणों के साथ पीटी-सीए को हाइड्रोजन आइसोटोप पृथक्करण में अनुप्रयोग के लिए उत्प्रेरक के रूप में विकसित किया गया था। पीटी-सीए लेपित हाइड्रोफोबिक डिक्सन रिंग उत्प्रेरक द्वि-थर्मल हाइड्रोजन जल विनिमय प्रक्रिया के लिए भारी जल बोर्ड के साथ समझौता ज्ञापन के तहत विकसित किए गए थे।
    • H2-H2O एक्सचेंज के लिए गतिशील परिस्थितियों में परीक्षण किए गए इस उत्प्रेरक ने वायुमंडलीय परिस्थितियों में ~ 0.3 s-1 का वॉल्यूम ट्रांसफर गुणांक दिखाया।
    • हाइड्रोजन आइसोटोप उत्पादन प्रक्रिया के लिए उत्प्रेरक को 20 बार पर 120 oC के तहत प्रदर्शन करने के लिए अनुकूलित किया गया था।
    • इसके अलावा एचडब्ल्यूडी-बीएआरसी के सहयोग से भारी पानी की सफाई के लिए पीटी-सीए उत्प्रेरक का परीक्षण किया जा रहा है।

 

Pt-CA का TEM Pt कणों को दिखा रहा है
Pt-CA लेपित डिक्सन रिंग उत्प्रेरक
Pt-CA लेपित डिक्सन रिंग्स का बैच

प्रकाशन:

    1. Singh R et al., Development of hydrophobic platinum-doped carbon aerogel catalyst for H – D exchange process at high pressure, Current Science, Vol. 109, no. 10, p. 1860-1864, May. 2015.2.
    2. Rashmi Singh et al. . Synthesis of platinum nanoparticles on carbon aerogel by ambient pressure drying method ,Materials Letter, 64 (2010)843-845.
  1. कैपेसिटिव विआयनीकरण (CDI) अनुप्रयोग के लिए संवाहक कार्बन एयरजेल (CA):

    • विलवणीकरण अनुप्रयोग के लिए 200 x 200 मिमी तक आकार के CA इलेक्ट्रोड को संश्लेषित किया गया है।
    • सक्रिय इलेक्ट्रोड पदार्थ की विशिष्ट धारिता = 80-120 F/g.
    • सक्रिय इलेक्ट्रोड पदार्थ की लवण सोखने की क्षमता = 8.4 mg per gram.
    • 500 मिली प्रति बैच की क्षमता के साथ लवणता को 1000 पीपीएम से 200 पीपीएम से भी कम करने के लिए मल्टी-इलेक्ट्रोड डिसेलिनेशन इकाई बनाई गई थी।
    • यह पानी से आर्सेनिक को 200 पीपीबी से 20 पीपीबी से भी कम करने में भी उपयोगी पाया गया।
ग्रेफाइट समर्थित बड़े माप के CA इलेक्ट्रोड
जल विलवणीकरण के लिए CDI सेटअप
आर्सेनिक प्रथक्करण के लिए CDI सेटअप

प्रकाशन:

    1. Kohli D.K et al., Capacitive deionization of ground water using carbon aerogel based electrodes ,Desalination and Water Treatment, Vol. 57, p. 26871-26879, Aug. 2016.
  1. सुपरकैपेसिटर के लिए कार्बन एयरजेल (CA):

    • वर्तमान में हेटेरोजीनियस कार्बन एरोगल्स के विकास पर काम चल रहा है ताकि स्वाभाविक रूप से कंडक्टिंग और वेटेबल कार्बन मैटेरियल्स सुपरकैपेसिटर एप्लिकेशन प्राप्त किया जा सके।
    • एन-डॉप्ड सीए का उपयोग करके कैपेसिटर सेल का परीक्षण किया गया और 1.96 वर्ग मीटर के ईएसआर के साथ 0.7 वी ऑपरेशन पर 495 एफ की कैपेसिटेंस दिखाया गया।
    • यह पदार्थ व्यावसायिक रूप से उपलब्ध मैक्सवेल सुपरकेपसिटर (ईएसआर: 2.9 एमΩ प्रति सेल) के साथ तुलनात्मक है।
    • 12 वी के संचालन पर 5 केजे ऊर्जा के कैपेसिटर मॉड्यूल का विकास प्रगति पर है।
सुपर कैपेसिटर सेल प्रदर्शन
CA और RuO2-CA का सीवी प्लॉट

प्रकाशन:

    1. Singh Ashish et al. Ruthenium doped carbon aerogel with CO2 surface activation for enhanced electrochemical capacitance Current Applied Physics, Vol. 17, no. 6, p. 885-889, Aug. 2017
  1. ईंधन सेल के लिए पीटी-लोडेड कार्बन एयरजेल (पीटी-सीए):

    • पीटी-सीए 20% पीटी लोडिंग के साथ ईंधन सेल अनुप्रयोग के लिए विकसित किया गया है।
    • PEMFCs (H2-O2) सिंगल सेल में परीक्षण किए गए तैयार उत्प्रेरक के साथ निर्मित एक झिल्ली इलेक्ट्रोड असेंबली ने वायुमंडलीय दबाव की स्थिति के तहत 0.6V पर 536 mWcm-2 की शक्ति घनत्व प्रदर्शित किया।
ईंधन सेल के लिए पीटी-सीए प्रदर्शन

प्रकाशन:

    1. Singh R et al. Facile synthesis of highly conducting and mesoporous carbon aerogel as platinum support for PEM fuel cells International Journal of Hydrogen Energy, Vol. 42, p. 11110-11117, Aug. 2017
  1. एक्स-रे उत्सर्जन के लिए कार्बन एयरजेल (CA):

  • कार्बन एयरजेल लक्ष्यों का उपयोग करते हुए बीएआरसी में एक्स-रे उत्सर्जन अध्ययन आयोजित किए गए हैं। सॉलिड एक्स-रे क्षेत्र में उत्सर्जन को ठोस कार्बन लक्ष्य के संबंध में क्रमशः शुद्ध और पीटी डोप्ड कार्बन एयरजेल लक्ष्यों में लगभग 1.8 गुना और 2.3 गुना तक बढ़ने के लिए देखा गया था।
लेजर इंटरेक्शन के लिए पतली फिल्म सीए लक्ष्य और 8 J, 500 ps लेजर के साथ गठित क्रेटर का एसईएम

प्रकाशन:

    1. S. Chaurasia, et al. Laser interaction with low-density carbon foam Pramana: Journal of Physics , Vol. 75, p. 1191-1196, 2010.

 
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