হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলে তড়িৎ বিশ্লেষের মধ্য দিয়ে কোনটি চলাচল করে?

একটি হাইড্রোজেন ফুয়েল সেল (Hydrogen Fuel Cell) হলো এমন একটি যন্ত্র যা হাইড্রোজেন এবং অক্সিজেনকে একত্রিত করে রাসায়নিক শক্তিকে সরাসরি তড়িৎ শক্তিতে রূপান্তর করে। এটি দহন প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কাজ না করে তড়িৎ রাসায়নিক প্রক্রিয়ার মাধ্যমে কাজ করে।

হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের প্রধান অংশগুলো হলো অ্যানোড (ঋণাত্মক ইলেক্ট্রোড), ক্যাথোড (ধনাত্মক ইলেক্ট্রোড) এবং একটি তড়িৎ বিশ্লেষ্য (Electrolyte) বা মেমব্রেন যা এই দুটিকে পৃথক করে।

ফুয়েল সেলের অ্যানোড প্রান্তে হাইড্রোজেন গ্যাস (\(H_2\)) প্রবেশ করানো হয়। এখানে হাইড্রোজেন পরমাণু জারিত হয়ে ইলেকট্রন (\(e^-\)) এবং প্রোটন (\(H^+\)) উৎপন্ন করে:

\[H_2 \rightarrow 2H^+ + 2e^-\]

এই ইলেকট্রনগুলো একটি বাহ্যিক বর্তনী (External circuit) দিয়ে প্রবাহিত হয়ে তড়িৎ শক্তি উৎপন্ন করে এবং ক্যাথোডের দিকে যায়।

অন্যদিকে, উৎপন্ন প্রোটন (\(H^+\)) তড়িৎ বিশ্লেষ্যের (ইলেক্ট্রোলাইট) মধ্য দিয়ে ক্যাথোডের দিকে চলাচল করে। তড়িৎ বিশ্লেষ্য এমনভাবে ডিজাইন করা হয় যাতে এটি শুধুমাত্র প্রোটন (\(H^+\)) চলাচল করতে দেয়, কিন্তু ইলেকট্রন (\(e^-\)) বা গ্যাসের (\(H_2\), \(O_2\)) চলাচল বাধা দেয়।

ক্যাথোড প্রান্তে, প্রোটন (\(H^+\)), বাহ্যিক বর্তনী থেকে আসা ইলেকট্রন (\(e^-\)) এবং অক্সিজেন গ্যাস (\(O_2\)) একত্রিত হয়ে জল (\(H_2O\)) উৎপন্ন করে:

\[O_2 + 4H^+ + 4e^- \rightarrow 2H_2O\]

সুতরাং, হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলে তড়িৎ বিশ্লেষ্যের মধ্য দিয়ে প্রোটন (\(H^+\)) চলাচল করে।

অন্যান্য অপশনগুলো ভুল হওয়ার কারণ:

    

• $H_2$ (হাইড্রোজেন গ্যাস): এটি অ্যানোড প্রান্তে ফুয়েল হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং সেখানেই জারিত হয়, তড়িৎ বিশ্লেষ্যের মধ্য দিয়ে চলাচল করে না।

    

• $O_2$ (অক্সিজেন গ্যাস): এটি ক্যাথোড প্রান্তে অক্সিডেন্ট হিসেবে ব্যবহৃত হয় এবং প্রোটন ও ইলেকট্রনের সাথে বিক্রিয়া করে, তড়িৎ বিশ্লেষ্যের মধ্য দিয়ে চলাচল করে না।

    

• $O^{2-}$ (অক্সাইড আয়ন): কিছু বিশেষ ধরনের ফুয়েল সেলে (যেমন সলিড অক্সাইড ফুয়েল সেল) অক্সিজেন আয়ন চলাচল করে, কিন্তু হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের সবচেয়ে সাধারণ প্রকার, প্রোটন এক্সচেঞ্জ মেমব্রেন (PEM) ফুয়েল সেলে প্রোটন (\(H^+\)) চলাচল করে। প্রশ্নটি সাধারণ হাইড্রোজেন ফুয়েল সেলের প্রেক্ষাপটে হওয়ায় \(H^+\) সবচেয়ে উপযুক্ত উত্তর।