Membranlose Wasserstoffperoxid-Brennstoffzellen als vielversprechende saubere Energiequelle

Fenyang Zhu; Guoxiang Chen; Aleksei Kuzin; Dmitry A. Gorin; Brij Mohan; Gaoshan Huang; Yongfeng Mei; Alexander A. Solovev

doi:10.3791/65920

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Methodenartikel

Membranlose Wasserstoffperoxid-Brennstoffzellen als vielversprechende saubere Energiequelle

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DOI:

10.3791/65920

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20. Oktober 2023

Fenyang Zhu¹ , Guoxiang Chen¹ , Aleksei Kuzin¹^,² , Dmitry A. Gorin² , Brij Mohan³ , Gaoshan Huang¹ , Yongfeng Mei¹^,⁴^,⁵^,⁶^,⁷ , Alexander A. Solovev¹

¹Department of Materials Science & State Key Laboratory of Molecular Engineering of Polymers, Fudan University, ²Center for Photonic Science and Engineering, Skolkovo Institute of Science and Technology, ³Centro de Quimica Estrutural, Institute of Molecular Sciences, Instituto Superior Tecnico, Universidade de Lisboa, ⁴Center for Biomedical Engineering, School of Information Science and Technology, Fudan University, ⁵International Institute of Intelligent Nanorobots and Nanosystems, Fudan University, ⁶Shanghai Frontiers Science Research Base of Intelligent Optoelectronics and Perception, Fudan University, ⁷Yiwu Research Institute of Fudan University

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Dieses Protokoll stellt das Design und die Evaluierung innovativer dreidimensionaler Elektroden für Wasserstoffperoxid-Brennstoffzellen unter Verwendung von Au-galvanisiertem Kohlefasergewebe und Ni-Schaum-Elektroden vor. Die Forschungsergebnisse unterstreichen das Potenzial von Wasserstoffperoxid als vielversprechender Kandidat für nachhaltige Energietechnologien.

Zusammenfassung

In einer eingehenden Untersuchung von membranlosen Brennstoffzellen auf Basis von Wasserstoffperoxid(H2O2FCs) wird gezeigt, dass Wasserstoffperoxid (H2O2),eine kohlenstoffneutrale Verbindung, elektrochemisch zerlegt wird, um H2O_{, O2} und elektrische Energie zuerzeugen. Die einzigartigen Redoxeigenschaften von_H2O2machen es zu einem praktikablen Kandidaten für nachhaltige Energieanwendungen. Das vorgeschlagene membranlose Design adressiert die Einschränkungen herkömmlicher Brennstoffzellen, einschließlich der Komplexität der Herstellung und der Designherausforderungen. Eine neuartige dreidimensionale Elektrode, die mittels Galvaniktechniken synthetisiert wird, wird vorgestellt. Diese Elektrode besteht aus Au-galvanisiertem Kohlefasergewebe in Kombination mit Ni-Schaum und weist eine verbesserte elektrochemische Reaktionskinetik auf, was zu einer erhöhten Leistungsdichte für H2O2-FCs führt. Die Leistung von Brennstoffzellen ist eng mit dem pH-Wert der Elektrolytlösung verbunden. Über FC-Anwendungen hinaus bergen solche Elektroden Potenzial in tragbaren Energiesystemen und als Katalysatoren mit großer Oberfläche. Diese Studie unterstreicht die Bedeutung der Elektrodentechnik für die Optimierung des Potenzials von_H2O2als umweltfreundliche Energiequelle.

Einleitung

Eine Brennstoffzelle ist ein elektrochemisches Gerät, das Brennstoff und Oxidationsmittel verwendet, um Chemikalien in elektrische Energie umzuwandeln. FCs haben einen höheren Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung als herkömmliche Verbrennungsmotoren, da sie nicht an den Carnot-Zyklus¹ gebunden sind. Durch die Verwendung von Brennstoffen wie Wasserstoff (_H2)², Borhydrid-Wasserstoff (NaBH 4)3 und Ammoniak (NH₃)₄ sind FCs zu einer vielversprechenden Energiequelle geworden, die umweltfreundlich ist und eine hohe Leistung erzielen kann, was ein....