Celle a combustibile a perossido di idrogeno senza membrana come promettente fonte di energia pulita

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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Articolo metodologico

Celle a combustibile a perossido di idrogeno senza membrana come promettente fonte di energia pulita

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DOI:

10.3791/65920

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20 ottobre 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 questo articolo

Sommario

Questo protocollo introduce la progettazione e la valutazione di elettrodi tridimensionali innovativi per celle a combustibile a perossido di idrogeno, utilizzando tessuto in fibra di carbonio elettrolitico Au ed elettrodi in schiuma Ni. I risultati della ricerca evidenziano il potenziale del perossido di idrogeno come candidato promettente per le tecnologie energetiche sostenibili.

Abstract

In un'indagine approfondita sulle celle a combustibile a base di perossido di idrogeno senza membrana (H 2 O 2 FC), è stato dimostrato che il perossido di idrogeno (H 2 O 2 ), un composto neutro dal punto di vista delle emissioni di carbonio, subisce una decomposizione elettrochimica per produrre H 2 O, O ₂ed energia elettrica. Le proprietà redox uniche di H2 O₂ lo posizionano come un valido candidato per applicazioni energetiche sostenibili. Il design senza membrana proposto affronta i limiti delle celle a combustibile convenzionali, comprese le complessità di fabbricazione e le sfide di progettazione. Viene introdotto un nuovo elettrodo tridimensionale, sintetizzato tramite tecniche galvaniche. Costruito con un tessuto in fibra di carbonio elettrolitico combinato con schiuma Ni, questo elettrodo mostra una cinetica di reazione elettrochimica migliorata, che porta a una maggiore densità di potenza per H2 O₂ FC. Le prestazioni delle celle a combustibile sono strettamente legate ai livelli di pH della soluzione elettrolitica. Al di là delle applicazioni FC, tali elettrodi hanno un potenziale nei sistemi energetici portatili e come catalizzatori ad alta superficie. Questo studio sottolinea l'importanza dell'ingegneria degli elettrodi nell'ottimizzazione del potenziale diH 2 O₂ come fonte di energia rispettosa dell'ambiente.

Introduzione

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che utilizza carburante e ossidante per convertire le sostanze chimiche in energia elettrica. I FC hanno una maggiore efficienza di conversione dell'energia rispetto ai tradizionali motori a combustione poiché non sono vincolati dal ciclo di Carnot¹. Utilizzando combustibili come l'idrogeno (H 2) ², il boroidruro di idrogeno (NaBH 4) 3 e l'ammoniaca (NH₃ ⁾ ₄, le FC sono diventate una promettente fonte di energia pulita dal punto di vista ambientale e in grado di raggiungere prestazioni elevate, offrendo un po....