クリーンエネルギー源として有望なメンブレンレス過酸化水素燃料電池

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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方法論記事

クリーンエネルギー源として有望なメンブレンレス過酸化水素燃料電池

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DOI:

10.3791/65920

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2023年10月20日

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

この記事について

サマリー

このプロトコルでは、Au電気めっき炭素繊維クロスとNiフォーム電極を利用した、過酸化水素燃料電池用の革新的な3次元電極の設計と評価を紹介します。この研究結果は、過酸化水素が持続可能なエネルギー技術の有望な候補としての可能性を浮き彫りにしています。

要約

メンブレンレス過酸化水素ベースの燃料電池(H2O2FC)の詳細な調査では、カーボンニュートラル化合物である過酸化水素(H2O2)が電気化学的分解を受けて_H2O、_O2、および電気エネルギーを生成することが実証されている。H₂O₂のユニークな酸化還元特性は、それを持続可能なエネルギー用途の実行可能な候補として位置付けます。提案されたメンブレンレス設計は、製造の複雑さや設計上の課題など、従来の燃料電池の限界に対処します。電気めっき技術で合成された新しい3次元電極を紹介します。この電極は、Niフォームと組み合わせたAu電気メッキされた炭素繊維クロスで構成されており、電気化学反応速度論が強化されており、H₂O₂ FCの電力密度が向上しています。燃料電池の性能は、電解液のpHレベルと複雑に関係しています。FC用途以外にも、このような電極はポータブルエネルギーシステムや高表面積触媒としての可能性を秘めています。この研究は、環境に優しいエネルギー源としての_H2O2の可能性を最適化する上での電極工学の重要性を強調しています。

概要

燃料電池は、燃料と酸化剤を利用して化学物質を電気エネルギーに変換する電気化学デバイスです。FCは、カルノーサイクル¹に縛られないため、従来の内燃機関よりもエネルギー変換効率が高くなります。水素(_H2)²、水素化ホウ素水素(NaBH4)³、アンモニア(_NH3)⁴などの燃料を利用することで、環境に優しく高性能なエネルギー源として期待されており、化石燃料への依存度を下げる大きな可能性を秘めています。しかし、FCテクノロジーは特有の課題に直面しています。一般的な問題の1つは、FCシステムにおけるプロトン交換膜(PEM)の内部の役割であり、内部短絡に対する保護手段として機能します。電解膜の一体化は、製造コスト、内部回路抵抗、およびアーキテクチャ^{の複雑さの増加}に寄与します5。さらに、シングルコンパートメントFCをマルチスタックアレイに変換すると、流路、電極、プレートを統合して電力と電流の出力を強化する複雑なプロセスにより、さらに複雑^{になります5。}

過去数十年にわたり、これらの膜関連の課題に対処し、FCシステムを合理化するために協調的な取り組....