유망한 청정 에너지원으로서의 무막과산화수소 연료 전지

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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방법 논문

유망한 청정 에너지원으로서의 무막과산화수소 연료 전지

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DOI:

10.3791/65920

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2023년 10월 20일

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

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 Au 전기도금 탄소 섬유 천과 Ni 폼 전극을 활용하여 과산화수소 연료 전지를 위한 혁신적인 3차원 전극의 설계 및 평가를 소개합니다. 연구 결과는 지속 가능한 에너지 기술의 유망한 후보로서 과산화수소의 잠재력을 강조합니다.

초록

무막과산화수소계 연료전지(H2O2FC)에 대한 심층적인 연구에서 탄소 중립 화합물인 과산화수소(H2O2)는 전기화학적 분해를 거쳐_H2O, _O2 및 전기 에너지를 생성하는 것으로 입증되었습니다. H 2 O₂의 독특한 산화 환원 특성은 지속 가능한 에너지 응용 분야를위한 실행 가능한 후보로 자리 매김합니다. 제안된 멤브레인 없는 설계는 제조 복잡성 및 설계 문제를 포함하여 기존 연료 전지의 한계를 해결합니다. 전기 도금 기술을 통해 합성된 새로운 3차원 전극이 도입되었습니다. Ni 폼과 결합된 Au 전기도금 탄소 섬유 천으로 구성된 이 전극은 향상된 전기화학 반응 역학을 보여 H 2 O₂FC의 전력 밀도를 증가시킵니다. 연료 전지의 성능은 전해질 용액의 pH 수준과 복잡하게 연결되어 있습니다. FC 응용 분야 외에도 이러한 전극은 휴대용 에너지 시스템 및 높은 표면적 촉매로서의 잠재력을 보유하고 있습니다. 이 연구는 환경 친화적 인 에너지 원으로서 H 2 O₂의 잠재력을 최적화하는 전극 공학의 중요성을 강조합니다.

서론

연료 전지는 연료와 산화제를 사용하여 화학 물질을 전기 에너지로 변환하는 전기 화학 장치입니다. FC는 Carnot Cycle¹에 구속되지 않기 때문에 기존 연소 엔진보다 에너지 변환 효율이 높습니다. FC는 수소(_H2)², 수소화붕소-수소(NaBH4)³ 및 암모니아(_NH3)⁴와 같은 연료를 활용하여 환경적으로 깨끗하고 고성능을 달성할 수 있는 유망한 에너지원이 되어 화석 연료에 대한 인간의 의존도를 줄일 수 있는 상당한 잠재력을 제공합니다. 그러나 FC 기술은 특정 과제에 직면해 있습니다. 한 가지 일반적인 문제는 FC 시스템에서 내부 단락에 대한 보호 장치 역할을 하는 양성자 교환막(PEM)의 내부 역할입니다. 전해조의 통합은 제조 비용, 내부 회로 저항 및 아키텍처 복잡성 증가에 기여합니다⁵. 더욱이, 단일 구획 FC를 다중 스택 어레이로 변환하면 전력 및 전류 출력을 향상시키기 위해 유동 채널, 전극 및 플레이트를 통합하는 복잡한 프로세스로 인해 추가적인 복잡성이 발생합니다⁵