Безмембранные топливные элементы на основе перекиси водорода как перспективный источник чистой энергии

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

doi:10.3791/65920

Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.

Методическая статья

Безмембранные топливные элементы на основе перекиси водорода как перспективный источник чистой энергии

4.2K просмотров

⸱

DOI:

10.3791/65920

⸱

20 октября 2023 г.

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

В этой статье

Краткое содержание

Этот протокол знакомит с проектированием и оценкой инновационных трехмерных электродов для топливных элементов на основе перекиси водорода с использованием гальванической ткани из углеродного волокна и электродов из вспененного никеля. Результаты исследования подчеркивают потенциал перекиси водорода в качестве многообещающего кандидата для устойчивых энергетических технологий.

Аннотация

В углубленном исследовании безмембранных топливных элементов на основе перекиси водорода (H 2 O 2 FCs) показано, что перекись водорода (H 2 O₂), углеродно-нейтральное соединение, подвергается электрохимическому разложению с образованием H 2 O, O₂ и электрической энергии. Уникальные окислительно-восстановительныесвойства H 2 O₂ делают его жизнеспособным кандидатом для применения в устойчивой энергетике. Предлагаемая безмембранная конструкция учитывает ограничения обычных топливных элементов, включая сложность изготовления и проблемы проектирования. Представлен новый трехмерный электрод, синтезированный с помощью гальванических технологий. Изготовленный из ткани из углеродного волокна с гальваническим покрытием Au в сочетании с никель-пенопластом, этот электрод демонстрирует улучшенную кинетику электрохимической реакции, что приводит к увеличению плотности мощности для_H2O₂ FC. Производительность топливных элементов неразрывно связана с уровнем pH раствора электролита. Помимо применения в FC, такие электроды обладают потенциалом в портативных энергетических системах и в качестве катализаторов с большой площадью поверхности. В данном исследовании подчеркивается важность электродной инженерии в оптимизации потенциала Н2О2 как экологическичистого источника энергии.

Введение

Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое использует топливо и окислитель для преобразования химических веществ в электрическую энергию. FC имеют более высокую эффективность преобразования энергии, чем традиционные двигатели внутреннего сгорания, поскольку они не связаны циклом^{Карно 1}. Благодаря использованию таких видов топлива, как водород (_H2)², борогидрид-водород (NaBH 4)3 и аммиак (NH ³)₄, FC стали перспективным источником энергии, который является экологически чистым и может достигать высоких эксплуатационных характеристик, пр....