Name: Gelecek Vaat Eden Bir Temiz Enerji Kaynağı Olarak Membransız Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2023-10-20T12:00:00.000+00:00
Duration: 6 min 39 s
Description: Keşfedin, membransız hidrojen peroksit yakıt hücreleri için üç boyutlu elektrotların elektrokaplama yöntemiyle nasıl üretildiğini. Altın kaplamalı karbon fiber kumaş ve pH'nin yakıt hücresi performansına etkisini öğrenin.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Bu çalışma, Çin Ulusal Anahtar Teknolojiler Ar-Ge Programı (2021YFA0715302 ve 2021YFE0191800), Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı (61975035 ve 52150610489) ve Şanghay Belediyesi Bilim ve Teknoloji Komisyonu (22ZR1405000) tarafından desteklenmiştir.

1. Malzemelerin ön işlenmesi
NOT: H 25 O2 FC'nin anodu için25mm x 1.5 mm x 2 mm'lik Ni-köpük (ticari olarak temin edilebilir, Malzeme Tablosuna bakın) kullanılır.
<ol><li>Ni-köpük örneğini alkole ve deiyonize (DI) suya daldırın, üç kez, çözücü ve suda 5 dakika sonikat yapın. Ardından, Ni-köpüğü temiz bir cam alt tabaka üzerine yerleştirin.</li>
	<li>Katot substratı olarak karbon fiber kumaşı ( Malzeme Tablosuna bakın) kullanın. Karbon bezi makas kullanarak 25 mm x 25 mm kare parçalar halinde kesin.</li>
	<li>Karbon bez örneğini aseton, %75 alkol, DI suya daldırın ve sırasıyla 5 dakika boyunca üç kez sonikat yapın. Ardından, alkol kalıntılarını gidermek için karbon bezi DI suyla yıkayın. Karbon bezi bir cam alt tabaka üzerine yerleştirin. NOT: Tartışılan araştırma sonuçlarınagöre 15,16, katot olarak Au ve anot olarak Ni, H2O2FC'ler için katalizör olarak seçilmiştir. Pt, Pd, Ni, Au ve Ag gibi metaller, H2O2 oksidasyon veya indirgeme reaksiyonuna karşı spesifik katalitik seçiciliğe sahiptir ve bu da onlarıuygun elektrot malzemeleri haline getirir. Au@carbon fiber elektrot, elektrokatalitik aktivite, stabilite ve gelişmiş iletkenliğin bir kombinasyonunu sunarak onu membransız hidrojen peroksit yakıt hücreleri için uygun bir seçim haline getirir.</li>
</ol>2. Au'nun bir karbon bez üzerine elektrokaplanması
<ol><li>Elektrokaplama için reaktifleri aşağıdakilerle verildiği gibi hazırlayın: kloroaurik asit (HAuCl4), potasyum klorür (KCl), hidroklorik asit (HCl) ve DI su (bkz.</li>
	<li>0,005 M HAuCl4, 0,1 M KCl ve 0,01 M HCl içeren temiz bir beherde 80 mL çözelti (beherin hacmine göre) hazırlayın.</li>
	<li>Galvanik malzemeyi, karbon bezi ve kaplama çözeltisini hazırlayın. Elektrokaplama işlemi Elektrokimyasal İstasyon (ES) tarafından yürütülür (Malzeme Tablosuna bakınız). NOT: Burada kaplama için üç elektrot yöntemi seçilmiştir: Çalışma Elektrodu (WE) olarak karbon kumaş, Karşı Elektrot (CE) olarak grafit çubuk ve Referans Elektrot (RE) olarak Ag/AgCl (doymuş 1 M KCl çözeltisi).</li>
	<li>Her elektrotun doğru nesneyi sıkıştırdığından emin olun. Elektrotları kaplama çözeltisine daldırın.</li>
	<li>ES'yi başlatın. Programı, Şekil 1C'de gösterildiği gibi Kronoamperometri Yöntemine ayarlayın. Tek bir biriktirme çemberinin aşağıdaki gibi olduğundan emin olun: 0,1 s için çalışma potansiyeli 0,1 V ve 0,2 s için dinlenme potansiyeli 0,2 V. Sonuç olarak, AuCl4- iyonu WE etrafında düzgün bir şekilde yayılır.<ol><li>Galvanik Daireleri 800, 1600, 2400 ve 3200 daireye ayarlayın. Programı çalıştırın. NOT: Tipik olarak, ES'deki Kronoamperometri yöntemi programı 1600 döngüye ulaşamaz. Alternatif olarak, ES'nin Çok Potansiyelli Adımlar programı, Kronoamperometri yöntemiyle aynı seçimler olan elektrokaplama yöntemi için de kullanılabilir (üreticinin talimatlarına bakın).</li>
	</ol></li>
	<li>Elektrokaplamadan sonra ES'yi kapatın, reaktifleri paketleyin ve Au elektrolizle kaplanmış karbon fiber bezi (Au@CF) toplayın.</li>
	<li>Çözelti kalıntılarını gidermek için Au@CF DI suyuna üç kez daldırın. Havada kurutmak için bir cam alt tabakaya yerleştirin.</li>
	<li>CF'nin bir kısmının solüsyonlarla temas etmesini önlemek için kelepçelerin neden olduğu Au@CF kaplanmamış kısmını kesin.</li>
	<li>Akım/güç yoğunluklarını hesaplamak için bir cetvelle Au@CF boyutunu (a: uzunluk, b: genişlik) ölçün.</li>
</ol>3. Bir FC'nin performans karakterizasyonu
<ol><li>Biri pH gradyanı (1 mol H2O2, pH = 1, 3, 5, 7, 9, 11, 13), diğeri H2O2(C HP) gradyanı (pH = 1, C HP =0.25 mol, 0.5 mol, 1 mol, 2 mol) için olmak üzere iki konsantrasyonlu çözeltiler hazırlayın.</li>
	<li>OCP için iki elektrot ve polarizasyon ve güç çıkışı eğrileri için üç elektrot ile ES ile FC performansını karakterize edin (adım 3.3-3.6).</li>
	<li>Ni-köpüğü tekrar yıkayın ve tekrar DI su ile iki kez Au@CF. Bekleme için bir kenara koyun.</li>
	<li>Bir FC'nin testi sırasında OCP verilerini elde edin: OCP, FC performansında önemli bir parametredir.<ol><li>Ni-köpüğü hem RE hem de CE olarak kullanın ve Au@CF WE olarak kullanın. Çözeltiyi test kabına ekleyin. Elektrotları ES'ye bağlayın. ES'yi açın.</li>
		<li>Programı Açık Devre Potansiyeli - Zaman Yöntemi olarak ayarlayın; Çalışma Süresi: 400 sn, Örnekleme Aralığı: 0,1 sn, Yüksek E Limiti: 1 V, Düşük E Limiti: -1 V. Programı çalıştırın . NOT: FC çıkışının dengelenmesi genellikle zaman alır. Kararlı FC sonuçları elde edilene kadar ölçümleri çalıştırın.</li>
		<li>Verileri ölçün. Programı kapatın. Beheri ve elektrotları yıkayın. Belirli testler için başka çözümler ekleyin.</li>
	</ol></li>
	<li>OCP verilerine dayalı olarak FC'nin çıktı performansını test edin. Burada yalnızca orijinal Doğrusal Süpürme Voltametrisi (LSV) eğrisi verileri gereklidir. LSV eğrisinden daha fazla çıktı verisi hesaplanabilir.<ol><li>Ni-köpüğü tekrar yıkayın ve DI su ile Au@CF (iki kez tekrarlayın). Ni-köpüğü RE ve CE olarak Au@CF BİZ olarak kullanın. Çözeltiyi test kabına ekleyin.</li>
		<li>Programı, açık devre (OCP) ve kısa devre (0 V) koşullarına karşılık gelen LSV, OCP'yi Başlangıç E, 0 V'u Son E, tarama hızını 0,01 V/sn olarak ayarlayın. Programı çalıştırın.</li>
		<li>Verileri toplayın, programı kapatın, kabı ve elektrotları yıkayın ve belirli testler için gerekli diğer çözümleri ekleyin.</li>
	</ol></li>
	<li>Deneylerden sonra elektrotları yıkayın ve bir bardakta saklayın. NOT: Deney verileri EXCEL formatında saklanabilir.</li>
</ol>4. Elektrotların yapısal karakterizasyonu
NOT: XRD, numuneleri analiz etmek için kolay ve güvenilir bir yöntemdir. XRD, karbon kumaş üzerinde elektrolizle kaplanmış Au gibi elektrotların elemanlarını tespit etmek için alınır. XRD testleri, elektrotların potansiyel korozyonunu ve bozunmasını analiz etmek için FC karakterizasyonundan önce ve sonra yapılır. Örneğin, Au partikülleri CF'den ayrılabilir ve asidik çözeltilerde nikel korozyonu meydana gelebilir5.
<ol><li>Elektrotları DI suyla (iki kez) yıkayın ve oda sıcaklığında havada kurutun.</li>
	<li>Elektrotlardaki metalleri cımbızla kazıyın. Metal tozu toplayın ve bir kaba koyun.</li>
	<li>Metal tozu numuneleri üzerinde XRD testleri17gerçekleştirin.</li>
	<li>Elektrotların morfolojisini karakterize etmek ve altın ve karbon fiber kumaş arasındaki sızma ve galvanik kaplamayı araştırmak için SEM alın. Ek olarak, nikelin korozyonunu SEM ile karakterize edin.</li>
</ol>5. Veri işleme ve güç çıkışı hesaplaması
<ol><li>Tüm veriler EXCEL'de analiz edilebilir. Verileri analiz etmek ve deneysel grafikler çizmek için Excel veya Origin'i kullanın.</li>
	<li>Elektrotların seçiciliğini karakterize etmek için OCP verilerini kullanın, örneğin bir tablo veya çizgi şekli kullanarak. Tablo açıklamaları için ortalama potansiyeli kullanın. Tipik olarak, FC'nin kararlılığını göstermek için bir çizgi şekli kullanılır.</li>
	<li>FC'nin çıkış performansını karakterize etmek için LSV verilerini kullanın. EXCEL dosyasında iki veri sütunu vardır. Tipik olarak, bir veri seti potansiyel (U) gösterir ve diğeri akım (I) kaydedilir. Aşağıdaki denklemi kullanarak güç çıkışını hesaplayın: P = U × I NOT: Yüksek akım (I) değeri, FC'nin tatmin edici bir performansını gösterir. Örneğin, geniş bir elektrot yüzey alanı daha yüksek akımlara neden olur. FC'lerin performansına atıfta bulunulan normalleştirilmiş bir parametre, akımın elektrotların yüzey alanına (A) bölünmesine eşit olan akım yoğunluğudur (ID): ID = I / A</li>
	<li>Ardından, güç yoğunluğunu (PD) şu şekilde hesaplayın: PD = U ×I D NOT: Mutlak değerin alınması esastır, çünkü ön veri değerleri, ölçümler sırasında arzu edilmeyen akımın yönü nedeniyle negatif olabilir.</li>
	<li>U,I D ve PD kullanarak parametreleri tek bir şekilde karşılaştırmak kolaydır. ID'yi x eksenine, U'yu sol y eksenine ve PD'yi sağ y eksenine atayın.</li>
</ol>

Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri için Yenilikçi 3D Elektrotları Keşfetmek

<ol><li>Sazali, N., Wan Salleh, W. N., Jamaludin, A. S., Mhd Razali, M. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((New+perspectives+on+fuel+cell+technology%3A+A+brief+review%5BTitle%5D)+AND+%22Membranes%22%5BJournal%5D)">New perspectives on fuel cell technology: A brief review.</a> Membranes. 10 (5), 99(2020).</li>
<li>Singla, M. K., Nijhawan, P., Oberoi, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Hydrogen+fuel+and+fuel+cell+technology+for+cleaner+future%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Environmental+Science+and+Pollution+Research+International%22%5BJournal%5D)">Hydrogen fuel and fuel cell technology for cleaner future: a review.</a> Environmental Science and Pollution Research International. 28 (13), 15607-15626 (2021).</li>
<li>Cao, D., Chen, D., Lan, J., Wang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((An+alkaline+direct+NaBH4-H2O2+fuel+cell+with+high+power+density%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">An alkaline direct NaBH4-H2O2 fuel cell with high power density.</a> Journal of Power Sources. 190 (2), 346-350 (2009).</li>
<li>Lan, R., Tao, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ammonia+as+a+suitable+fuel+for+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Frontiers+in+Energy+Research%22%5BJournal%5D)">Ammonia as a suitable fuel for fuel cells.</a> Frontiers in Energy Research. 2, 2014(2014).</li>
<li>Alias, M. S., Kamarudin, S. K., Zainoodin, A. M., Masdar, M. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Active+direct+methanol+fuel+cell%3A+An+overview%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Active direct methanol fuel cell: An overview.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 45 (38), 19620-19641 (2020).</li>
<li>Ferrigno, R., Stroock, A. D., Clark, T. D., Mayer, M., Whitesides, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Membraneless+vanadium+redox+fuel+cell+using+laminar+flow%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Membraneless vanadium redox fuel cell using laminar flow.</a> Journal of the American Chemical Society. 124 (44), 12930-12931 (2002).</li>
<li>Yan, X., Xu, A., Zeng, L., Gao, P., Zhao, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+paper-based+microfluidic+fuel+cell+with+hydrogen+peroxide+as+fuel+and+oxidant%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Technology%22%5BJournal%5D)">A paper-based microfluidic fuel cell with hydrogen peroxide as fuel and oxidant.</a> Energy Technology. 6 (1), 140-143 (2018).</li>
<li>Ha, S. M., Ahn, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Laminar+flow-based+micro+fuel+cell+utilizing+grooved+electrode+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Laminar flow-based micro fuel cell utilizing grooved electrode surface.</a> Journal of Power Sources. 267, 731-738 (2014).</li>
<li>Liu, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+woven+thread-based+microfluidic+fuel+cell+with+graphite+rod+electrodes%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">A woven thread-based microfluidic fuel cell with graphite rod electrodes.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 43 (49), 22467-22473 (2018).</li>
<li>Peng, J., Zhang, Z. Y., Niu, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Three-dimensional+two-phase+model+for+a+membraneless+fuel+cell+using+decomposition+of+hydrogen+peroxide+with+y-shaped+microchannel%5BTitle%5D)+AND+%22Fuel+Cells%22%5BJournal%5D)">A Three-dimensional two-phase model for a membraneless fuel cell using decomposition of hydrogen peroxide with y-shaped microchannel.</a> Fuel Cells. 12 (6), 1009-1018 (2012).</li>
<li>Wu, K. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+hydrogen+peroxide+electrosynthesis+on+carbon%3A+in+situ+interface+engineering+with+surfactants%5BTitle%5D)+AND+%22Chem%22%5BJournal%5D)">Highly selective hydrogen peroxide electrosynthesis on carbon: in situ interface engineering with surfactants.</a> Chem. 6 (6), 1443-1458 (2020).</li>
<li>Yang, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+facile+microfluidic+hydrogen+peroxide+fuel+cell+with+high+performance%3A+electrode+interface+and+power-generation+properties%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Applied+Energy+Materials%22%5BJournal%5D)">A facile microfluidic hydrogen peroxide fuel cell with high performance: electrode interface and power-generation properties.</a> ACS Applied Energy Materials. 1 (10), 5328-5335 (2018).</li>
<li>An, L., Zhao, T., Yan, X., Zhou, X., Tan, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+dual+role+of+hydrogen+peroxide+in+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Science+Bulletin%22%5BJournal%5D)">The dual role of hydrogen peroxide in fuel cells.</a> Science Bulletin. 60 (1), 55-64 (2015).</li>
<li>Yamazaki, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+fuel+cell+with+selective+electrocatalysts+using+hydrogen+peroxide+as+both+an+electron+acceptor+and+a+fuel%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A fuel cell with selective electrocatalysts using hydrogen peroxide as both an electron acceptor and a fuel.</a> Journal of Power Sources. 178 (1), 20-25 (2008).</li>
<li>Sanli, A. E., Aytaç, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Response+to+Disselkamp%3A+Direct+peroxide%2Fperoxide+fuel+cell+as+a+novel+type+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Response to Disselkamp: Direct peroxide/peroxide fuel cell as a novel type fuel cell.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 36 (1), 869-875 (2011).</li>
<li>Gu, L., Nie, L., George H, M. iley <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Cathode+electrocatalyst+selection+and+deposition+for+a+direct+borohydride%2Fhydrogen+peroxide+fuel+cell%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Cathode electrocatalyst selection and deposition for a direct borohydride/hydrogen peroxide fuel cell.</a> Journal of Power Sources. 173 (1), 77-85 (2007).</li>
<li>Yang, F., Cheng, K., Wu, T., Zhang, Y., Yin, J., Wang, G., Cao, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+Au+nanodendrites+supported+on+carbon+fiber+cloth+and+its+catalytic+performance+to+H2O2+electroreduction+and+electrooxidation%5BTitle%5D)+AND+%22RSC+Advances%22%5BJournal%5D)">Preparation of Au nanodendrites supported on carbon fiber cloth and its catalytic performance to H2O2 electroreduction and electrooxidation.</a> RSC Advances. 3 (16), 5483-5490 (2013).</li>
<li>Vidal-Iglesias, F. J., Solla-Gullón, J., Herrero, E., Rodes, A., Aldaz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Do+you+really+understand+the+electrochemical+Nernst+equation%5BTitle%5D)+AND+%22Electrocatalysis%22%5BJournal%5D)">Do you really understand the electrochemical Nernst equation.</a> Electrocatalysis. 4, 1-9 (2013).</li>
<li>Jing, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+open+circuit+potential+of+hydrogen+peroxide+at+noble+and+glassy+carbon+electrodes+in+acidic+and+basic+electrolytes%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Electroanalytical+Chemistry%22%5BJournal%5D)">The open circuit potential of hydrogen peroxide at noble and glassy carbon electrodes in acidic and basic electrolytes.</a> Journal of Electroanalytical Chemistry. 658 (1-2), 46-51 (2011).</li>
<li>Eaves, S., Eaves, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+cost+comparison+of+fuel-cell+and+battery+electric+vehicles%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">A cost comparison of fuel-cell and battery electric vehicles.</a> Journal of Power Sources. 130 (1-2), 208-212 (2004).</li>
<li>Wee, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Which+type+of+fuel+cell+is+more+competitive+for+portable+application%3A+Direct+methanol+fuel+cells+or+direct+borohydride+fuel+cells%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Power+Sources%22%5BJournal%5D)">Which type of fuel cell is more competitive for portable application: Direct methanol fuel cells or direct borohydride fuel cells.</a> Journal of Power Sources. 161 (1), 1-10 (2006).</li>
<li>Muthukumar, P., Groll, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Erratum+to+%26%2334%3BMetal+hydride+based+heating+and+cooling+systems%3A+a+review%26%2334%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Hydrogen+Energy%22%5BJournal%5D)">Erratum to &#34;Metal hydride based heating and cooling systems: a review&#34.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 35 (16), 8816-8829 (2010).</li>
</ol>

Yazarların beyan edecek herhangi bir çatışması yoktur.

Çeşitli parametreler, membransız bir hidrojen peroksit yakıt hücresinin performansını, çözelti pH'ı veH2O2konsantrasyonunun ötesinde önemli ölçüde etkiler. Elektrot malzemesinin seçimi, elektrokatalitik aktiviteyi ve stabiliteyi belirlerken, elektrotun yüzey alanı reaksiyon alanlarını artırabilir. Çalışma sıcaklığı reaksiyon kinetiğini etkiler ve reaktanların akış hızı, yakıt ve oksidanın karıştırma verimliliğini belirleyebilir. Kullanılan herhangi bir katalizörün konsantrasyonu, reaksiyon hızları i...

Yakıt hücresi, kimyasalları elektrik enerjisine dönüştürmek için yakıt ve oksidan kullanan elektrokimyasal bir cihazdır. FC'ler, Carnot Döngüsü1'e bağlı olmadıkları için geleneksel içten yanmalı motorlardan daha yüksek enerji dönüşüm verimliliğine sahiptir. Hidrojen (H2)2, borhidrür-hidrojen (NaBH4)3 ve amonyak (NH3)4 gibi yakıtları kullanan FC'ler, çevresel olarak temiz ve yüksek performans elde edebilen, insanların fosil yakıtlara olan bağımlılığını azaltmak için önemli bir potansiyel sunan, umut verici bir enerji kaynağı haline gelmiştir. Bununla birlikte, FC teknolojisi belirli zorluklarla karşı karşıyadır. Yaygın bir sorun, FC sisteminde dahili kısa devrelere karşı bir koruma görevi gören bir proton değişim membranının (PEM) dahili rolüdür. Bir elektrolitik membranın entegrasyonu, artan üretim maliyetlerine, iç devre direncine ve mimari karmaşıklığa katkıda bulunur5. Ayrıca, tek bölmeli FC'leri çok yığınlı dizilere dönüştürmek, güç ve akım çıkışlarını geliştirmek için akış kanallarını, elektrotları ve plakaları entegre etmenin karmaşık süreci nedeniyle ek komplikasyonlar ortaya çıkarır5.
Geçtiğimiz on yıllar boyunca, membranla ilgili bu zorlukların üstesinden gelmek ve FC sistemini düzene sokmak için ortak çabalar sarf edilmiştir. Özellikle, düşük Reynold sayılarında laminer ko-akışlar kullanan membransız FC konfigürasyonlarının ortaya çıkması yenilikçi bir çözüm sunmuştur. Bu tür kurulumlarda, iki akış arasındaki arayüz "sanal" bir proton ileten zar6 olarak işlev görür. Laminer akış tabanlı FC'ler (LFFC'ler), mikroakışkanlarınfaydalarından yararlanılarak geniş çapta incelenmiştir 7,8,9,10. Bununla birlikte, LFFC'ler, laminer yakıtların/oksidanların pompalanması için yüksek enerji girişi, akışkan akışlarında reaktan geçişinin azaltılması ve hidrodinamik parametrelerin optimizasyonu dahil olmak üzere katı koşullar gerektirir.
Son zamanlarda, H2O2, elektrotlarda elektrooksidasyon ve elektroredüksiyon işlemleri sırasında su (H2O) ve oksijen (O2) verenkarbon-nötr yapısı nedeniyle potansiyel bir yakıt ve oksidan olarak ilgi görmüştür11,12. H2O2, iki elektronlu bir indirgeme işlemi veya su12'den iki elektronlu bir oksidasyon işlemi kullanılarak seri üretilebilir. Daha sonra, diğer gaz yakıtların aksine, sıvı H 2 O2yakıtı mevcut benzin altyapısına entegre edilebilir 5. Ayrıca, H2O2 orantısızlık reaksiyonu,H2O2'ninhemyakıt hem de oksidan olarak servis edilmesini mümkün kılar. Şekil 1A, basit bir H 2 O2FC mimarisinin şematik yapısını göstermektedir. Geleneksel FC 2,3,4 ile karşılaştırıldığında, H 2 O2 FC, cihazın "basitliğinin" avantajlarını kullanır. Yamasaki ve ark. hem yakıt hem de oksidan rolü oynayan membransızH2O2FC'leri gösterdi. Açıklanan elektrik enerjisi üretim mekanizması, araştırma topluluklarına bu araştırma yönünü sürdürmeleri için ilham vermiştir6. Daha sonra,H2O2'yiyakıt ve oksidan olarak kullanan elektrooksidasyon ve elektroredüksiyon mekanizmaları aşağıdaki reaksiyonlarla temsil edilmiştir13,14
Asidik ortamda:
Anot:H2O2→O2 + 2H+ + 2e-; Ea1 = 0.68 V vs. O Katot: H2O2 + 2H+ + 2e- →2H2O; Ea2 = 1.77 V ve O Toplam: 2 H 2 O2 → 2H 2 O + O 2
Temel medyada:
H2O2+ OH- → HO2- +H2O Anot: HO 2- + OH- → O 2 + H 2 O + 2e-; Eb1 = 0,15 V ile karşılaştırılır. O Katot: HO 2- + H2O + 2e- → 3OH-; Eb2 = 0,87 V ile karşılaştırılır. O Toplam: 2 H 2 O2 → 2H 2 O + O 2
Şekil 1B, H2O2FC'lerin çalışma prensibini göstermektedir.H2O2anotta elektron bağışlar ve katotta elektronları kabul eder. Anot ve katot arasındaki elektron transferi, harici bir devre aracılığıyla gerçekleşir ve bu da elektrik üretimi ile sonuçlanır. H2O2FC'nin teorik açık devre potansiyeli(OCP) asidik ortamda 1.09 V ve bazik ortamda 0.62 V'tur13. Bununla birlikte, çok sayıda deneysel sonuç, teorik OCP'ye kıyasla asidik ortamda 0,75 V'a ve bazik ortamda 0,35 V'a ulaşan daha düşük değerler göstermiştir. Bu gözlem, karışık bir potansiyelinvarlığına bağlanabilir 13. Ek olarak, H2O2FC'lerin güç ve akım çıkışı, elektrotların sınırlı katalitik seçiciliği nedeniyle belirtilenFC'ler 2,3,4 ile rekabet edemez. Bununla birlikte, mevcut H 2 O 2 FC teknolojisinin, Tablo 1'de gösterildiği gibi, toplam maliyet açısından H2, NaBH4 ve NH3 FC'lerden daha iyi performans gösterebilmesi dikkat çekicidir. Bu nedenle,H2O2elektrooksidasyonu ve elektroredüksiyon için elektrotların gelişmiş katalitik seçiciliği, bu cihazlar için önemli bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Bu çalışmada, reaksiyon hızını artırmayı ve güç ve akım çıkışını artırmayı amaçlayan, elektrot veH2O2yakıtı arasındaki etkileşimi iyileştirmek için üç boyutlu gözenekli yapılı bir elektrot sunuyoruz. Ayrıca çözelti pH'ı veH2O2konsantrasyonunun FC'nin performansı üzerindeki etkisini de araştırıyoruz. Bu çalışmada kullanılan elektrot çifti, altın elektrolizle kaplanmış bir karbon fiber kumaş ve nikel köpükten oluşur. Yapısal karakterizasyon, FC testi için birincil parametreler olarak hizmet veren Açık Devre Potansiyeli (OCP), polarizasyon ve güç çıkış eğrileri ile X-ışını Kırınımı (XRD) ve Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) kullanılarak gerçekleştirilir.

<table><tbody><tr><td>Aseton</td><td>Merck & Co. Inc. (MRK)</td><td>67-64-1</td><td>malzemelerin ön işlemi için çözüm</td></tr><tr><td>Alkol</td><td>Merck & Co. Inc. (MRK)</td><td>64-17-5</td><td>malzemelerin ön işlemi için çözüm</td></tr><tr><td>Karbon fiber kumaş</td><td>Soochow Willtek fotoelektrik malzemeler co.,Ltd.</td><td>Elektrokaplama</td><td>yöntemi için W0S1011 substrat malzemesi</td></tr><tr><td>Elektrokimya istasyonu</td><td>&nbsp; Şangay Chenhua Enstrüman Co, Ltd</td><td>Elektrokaplama</td><td>yöntemi ve yakıt hücresi performans karakterizasyonu için CHI600E cihazı</td></tr><tr><td>Altın klorür trihidrat</td><td>Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co., Ltd.</td><td>Elektrokaplama yöntemi için G141105-1g</td><td>ana çözünen</td></tr><tr><td>madde Hidroklorik asit</td><td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td><td>10011018</td><td>çözelti pH'ının ayarlanması</td></tr><tr><td>Hidrojen peroksit</td><td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td><td>10011208</td><td>hücre yakıtı</td></tr><tr><td>Nikel köpük</td><td>Willtek fotoelektrik malzemeler co.ltd (Soochow, Çin)</td> <td>KSH-2011</td><td>hidrojen peroksit yakıt hücresi için anot malzemesi</td></tr><tr><td>Potasyum klorür</td><td>Şangay Aladdin Biyokimyasal Technology Co., Ltd.</td><td></td><td>Elektrokaplama yöntemi için 10016308 katkı maddeleri</td></tr><tr><td>Taramalı elektron mikroskobu</td><td>Carl Zeiss AG</td><td>EVO 10</td><td>numune için yapısal karakterizasyon</td></tr><tr><td>Sodyum hidroksit</td><td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td><td>10019718</td><td>çözelti pH</td></tr><tr><td>X-Işını diferansiyel ayar makinesi</td><td>Bruker Corporation</td><td>D8 Numune</td><td>için gelişmiş yapısal karakterizasyon</td></tr></tbody></table>

gelecek vaat eden bir temiz enerji kaynağı olarak membransız hidrojen peroksit yakıt hücreleri

Membraneless Hydrogen Peroxide Fuel Cells as a Promising Clean Energy Source

Membransız hidrojen peroksit bazlı yakıt hücrelerinin (H2O2FC'ler) derinlemesine incelenmesinde, karbon nötr bir bileşik olan hidrojen peroksitin (H2O2)H2O, O2 ve elektrik enerjisi üretmek için elektrokimyasal ayrışmaya uğradığı gösterilmiştir. H2O2'nin benzersiz redoks özellikleri, onu sürdürülebilir enerji uygulamaları için uygun bir aday olarak konumlandırmaktadır. Önerilen membransız tasarım, üretim karmaşıklıkları ve tasarım zorlukları dahil olmak üzere geleneksel yakıt hücrelerinin sınırlamalarını ele almaktadır. Elektrokaplama teknikleriyle sentezlenen yeni bir üç boyutlu elektrot tanıtıldı. Ni-köpük ile birleştirilmiş Au-elektrolizle kaplanmış karbon fiber kumaştan üretilen bu elektrot, H2O2FC'ler için artan bir güç yoğunluğuna yol açan gelişmişelektrokimyasal reaksiyon kinetiği sergiler. Yakıt hücrelerinin performansı, elektrolit çözeltisinin pH seviyeleri ile karmaşık bir şekilde bağlantılıdır. FC uygulamalarının ötesinde, bu tür elektrotlar taşınabilir enerji sistemlerinde ve yüksek yüzey alanlı katalizörler olarak potansiyele sahiptir. Bu çalışma, çevre dostu bir enerji kaynağı olarakH2O2'ninpotansiyelini optimize etmede elektrot mühendisliğinin önemini vurgulamaktadır.

Galvanik kaplama sonuçları Şekil 2, galvanik kaplama sonuçlarını göstermektedir. Şekil 2A, X-ışını kırınım sonucunu göstermektedir. Şekil 2B,C mikrograflardır. Şekil 2D,E SEMM sonuçlarıdır. Karbon fiber kumaş (CF) üzerinde altının (Au) etkili birikimi, ilk olarak, Şekil 2B, C'de gösterildiği gibi, karbon...

Bu protokol, Au-elektrolizle kaplanmış karbon fiber kumaş ve Ni-köpük elektrotları kullanan hidrojen peroksit yakıt hücreleri için yenilikçi üç boyutlu elektrotların tasarımını ve değerlendirmesini sunar. Araştırma bulguları, hidrojen peroksitin sürdürülebilir enerji teknolojileri için umut verici bir aday olma potansiyelini vurgulamaktadır.

Gelecek Vaat Eden Bir Temiz Enerji Kaynağı Olarak Membransız Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri

In an in-depth investigation of membraneless hydrogen peroxide-based fuel cells (H2O2 FCs), hydrogen peroxide (H2O2), a carbon-neutral compound, is ...

Yüksek yüzey alanlı karbon kumaş üzerine nano altın parçacıkları bırakan bir yüz galvanik yöntemini gösterdik. Altın elektrolizle karbon kumaş, hidrojen peroksit yakıt hücreleri için bir katot görevi gören ağır ızgara performansıdır. Membransız hidrojen peroksit yakıt hücrelerinin spesifik mekanizması nedeniyle, araştırmacılar şu anda elektrot olarak soy metal kompleksleri geliştirmeye ve nanoteknoloji ve koordinasyon kimyası kullanarak bu elektrotların hassas alanını iyileştirmeye dayanmaktadır.Araştırmamızda, sadece elektrotlar için yüksek yüzey alanı üretimi için elektrokaplama yöntemlerini önermekle kalmadık, aynı zamanda daha önce bildirilen araştırmalarda ihmal edilen yakıt pilinde pH'ın çok önemli bir rolünü de bulduk. Bu nano ölçekli elektrotları üretmek için fiziksel veya kimyasal buharlaşmalar gibi birçok teknik kullanılabilir. Ancak, bu yöntemler çok pahalı ve zaman alıcıdır.Elektrotlar artık kalınlıkta doğruluğa ihtiyaç duyduğundan, elektrokaplama bu elektrotlar için çok umut verici bir yöntemdir.

membraneless-hydrogen-peroxide-fuel-cells-as-promising-clean-energy

Research

JoVE Journal

Engineering

Mühendislik

oksidatif dönüşümler için bir kofaktör - Biz hidrojen peroksidin ışık katalize nesil için bir protokol açıklar.

Işık odaklı enzimatik dekarboksilasyonu

Yakıt hücreleri için talep üzerine hidrojen üretme yöntemlerinin incelenmesi önemini artırmaya devam ediyor. Bununla birlikte, kimyasalların su ile reaksiyonundan hidrojen evrimini ölçen sistemler karmaşık ve pahalı olabilir. Bu makale, hidrojen gazının evrimini ölçmek için basit, düşük maliyetli ve sağlam bir yöntemi detaylandırmaktadır.

Basit, düşük maliyetli ve Sağlam Sistem Sulu Solutions ile Kimyasal Reaksiyonların tarafından Evolved Hidrojen Sesi Tedbir

Yakıt açısından zengin bir model yanma egzozu oluşturmak için bir protokol, yanma karakterizasyonu yoluyla geliştirilir ve mikro boru şeklindeki alev destekli yakıt hücresi testi ve araştırması için uygulanır.

yanma Karakterizasyonu ve Model Yakıt Kalkınma Micro-tübüler Alev destekli Yakıt Hücreleri

Verimli güneş-hidrojen üretimi son zamanlarda Bremen Drop Tower mikroyerçekimi ortamında bir fotoelektrokimyasal yarı hücreli fonksiyonel yarı iletken-elektrokatalizör sistemlerde gerçekleştirilmiştir. Burada, yarı iletken-elektrokatörekat cihazının üretimi için deneysel prosedürleri, damla kapsülündeki deneysel kurulumun ayrıntılarını ve serbest düşüş sırasındaki deneysel diziyi rapor ediyoruz.

Mikroyerçekimi Ortamında Verimli Güneş HidrojenI Üretimi Için Deneysel Yöntemler

Membran reaktörleri, doğrudanH2 girişi olmadan ortam koşullarında hidrojenasyon sağlar. Bu sistemlerdeki hidrojen üretimini ve kullanımını atmosferik kütle spektrometresi (atm-MS) ve gaz kromatografisi kütle spektrometresi (GC-MS) kullanarak takip edebiliriz.

Bir Membran Reaktöründe Hidrojen Üretimi ve Kullanımı

Bu protokol, güneş enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan yeşil yakıt üretimi için MXene destekli CuZn ve NiCo bi-metalik elektrokatalizörlerin üretimine ve elektrokimyasal analizine rehberlik eder.

Ti3C2Tx MXene Destekli CuZn ve NiCo Katalizörleri KullanılarakCO2 ve Sudan Güneş Enerjili Elektrokimyasal Yeşil Yakıt Üretimi

Bu protokol, sürdürülebilir metal-organik çerçeve/polimer karışık matriks zarlarının üretimi için tekrarlanabilir bir metodolojiyi ve elektrokimyasal empedans spektroskopisi kullanılarak değişken sıcaklık ve nem altında düzlem içi proton iletkenliğinin doğru ölçülmesini açıklar; bu yöntem proton değişim membran yakıt hücreleri (PEMFC) için faydalı olabilir.

Elektrokimyasal empedans spektroskopisiyle MOF tabanlı karışık matriks zarlarında proton iletkenliğinin ölçülmesi

Biz birden karakterizasyon teknikleri eş zamanlı performans (tanır katı oksit yakıt hücreleri (SOFCs), elektrotların yüzeyi tanımlamak için benzersiz bir platform...

Katı Oksit Yakıt Hücreleri Elektrot Yüzeyler Sondalama ve Haritalama

Kütle spektrometrisi ile tüm türlerin çevrimiçi analizi ile laboratuar ölçekli alevden gaz örnekleme yanma süreçleri sırasında meydana gelen kimyasal bileşiklerin kompleks bir karışımı araştırmak için güçlü bir yöntemdir. Sinkrotron oluşturulan vakum ultraviyole radyasyon yoluyla ayarlanabilir yumuşak iyonizasyon ile birleştiğinde, bu teknik izomer-çözüldü bilgi ve potansiyel fragmanı-serbest kütle spektrumları sağlar.

İleri Işık Source Alev Deneyler: İs Oluşumu Süreçlerinin içine Yeni Trendleri

Üç boyutlu tek nanopartiküller içindeki element dağılımlarını karakterize etmek için taramalı transmisyon elektron mikroskobunda enerji dağıtıcı X-ışını tomografisinin kullanımı açıklanmaktadır.

Bireysel Nanopartiküller 3D Elemental Haritalama için Enerji Dağılımı X-ışını Tomografi

Keşfedin, membransız hidrojen peroksit yakıt hücreleri için üç boyutlu elektrotların elektrokaplama yöntemiyle nasıl üretildiğini. Altın kaplamalı karbon fiber kumaş ve pH'nin yakıt hücresi performansına etkisini öğrenin.

Gelecek Vaat Eden Bir Temiz Enerji Kaynağı Olarak Membransız Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri

Daha fazla video keşfet