خلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين الخالية من الأغشية كمصدر واعد للطاقة النظيفة

Summary

يقدم هذا البروتوكول تصميم وتقييم الأقطاب الكهربائية المبتكرة ثلاثية الأبعاد لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين ، باستخدام قماش ألياف الكربون المطلي بالكهرباء وأقطاب Ni-foam. تسلط نتائج البحث الضوء على إمكانات بيروكسيد الهيدروجين كمرشح واعد لتقنيات الطاقة المستدامة.

Abstract

في تحقيق متعمق لخلايا الوقود القائمة على بيروكسيد الهيدروجين بدون غشاء (H 2 O 2 FCs) ، ثبت أن بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) ، وهو مركب محايد للكربون ، يخضع للتحلل الكهروكيميائي لإنتاج H ₂O ، O₂ ، والطاقة الكهربائية. خصائص الأكسدة والاختزال الفريدة ل H 2O₂ تضعها كمرشح قابل للتطبيق لتطبيقات الطاقة المستدامة. يعالج التصميم المقترح بدون غشاء قيود خلايا الوقود التقليدية ، بما في ذلك تعقيدات التصنيع وتحديات التصميم. يتم تقديم قطب كهربائي ثلاثي الأبعاد جديد ، يتم تصنيعه عبر تقنيات الطلاء الكهربائي. مصنوع من قماش ألياف الكربون المطلي بالكهرباء Au جنبا إلى جنب مع رغوة النيكل ، يعرض هذا القطب حركية التفاعل الكهروكيميائي المحسنة ، مما يؤدي إلى زيادة كثافة الطاقة ل H 2O₂ FCs. يرتبط أداء خلايا الوقود بشكل معقد بمستويات الأس الهيدروجيني لمحلول الإلكتروليت. بالإضافة إلى تطبيقات FC ، تحمل هذه الأقطاب الكهربائية إمكانات في أنظمة الطاقة المحمولة وكمحفزات ذات مساحة سطح عالية. تؤكد هذه الدراسة على أهمية هندسة الأقطاب الكهربائية في تحسين إمكانات H 2 O₂كمصدر طاقة صديق للبيئة.

Introduction

خلية الوقود هي جهاز كهروكيميائي يستخدم الوقود والمؤكسد لتحويل المواد الكيميائية إلى طاقة كهربائية. تتمتع FCs بكفاءة تحويل طاقة أعلى من محركات الاحتراق التقليدية لأنها غير ملزمة بدورة Carnot¹. من خلال استخدام أنواع الوقود مثل الهيدروجين (H 2) ² ، بوروهيدريد الهيدروجين (NaBH 4) 3 ، والأمونيا (NH ³)₄ ، أصبحت FCs مصدرا واعدا للطاقة نظيفا بيئيا ويمكن أن يحقق أداء عاليا ، مما يوفر إمكانات كبيرة لتقليل اعتماد الإنسان على الوقود الأحفوري. ومع ذلك ، تواجه تقنية FC تحديات محددة. إحدى المشكلات السائدة هي الدور الداخلي لغشاء تبادل البروتون (PEM) في نظام....

Protocol

1. المعالجة المسبقة للمواد

ملاحظة: تستخدم رغوة النيكل (متوفرة تجاريا، انظر جدول المواد) بمقاس 25 مم × 25 مم × 1.5 مم لأنود H 2 O₂FC.

1. اغمر عينة Ni-foam في الكحول والماء منزوع الأيونات (DI) ، صوتنة لمدة ثلاث مرات ، 5 دقائق في المذيب والماء. بعد ذلك ، ضع رغوة النيكل على ركيزة زجاجية نظيفة.
2. استخدم قماش ألياف الكربون (انظر جدول المواد) كركيزة الكاثود. قطع قطعة قماش الكربون إلى قطع مربعة 25 مم × 25 مم باستخدام المقص.
3. اغمر عينة القماش الكربوني في الأسيتون ، و 75٪ كحول ، وماء DI ، و sonicate ثلاث مرات لمدة 5 دقائق ، على التوالي. بعد ذلك ، اغسل قطع....

النتائج

نتائج الطلاء الكهربائي
يوضح الشكل 2 نتائج الطلاء الكهربائي. يوضح الشكل 2 أ نتيجة حيود الأشعة السينية. الشكل 2B ، C هي الصور المجهرية. الشكل 2D ، E هي نتائج SEM. تم تأكيد الترسب الفعال للذهب (Au) على قماش أ.......

Discussion

تؤثر العديد من المعلمات بشكل كبير على أداء خلية وقود بيروكسيد الهيدروجين الخالية من الأغشية بما يتجاوز درجة الحموضة وتركيز H 2 O₂. يحدد اختيار مادة القطب نشاط التحفيز الكهربائي والاستقرار ، في حين أن مساحة سطح القطب يمكن أن تعزز مواقع التفاعل. تؤثر درجة حرارة التشغيل على حركية ا?.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Acetone	Merck & Co. Inc. (MRK)	67-64-1	solution for pre-process of materials
Alcohol	Merck & Co. Inc. (MRK)	64-17-5	solution for pre-process of materials
Carbon fiber cloth	Soochow Willtek photoelectric materials co.,Ltd.	W0S1011	substrate material for electroplating method
Electrochemistry station	Shanghai Chenhua Instrument Co., Ltd.	CHI600E	device for electroplating method and fuel cell performance characterization
Gold chloride trihydrate	Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd.	G141105-1g	main solute for electroplating method
Hydrochloric acid	Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd	10011018	adjustment of solution pH
Hydrogen peroxide	Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd	10011208	fuel of cell
Nickel foam	Willtek photoelectric materials co.ltd(Soochow,China)	KSH-2011	anode material for hydrogen peroxide fuel cell
Potassium chloride	Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd.	10016308	additives for electroplating method
Scanning electron microscope	Carl Zeiss AG	EVO 10	structural characterization for sample
Sodium hydroxide	Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd	10019718	adjustment of solution pH
X-Ray differaction machine	Bruker Corporation	D8 Advance	structural characterization for sample