Celle a combustibile a perossido di idrogeno senza membrana come promettente fonte di energia pulita

Riepilogo

Questo protocollo introduce la progettazione e la valutazione di elettrodi tridimensionali innovativi per celle a combustibile a perossido di idrogeno, utilizzando tessuto in fibra di carbonio elettrolitico Au ed elettrodi in schiuma Ni. I risultati della ricerca evidenziano il potenziale del perossido di idrogeno come candidato promettente per le tecnologie energetiche sostenibili.

Abstract

In un'indagine approfondita sulle celle a combustibile a base di perossido di idrogeno senza membrana (H 2 O 2 FC), è stato dimostrato che il perossido di idrogeno (H 2 O 2 ), un composto neutro dal punto di vista delle emissioni di carbonio, subisce una decomposizione elettrochimica per produrre H 2 O, O ₂ed energia elettrica. Le proprietà redox uniche di H2 O₂ lo posizionano come un valido candidato per applicazioni energetiche sostenibili. Il design senza membrana proposto affronta i limiti delle celle a combustibile convenzionali, comprese le complessità di fabbricazione e le sfide di progettazione. Viene introdotto un nuovo elettrodo tridimensionale, sintetizzato tramite tecniche galvaniche. Costruito con un tessuto in fibra di carbonio elettrolitico combinato con schiuma Ni, questo elettrodo mostra una cinetica di reazione elettrochimica migliorata, che porta a una maggiore densità di potenza per H2 O₂ FC. Le prestazioni delle celle a combustibile sono strettamente legate ai livelli di pH della soluzione elettrolitica. Al di là delle applicazioni FC, tali elettrodi hanno un potenziale nei sistemi energetici portatili e come catalizzatori ad alta superficie. Questo studio sottolinea l'importanza dell'ingegneria degli elettrodi nell'ottimizzazione del potenziale diH 2 O₂ come fonte di energia rispettosa dell'ambiente.

Introduzione

Una cella a combustibile è un dispositivo elettrochimico che utilizza carburante e ossidante per convertire le sostanze chimiche in energia elettrica. I FC hanno una maggiore efficienza di conversione dell'energia rispetto ai tradizionali motori a combustione poiché non sono vincolati dal ciclo di Carnot¹. Utilizzando combustibili come l'idrogeno (H 2) ², il boroidruro di idrogeno (NaBH 4) 3 e l'ammoniaca (NH₃ ⁾ ₄, le FC sono diventate una promettente fonte di energia pulita dal punto di vista ambientale e in grado di raggiungere prestazioni elevate, offrendo un po....

Protocollo

1. Pre-lavorazione dei materiali

NOTA: Per l'anodo dell'H 2 O₂FC viene utilizzata la schiuma di Ni (disponibile in commercio, vedere la Tabella dei materiali) con 25 mm x 25 mm x 1,5 mm.

1. Immergere il campione di schiuma di Ni in alcool e acqua deionizzata (DI), sonicare per tre volte, 5 minuti in solvente e acqua. Successivamente, posizionare la schiuma di Ni su un substrato di vetro pulito.
2. Utilizzare il tessuto in fibra di carbonio (vedere la tabella dei materiali) come substrato del catodo. Tagliare il panno di carbonio in pezzi quadrati di 25 mm....

Discussione

Diversi parametri influenzano in modo significativo le prestazioni di una cella a combustibile a perossido di idrogeno senza membrana oltre il pH della soluzione e la concentrazione di H 2 O₂. La scelta del materiale dell'elettrodo determina l'attività elettrocatalitica e la stabilità, mentre la superficie dell'elettrodo può migliorare i siti di reazione. La temperatura di esercizio influisce sulla cinetica di reazione e la portata dei reagenti può determinare l'efficienza di miscelazione del ca.......

Materiali

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