تم دعم هذا العمل من قبل البرنامج الوطني للبحث والتطوير في مجال التقنيات الرئيسية في الصين (2021YFA0715302 و 2021YFE0191800) ، والمؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (61975035 و 52150610489) ، ولجنة العلوم والتكنولوجيا في بلدية شنغهاي (22ZR1405000).

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.
<ol><li>اغمر عينة Ni-foam في الكحول والماء منزوع الأيونات (DI) ، صوتنة لمدة ثلاث مرات ، 5 دقائق في المذيب والماء. بعد ذلك ، ضع رغوة ?...

استكشاف أقطاب 3D المبتكرة لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين

<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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=New+perspectives+on+fuel+cell+technology:+A+brief+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Hydrogen+fuel+and+fuel+cell+technology+for+cleaner+future:+a+review.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+alkaline+direct+NaBH4-H2O2+fuel+cell+with+high+power+density.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ammonia+as+a+suitable+fuel+for+fuel+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Active+direct+methanol+fuel+cell:+An+overview.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Membraneless+vanadium+redox+fuel+cell+using+laminar+flow.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+paper-based+microfluidic+fuel+cell+with+hydrogen+peroxide+as+fuel+and+oxidant.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laminar+flow-based+micro+fuel+cell+utilizing+grooved+electrode+surface.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+woven+thread-based+microfluidic+fuel+cell+with+graphite+rod+electrodes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Three-dimensional+two-phase+model+for+a+membraneless+fuel+cell+using+decomposition+of+hydrogen+peroxide+with+y-shaped+microchannel.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+selective+hydrogen+peroxide+electrosynthesis+on+carbon:+in+situ+interface+engineering+with+surfactants.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+facile+microfluidic+hydrogen+peroxide+fuel+cell+with+high+performance:+electrode+interface+and+power-generation+properties.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+dual+role+of+hydrogen+peroxide+in+fuel+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+fuel+cell+with+selective+electrocatalysts+using+hydrogen+peroxide+as+both+an+electron+acceptor+and+a+fuel.">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., Ayta&#231;, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Response+to+Disselkamp:+Direct+peroxide/peroxide+fuel+cell+as+a+novel+type+fuel+cell.">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. i. l. e. y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cathode+electrocatalyst+selection+and+deposition+for+a+direct+borohydride/hydrogen+peroxide+fuel+cell.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+Au+nanodendrites+supported+on+carbon+fiber+cloth+and+its+catalytic+performance+to+H2O2+electroreduction+and+electrooxidation.">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-Gull&#243;n, J., Herrero, E., Rodes, A., Aldaz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Do+you+really+understand+the+electrochemical+Nernst+equation.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+open+circuit+potential+of+hydrogen+peroxide+at+noble+and+glassy+carbon+electrodes+in+acidic+and+basic+electrolytes.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+cost+comparison+of+fuel-cell+and+battery+electric+vehicles.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Which+type+of+fuel+cell+is+more+competitive+for+portable+application:+Direct+methanol+fuel+cells+or+direct+borohydride+fuel+cells.">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/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Erratum+to+&amp;#34;Metal+hydride+based+heating+and+cooling+systems:+a+review&amp;#34.">Erratum to &amp;#34;Metal hydride based heating and cooling systems: a review&amp;#34.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 35 (16), 8816-8829 (2010).</li></ol>

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?...

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 FC ، والذي يعمل كضمان ضد الدوائر القصيرة الداخلية. يساهم تكامل الغشاء الإلكتروليتي في زيادة تكاليف التصنيع ومقاومة الدوائر الداخلية والتعقيد المعماري5. علاوة على ذلك ، فإن تحويل FCs أحادية الحجرة إلى صفائف متعددة المكدسات يؤدي إلى تعقيدات إضافية بسبب العملية المعقدة لدمج قنوات التدفق والأقطاب الكهربائية والألواح لتعزيز الطاقة ومخرجات التيار5.
على مدى العقود الماضية ، بذلت جهود متضافرة لمواجهة هذه التحديات المتعلقة بالأغشية وتبسيط نظام FC. والجدير بالذكر أن ظهور تكوينات FC الخالية من الأغشية باستخدام التدفقات المشتركة الصفحية بأرقام رينولد المنخفضة قد قدم حلا مبتكرا. في مثل هذه الإعدادات ، تعمل الواجهة بين تدفقين كغشاء "افتراضي" موصل للبروتون6. تمت دراسة FCs القائمة على التدفق الصفحي (LFFCs) على نطاق واسع ، والاستفادة من فوائد الموائع الدقيقة7،8،9،10. ومع ذلك ، تتطلب LFFCs ظروفا صارمة ، بما في ذلك مدخلات الطاقة العالية لضخ الوقود الصفحي / المؤكسدات ، والتخفيف من تقاطع المواد المتفاعلة في التيارات السائلة ، وتحسين المعلمات الهيدروديناميكية.
في الآونة الأخيرة ، اكتسب H 2 O 2 اهتماما كوقود محتمل ومؤكسد بسبب طبيعته المحايدة للكربون ، مما ينتج عنه الماء (H 2 O) والأكسجين (O2) أثناء عمليات الأكسدة الكهربائية والاختزال الكهربائي في الأقطاب الكهربائية11,12. يمكن إنتاجH 2 O2 بكميات كبيرة باستخدام عملية اختزال إلكترونين أو عن طريق عملية أكسدة ثنائية الإلكترون من الماء12. بعد ذلك ، على عكس أنواع الوقود الغازية الأخرى ، يمكن دمج وقود H 2O2 السائل في البنية التحتية الحالية للبنزين 5. إلى جانب ذلك ، فإن تفاعل عدم التناسب H 2 O 2 يجعل من الممكن تقديم H 2 O2كوقود ومؤكسد. يوضح الشكل 1A بنية تخطيطية لبنية H 2 O2FC السهلة. بالمقارنة مع FCsالتقليدية 2،3،4 ، يستخدم H 2 O2FC مزايا "بساطة" الجهاز. أظهر ياماساكي وآخرون H 2 O2FCs بدون غشاء ، حيث لعبوا دور كل من الوقود والأكسدة. ألهمت الآلية الموصوفة لتوليد الطاقة الكهربائية مجتمعات البحث لمواصلة هذا الاتجاه البحثي6. بعد ذلك ، تم تمثيل آليات الأكسدة الكهربائية والاختزال الكهربائي باستخدامH 2 O2 كوقود ومؤكسد من خلال التفاعلات التالية13,14
في الوسائط الحمضية:
الأنود: H 2 O2 → O2 + 2H + + 2e- ؛ Ea1 = 0.68 فولت مقابلثانية. الكاثود: H 2 O 2 + 2H + + 2e- → 2H2 O ؛ Ea2 = 1.77 فولت مقابل. هي المجموع: 2 ساعات 2 O2 → 2H2O +O 2
في وسائل الإعلام الأساسية:
H2O 2 + OH- → HO 2- + H 2O الأنود: HO 2- + OH- → O 2 + H2 O +2e- ؛ Eb1 = 0.15 فولت مقابل. هي الكاثود: HO 2- + H2O + 2e- → 3OH- ؛ Eb2 = 0.87 فولت مقابل. هي المجموع: 2 ساعة 2 س 2 → 2 ساعة2س +س 2
يوضح الشكل 1B مبدأ عمل H 2 O 2 FCs. H 2 O2 يمنح الإلكترونات عند الأنود ويستقبل الإلكترونات عند المهبط. يحدث نقل الإلكترون بين الأنود والكاثود من خلال دائرة خارجية ، مما يؤدي إلى توليد الكهرباء. جهد الدائرة المفتوحة النظري (OCP) ل H 2O2 FC هو 1.09 فولت في الوسائط الحمضية و 0.62 فولت في الوسائط الأساسية13. ومع ذلك ، فقد أظهرت العديد من النتائج التجريبية قيما أقل ، تصل إلى 0.75 فولت في الوسائط الحمضية و 0.35 فولت في الوسائط الأساسية ، مقارنة ب OCP النظري. يمكن أن تعزى هذه الملاحظة إلى وجود إمكانات مختلطة13. بالإضافة إلى ذلك ، لا يمكن أن تتنافس الطاقة والإخراج الحالي ل H2O 2 FCs مع FCs2،3،4المذكورة بسبب الانتقائية التحفيزية المحدودة للأقطاب الكهربائية. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تقنية H 2O 2 FC الحالية يمكن أن تتفوق على H2 و NaBH 4 و NH3 FCs من حيث التكلفة الإجمالية ، كما هو موضح في الجدول 1. وبالتالي ، فإن الانتقائية التحفيزية المحسنة للأقطاب الكهربائية للأكسدة الكهربائيةH 2 O2 والاختزال الكهربائي لا تزال تمثل تحديا كبيرا لهذه الأجهزة.
في هذه الدراسة ، نقدم قطب كهربائي ثلاثي الأبعاد للهيكل المسامي لتحسين التفاعل بين القطب ووقود H2O2 ، بهدف زيادة معدل التفاعل وتعزيز الطاقة وإخراج التيار. نحقق أيضا في تأثير درجة الحموضة في المحلول وتركيزH 2 O2 على أداء FC. يتكون زوج الأقطاب الكهربائية المستخدم في هذه الدراسة من قماش من ألياف الكربون مطلية بالذهب ورغوة النيكل. يتم إجراء التوصيف الهيكلي باستخدام حيود الأشعة السينية (XRD) والمجهر الإلكتروني الماسح (SEM) ، مع إمكانات الدائرة المفتوحة (OCP) والاستقطاب ومنحنيات خرج الطاقة التي تعمل كمعلمات أساسية لاختبار FC.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetone</td>
			<td>Merck &#38; Co. Inc. (MRK)</td>
			<td>67-64-1</td>
			<td>solution for pre-process of materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alcohol</td>
			<td>Merck &#38; Co. Inc. (MRK)</td>
			<td>64-17-5</td>
			<td>solution for pre-process of materials</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Carbon fiber cloth</td>
			<td>Soochow Willtek photoelectric materials co.,Ltd.</td>
			<td>W0S1011</td>
			<td>substrate material for electroplating method</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrochemistry station</td>
			<td>&#160;Shanghai Chenhua Instrument Co., Ltd.</td>
			<td>CHI600E</td>
			<td>device for electroplating method and fuel cell performance characterization</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Gold chloride trihydrate</td>
			<td>Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd.</td>
			<td>G141105-1g</td>
			<td>main solute for electroplating method</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrochloric acid</td>
			<td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td>
			<td>10011018</td>
			<td>adjustment of solution pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen peroxide</td>
			<td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td>
			<td>10011208</td>
			<td>fuel of cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nickel foam</td>
			<td>Willtek photoelectric materials co.ltd(Soochow,China)</td>
			<td>KSH-2011</td>
			<td>anode material for hydrogen peroxide fuel cell</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Shanghai Aladdin Biochemical Technology Co.,Ltd.</td>
			<td>10016308</td>
			<td>additives for electroplating method</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning electron microscope</td>
			<td>Carl Zeiss AG</td>
			<td>EVO 10</td>
			<td>structural characterization for sample</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sinopharm Chemical ReagentCo., Ltd</td>
			<td>10019718</td>
			<td>adjustment of solution pH</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-Ray differaction machine</td>
			<td>Bruker Corporation</td>
			<td>D8 Advance</td>
			<td>structural characterization for sample</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

membraneless hydrogen peroxide fuel cells as a promising clean energy source

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.

A fuel cell is an electrochemical device that utilizes fuel and oxidant to convert chemicals into electrical energy. FCs have higher energy conversion efficiency than traditional combustion engines since they are not bound by the Carnot Cycle1. By utilizing fuels such as hydrogen (H2)2, borohydride-hydrogen (NaBH4)3, and ammonia (NH3)4, FCs have become a promising energy source that is environmentally clean and can achieve high performance, offering significant potential to reduce human dependence on fossil fuels. However, FC technology faces specific challenges. One prevalent issue is the internal role of a proton exchange membrane (PEM) in the FC system, which acts as a safeguard against internal short circuits. The integration of an electrolytic membrane contributes to increased fabrication costs, internal circuit resistance, and architectural complexity5. Moreover, transforming single-compartment FCs into multi-stack arrays introduces additional complications due to the intricate process of integrating flow channels, electrodes, and plates to enhance power and current outputs5.
Over the past decades, concerted efforts have been made to address these membrane-related challenges and streamline the FC system. Notably, the emergence of membraneless FC configurations using laminar co-flows at low Reynold numbers has offered an innovative solution. In such setups, the interface between two flows functions as a &#34;virtual&#34; proton-conducting membrane6. Laminar flow-based FCs (LFFCs) have been widely studied, leveraging the benefits of microfluidics7,8,9,10. However, LFFCs require stringent conditions, including high energy input for pumping laminar fuels/oxidants, mitigation of reactant crossover in fluidic streams, and optimization of hydrodynamic parameters.
Recently, H2O2 has gained interest as a potential fuel and oxidant due to its carbon-neutral nature, yielding water (H2O) and oxygen (O2) during electrooxidation and electroreduction processes at electrodes11,12. H2O2 can be mass-produced using a two-electron reduction process or by a two-electron oxidation process from water12. Subsequently, in contrast to other gaseous fuels, liquid H2O2 fuel can be integrated into existing gasoline infrastructure 5. Besides, the H2O2 disproportionation reaction makes it possible to serve H2O2 as both fuel and oxidant. Figure 1A shows a schematic structure of a facile H2O2 FC&#39;s architecture. In comparison to traditional FCs2,3,4, the H2O2 FC utilizes the advantages of device &#34;simplicity.&#34; Yamasaki et al. demonstrated membraneless H2O2 FCs, playing the role of both fuel and oxidant. The described mechanism of electrical energy generation has inspired research communities to continue this research direction6. Subsequently, electrooxidation and electroreduction mechanisms using H2O2 as a fuel and oxidant have been represented by the following reactions13,14
In the acidic media:
Anode: H2O2 &#8594; O2 + 2H+ + 2e-; Ea1 = 0.68 V vs. SHE 
Cathode: H2O2 + 2H+ + 2e- &#8594; 2H2O; Ea2 = 1.77 V vs. SHE 
Total: 2 H2O2 &#8594; 2H2O + O2
In the basic media:
H2O2 + OH- &#8594; HO2- + H2O 
Anode: HO2- + OH- &#8594; O2 + H2O + 2e-; Eb1 = 0.15 V vs. SHE 
Cathode: HO2- + H2O + 2e- &#8594; 3OH-; Eb2 = 0.87 V vs. SHE 
Total: 2 H2O2 &#8594; 2H2O + O2
Figure 1B illustrates the working principle of H2O2 FCs. H2O2 donates electrons at the anode and accepts electrons at the cathode. Electron transfer between the anode and cathode occurs through an external circuit, resulting in the generation of electricity. The theoretical open circuit potential (OCP) of H2O2 FC is 1.09 V in acidic media and 0.62 V in basic media13. However, numerous experimental results have shown lower values, reaching up to 0.75 V in acidic media and 0.35 V in basic media, compared to the theoretical OCP. This observation can be attributed to the presence of a mixed potential13. Additionally, the power and current output of H2O2 FCs cannot compete with the mentioned FCs2,3,4due to the limited catalytic selectivity of the electrodes. Nevertheless, it is noteworthy that current H2O2 FC technology can outperform H2, NaBH4, and NH3 FCs in terms of overall cost, as shown in Table 1. Thus, the enhanced catalytic selectivity of electrodes for H2O2 electrooxidation and electroreduction remains a significant challenge for these devices.
In this study, we introduce a three-dimensional porous structure electrode to improve the interaction between the electrode and H2O2 fuel, aiming to increase the reaction rate and enhance power and current output. We also investigate the impact of solution pH and H2O2 concentration on the FC&#39;s performance. The electrode pair used in this study comprises a gold-electroplated carbon fiber cloth and nickel foam. Structural characterization is conducted using X-ray Diffraction (XRD) and Scanning Electron Microscopy (SEM), with Open Circuit Potential (OCP), polarization, and power output curves serving as the primary parameters for FC testing.

تسليط الضوء على المؤلف: تصميم وتقييم أقطاب قماش ألياف الكربون المطلية بالكهرباء لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين 

خلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين الخالية من الأغشية كمصدر واعد للطاقة النظيفة

We have illustrated a facial electroplating method deposit nano gold particles on the high surface area carbon cloth. The golds electroplate carbon cloth is heavy grid performance in serving as a cathode for hydrogen peroxide fuel cells. Due to the specific mechanism of membraneless hydrogen peroxide fuel cells, researchers are currently based on developing noble metal complexes as electrodes and improving the sensitive area of these electrodes by employing nanotechnology and coordination chemistry.In our research, we not only proposed the electroplating methods for fabrication high surface area for the electrodes, but also found a very important role of pH in fuel cell, which remains neglected in the previously reported research. There are a lot of techniques can be used for fabricating these nanoscale electrodes, such as physical or chemical evaporations. However, this methods are very expensive, as well as time consuming.As electrodes now need accuracy in thickness, electroplating is a very promising methods for these electrodes.

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...

Watch this Scientific Journal Video about Design and Evaluation of Au-Electroplated Carbon Fiber Cloth Electrodes for Hydrogen Peroxide Fuel Cells at JoVE.com

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.

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

لقد أوضحنا طريقة الطلاء الكهربائي للوجه بإيداع جزيئات الذهب النانوية على قطعة قماش الكربون ذات المساحة العالية. القماش الكربوني الذهبي بالكهرباء هو أداء شبكي ثقيل في العمل ككاثود لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين. نظرا للآلية المحددة لخلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين الخالية من الأغشية ، يعتمد الباحثون حاليا على تطوير مجمعات المعادن النبيلة كأقطاب كهربائية وتحسين المنطقة الحساسة لهذه الأقطاب الكهربائية من خلال استخدام تقنية النانو وكيمياء التنسيق.في بحثنا ، لم نقترح فقط طرق الطلاء الكهربائي لتصنيع مساحة سطح عالية للأقطاب الكهربائية ، ولكننا وجدنا أيضا دورا مهما جدا للأس الهيدروجيني في خلية الوقود ، والذي لا يزال مهملا في البحث الذي تم الإبلاغ عنه سابقا. هناك الكثير من التقنيات التي يمكن استخدامها لتصنيع هذه الأقطاب الكهربائية النانوية ، مثل التبخر الفيزيائي أو الكيميائي. ومع ذلك ، فإن هذه الطرق مكلفة للغاية ، فضلا عن أنها تستغرق وقتا طويلا.نظرا لأن الأقطاب الكهربائية تحتاج الآن إلى الدقة في السماكة ، فإن الطلاء الكهربائي هو طرق واعدة جدا لهذه الأقطاب الكهربائية.

خلايا وقود بيروكسيد الهيدروجين الخالية من الأغشية كمصدر واعد للطاقة النظيفة

Abstract