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/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>

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 katali...

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 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

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.

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.

Yazar Spotlight: Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri için Au-Elektrolizle Kaplanmış Karbon Fiber Kumaş Elektrotların Tasarımı ve Değerlendirilmesi 

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

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.

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</strong...

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

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.

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

Membraneless Hydrogen Peroxide Fuel Cells as a Promising Clean Energy Source

1.8K Görüntüleme.  Fudan University. 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 has...

Video: Yazar Spotlight: Hidrojen Peroksit Yakıt Hücreleri için Au-Elektrolizle Kaplanmış Karbon Fiber Kumaş Elektrotların Tasarımı ve Değerlendirilmesi 