재단사

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 13244(2023) 이 기사 인용

579 액세스

3 알트메트릭

측정항목 세부정보

직접 글리세롤 연료전지에서 글리세롤을 연료로 효과적으로 사용하기 위해서는 C-C 결합을 깨고 글리세롤이 CO2로 전기 산화되는 것을 향상시킬 수 있는 촉매가 필요합니다. 이 특정 연구에서 유리 탄소 전극(PdNiSn/GC)에 전착된 팔라듐-니켈-주석 나노복합체는 촉매 구성의 시너지 효과 덕분에 글리세롤의 전기 산화에 대해 탁월한 활성을 나타냈습니다. PdNiSn/GC 표면은 Pd/GC 전극에서 얻은 것보다 2.5배 더 높은 피크 전류(Ip)를 생성했으며, 시작 전위(Eonset)의 음극 이동은 약 300mV였습니다. 또한 PdNiSn/GC 표면에서 얻은 전류는 연속 전기분해 중에 안정적으로 유지되었습니다. 정전 용량 측정은 전기촉매 활성 결과를 해석하는 데 사용되었으며, 고성능 액체 크로마토그래피는 글리세롤 전기 산화 반응의 생성물이 옥살산과 포름산이며, 전하 계산에 의해 밝혀진 바와 같이 이후에 CO2로 산화됨을 나타냅니다. . 결과는 Pd, β-Ni(OH)2 및 SnO2 사이의 시너지 효과가 C-C 결합 절단을 강화하고 반응 중간체를 CO2로 완전히 산화시켜 GEOR을 향상시키는 데 중요하다는 것을 보여줍니다.

상업 활동의 지속적인 확장과 점진적인 인구 증가로 인해 에너지 수요가 직접적으로 증가했으며 화석 연료를 대체할 에너지 자원을 찾아야 했습니다. 그 중에서도, 연료 전지에서 화학 연료를 효율적으로 활용하는 것은 효율적이고 CO2 배출이 없는 에너지 시스템에 기여할 수 있는 큰 잠재력을 가지고 있습니다1.

연료전지의 다양한 유형을 고려할 때, 고분자 전해질막 연료전지는 다른 유형의 연료전지에 비해 많은 이점을 제공합니다. 높은 에너지 밀도, 빠른 에너지 방출; CO2에 대한 둔감성 덕분에 공기를 산화제로 사용할 수 있고 적당한 온도(75~150°C)에서 작동할 수 있습니다2,3.

직접 알코올 연료 전지에서 알코올, 특히 글리세롤을 사용하는 것은 이러한 계획에서 연료에 대한 흥미로운 목표입니다. 글리세롤 전기산화 반응(GEOR)은 전기 에너지를 생성하기 위해 수산기 그룹의 산화를 통해 전기촉매 표면에서 일어날 수 있습니다4. 또한 GEOR은 6kWh kg−1의 높은 이론적 에너지 밀도를 생성하고 불연성, 비휘발성5이며 메탄올6과 비교할 때 막을 통과하는 교차율이 낮습니다. 또한 선택적 GEOR은 부가가치가 높은 중간체를 생산할 수 있습니다. 따라서 GEOR의 또 다른 유망한 측면은 다음과 같은 부가가치 분자의 전기합성입니다. 글리세린산, 타르트론산, 메속살레이트 및 1,3-디하이드록시아세톤7,8,9.

글리세롤은 매년 약 수억 킬로그램의 글리세롤을 생산하는 바이오디젤 산업의 일반적인 제품으로 이용 가능하고 저렴한 연료입니다10,11,12,13. 또한, 글리세롤은 수소 생산을 위한 좋은 공급원으로 간주됩니다14,15. 열역학은 DGFC의 양극 구획에서 글리세롤 전기 산화 반응(GEOR)이 수소 생산을 위한 전기분해 셀의 산소 발생 반응(OER)보다 에너지적으로 더 효율적이라는 것을 보여줍니다9,10. GEOR은 DGFC의 양극 구획에서 발생하여 양성자와 이산화탄소를 생성하는 반면 양성자는 음극 구획에서 환원되어 수소를 생성합니다. 1–311.

그러나 직접 글리세롤 연료 전지(DGFC)에서 글리세롤을 CO2로 효율적이고 완전하게 산화시키는 것은 이 공정이 C-C 결합 절단을 요구하는 다중 전자 및 다중 양성자 공정이기 때문에 여전히 큰 과제입니다(전기 촉매 작용의 주요 과제).

Pt 전기촉매는 높은 활성으로 인해 DGFC에 가장 효율적인 촉매로 간주되었지만 높은 비용과 함께 글리세롤의 산화 계획 중 표면에서 중독 CO 중간체의 생성이 제한되었습니다. 그것의 사용16,20,21. 이로 인해 DGFC의 성능을 향상시키기 위해 Pd, Ag 및 Ni와 같은 대체 전기촉매를 사용하게 되었습니다. 이와 관련하여, Pd 기반 전기촉매는 Pt 기반 전기촉매에 비해 장점이 있기 때문에 DGFC의 좋은 후보로 간주됩니다. Pd는 Pt보다 알칼리성 매질에서 알코올 산화에 대해 더 나은 활성을 나타냅니다. 또한, 알칼리 매질에서 흡착된 일산화탄소(COads)에 의한 전극 중독 가능성은 화학적으로 흡착된 중간체가 촉매 표면에 약하게 결합하고 알칼리 매질에서 중독 종의 양이 적기 때문에 산성 매질보다 적습니다.