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En un artículo reciente publicado en la revista iScience, los investigadores discutieron la utilidad de las nanopartículas de níquel-hierro encapsuladas en nanotubos de carbono derivados de desechos plásticos para celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura.
Estudio: nanopartículas de níquel-hierro encapsuladas en nanotubos de carbono hechos de residuos plásticos para celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura. Fuente de la imagen: DeawSS/Shutterstock.com
Pilas de combustible de óxido sólido (SOFC)
Siempre que haya disponible un suministro de combustible, las celdas de combustible de óxido sólido, que son sistemas de conversión de energía electroquímica, pueden generar electricidad de manera continua. Son una de las tecnologías más prometedoras para satisfacer las crecientes necesidades energéticas del mundo y el problema del cambio climático.
Las altas temperaturas de funcionamiento, que provocan pérdidas de rendimiento, complejidad técnica, obstáculos financieros y una gama limitada de aplicaciones, son un obstáculo importante para las pilas de combustible de óxido sólido clásicas. Se han hecho esfuerzos significativos en todo el mundo para abordar estos problemas.
Importancia de los nanotubos de carbono en las SOFC
La conductividad térmica y eléctrica mejorada de los nanotubos de carbono (CNT) acelera la transferencia de calor y aumenta la velocidad de los procesos electroquímicos. En comparación con los métodos más convencionales, como los vertederos o la incineración, las tecnologías de pirólisis catalítica y gasificación han demostrado ser una forma práctica y rentable de generar nanotubos de carbono a partir de polímeros de desecho.
Para fabricar sofisticados compuestos funcionales de carbono/metal, es práctico y económico utilizar conscientemente las fases metálicas restantes en los CNT. Para mejorar la eficiencia de transferencia de carga entre las interfaces de estos dos componentes, es fundamental establecer una interacción química intrínseca entre los CNT y el metal de transición, además de la mezcla física.
Debido a su bajo costo y rápida puesta en marcha, las celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura (LT-SOFC) son posibles celdas de combustible de próxima generación. Sin embargo, representan un desafío importante para los materiales de electrodos con una fuerte actividad electrocatalítica.
Pirólisis catalítica de residuos plásticos para [email protected] SOFC
En el presente estudio, los autores discutieron la pirólisis catalítica cuidadosamente controlada de desechos plásticos para producir nanopartículas bimetálicas encapsuladas en nanotubos de carbono ([email protected]). Los resultados mostraron que se formaron numerosos CNT de pared múltiple con diámetros exteriores de (14,38 ± 3,84 nanómetros) debido al tamaño de cristal más pequeño de las nanopartículas de aleación de Ni-Fe.
Tal [email protected] Pilas de combustible de óxido sólido impresas con una densidad de potencia máxima de 885 milivatios por centímetro-2 a 500 °C. Esto podría estar relacionado con la arquitectura jerárquica de las nanopartículas de aleación uniformemente dispersas y el alto grado de grafitización. [email protected] para mejorar la actividad de la reacción de oxidación del hidrógeno (HOR).
Utilidad de las nanopartículas de metales base para el desempeño de LT-SOFCs
El equipo mencionó que el enfoque propuesto podría abordar los problemas de la gestión sostenible de los desechos al tiempo que garantiza la seguridad del suministro de energía mundial al reciclar los desechos plásticos para producir nanocompuestos y mostrar un sistema LT-SOFC de alto rendimiento. Describieron cómo la adición de nanopartículas de metal base distribuidas uniformemente encapsuladas en CNT ([email protected]) al ánodo preparado en línea mediante un solo paso de la pirólisis catalítica dirigida de residuos de PP mejoró el rendimiento de LT de las SOFC.
Los investigadores estudiaron los efectos de los componentes metálicos activos del catalizador (Fe monometálico, Ni y NiFe bimetálico) en el [email protected] Calidad, operación y desempeño de SOFC.
Este trabajo proporcionó una estrategia novedosa para la gestión sostenible de los desechos plásticos y aceleró el despliegue de LT-SOFC.
Caracteristicas de [email protected] SOFC LT
Hacia [email protected], [email protected]y [email protected]la función de trabajo del grafeno se mejoró de 5,05 electronvoltios a 5,72 electronvoltios y 6,60 electronvoltios respectivamente. Además, los efectos sinérgicos de las especies bimetálicas Fe-Ni durante la síntesis catalítica de [email protected] demostró un valor ideal cercano a cero de la energía de adsorción de hidrógeno en el sitio hueco de 456 cuando se formó una aleación de NiFe en él [email protected]
En comparación con los 123 vacíos o el sitio del puente 45, el 234 vacío fue el sitio de adsorción de hidrógeno preferido entre todos los enlaces estudiados para [email protected] Una fase de pirólisis y degradación catalítica en línea del polipropileno condujo a la síntesis exitosa de materiales CNT que incorporan nanopartículas de metales de transición base para mejorar el rendimiento de LT-SOFC.
En contraste con los monometálicos Ni y Fe, los bimetálicos ([email protected]) Los CNT produjeron CNT más largos, más suaves y más estrechos, así como nanopartículas de aleación de Fe-Ni bien dispersas que se ven en el interior. La estrecha similitud del pico de carbono con el valor teórico y la I reducidaD/YOGRAMO La proporción demostró la estructura de alta grafitización de los nanotubos de carbono recolectados.
Con un valor máximo de densidad de potencia de 885 milivatios centímetros-2 a 500 °C, [email protected] como aditivo de electrodo mostró un desempeño impresionante de celdas de combustible de óxido sólido a bajas temperaturas. Esto se debió principalmente a su conductividad eléctrica y prevención eficaz de la aglomeración.
Además, los estudios DFT demostraron que al desarrollar una aleación de NiFe en el [email protected]se generó una energía ideal de adsorción de hidrógeno cercana a cero en la cavidad de 456.
En resumen, este estudio demostró un proceso novedoso para el reciclaje económico y respetuoso con el medio ambiente de los residuos plásticos. Los autores mencionaron que este trabajo también arroja luz sobre catalizadores de alto rendimiento y bajo costo para celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura que utilizan materiales a base de carbono cargados con especies bimetálicas sintonizables.
Relación
Liu Q, Wang F, Hu E, et al. (2022). Nanopartículas de níquel-hierro encapsuladas en nanotubos de carbono hechos de residuos plásticos para celdas de combustible de óxido sólido de baja temperatura. ciencia https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2589004222011270
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