ຂອບໃຈທີ່ທ່ານເຂົ້າມາຢ້ຽມຊົມ Nature.com. ໂປຣແກຣມທ່ອງເວັບເວີຊັນທີ່ທ່ານກຳລັງໃຊ້ຢູ່ນັ້ນຮອງຮັບ CSS ໄດ້ຈຳກັດ. ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ຜົນດີທີ່ສຸດ, ພວກເຮົາແນະນຳໃຫ້ທ່ານໃຊ້ໂປຣແກຣມທ່ອງເວັບເວີຊັນໃໝ່ກວ່າ (ຫຼື ປິດໂໝດຄວາມເຂົ້າກັນໄດ້ໃນ Internet Explorer). ໃນລະຫວ່າງນີ້, ເພື່ອຮັບປະກັນການຮອງຮັບຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງ, ພວກເຮົາກຳລັງສະແດງເວັບໄຊໂດຍບໍ່ມີຮູບແບບ ຫຼື JavaScript.
ການຫຼຸດຜ່ອນຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌ດ້ວຍໄຟຟ້າເຄມີເປັນກົດຟໍມິກແມ່ນວິທີທີ່ມີຄວາມຫວັງໃນການປັບປຸງການນຳໃຊ້ຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌ ແລະ ມີທ່າແຮງໃນການນຳໃຊ້ເປັນຕົວກາງເກັບຮັກສາໄຮໂດຣເຈນ. ໃນວຽກງານນີ້, ສະຖາປັດຕະຍະກຳການປະກອບເອເລັກໂຕຣດເຍື່ອທີ່ບໍ່ມີຊ່ອງຫວ່າງໄດ້ຖືກພັດທະນາຂຶ້ນສຳລັບການສັງເຄາະເອເລັກໂຕຣດເຄມີໂດຍກົງຂອງກົດຟໍມິກຈາກຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌. ຄວາມກ້າວໜ້າທາງເທັກໂນໂລຢີທີ່ສຳຄັນແມ່ນເຍື່ອແລກປ່ຽນ cation ທີ່ມີຮູ, ເຊິ່ງເມື່ອນຳໃຊ້ໃນການຕັ້ງຄ່າເຍື່ອ bipolar ທີ່ມີອະຄະຕິໄປຂ້າງໜ້າ, ຊ່ວຍໃຫ້ກົດຟໍມິກທີ່ສ້າງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ອິນເຕີເຟດເຍື່ອຖືກຍ້າຍຜ່ານສະໜາມໄຫຼ anodic ໃນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຕໍ່າເຖິງ 0.25 M. ໂດຍບໍ່ມີອົງປະກອບ sandwich ເພີ່ມເຕີມລະຫວ່າງ anode ແລະ cathode, ແນວຄວາມຄິດມີຈຸດປະສົງເພື່ອນຳໃຊ້ວັດສະດຸ ແລະ ການອອກແບບແບັດເຕີຣີທີ່ມີຢູ່ທົ່ວໄປໃນຈຸລັງເຊື້ອໄຟ ແລະ ການແຍກໄຮໂດຣເຈນດ້ວຍໄຟຟ້າ, ຊ່ວຍໃຫ້ມີການຫັນປ່ຽນໄປສູ່ການຂະຫຍາຍ ແລະ ການຄ້າໄດ້ໄວຂຶ້ນ. ໃນຈຸລັງ 25 cm2, ການຕັ້ງຄ່າເຍື່ອແລກປ່ຽນ cation ທີ່ມີຮູໃຫ້ປະສິດທິພາບ Faraday >75% ສຳລັບກົດຟໍມິກທີ່ <2 V ແລະ 300 mA/cm2. ສິ່ງທີ່ສຳຄັນກວ່ານັ້ນ, ການທົດສອບຄວາມໝັ້ນຄົງ 55 ຊົ່ວໂມງທີ່ 200 mA/cm2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນປະສິດທິພາບ Faraday ທີ່ໝັ້ນຄົງ ແລະ ແຮງດັນຂອງຈຸລັງ. ການວິເຄາະດ້ານເຕັກໂນໂລຊີ-ເສດຖະກິດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອສະແດງໃຫ້ເຫັນວິທີການຕ່າງໆເພື່ອບັນລຸຄວາມເທົ່າທຽມກັນດ້ານຕົ້ນທຶນກັບວິທີການຜະລິດກົດຟໍມິກໃນປະຈຸບັນ.
ການຫຼຸດຜ່ອນອາຍພິດຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌ດ້ວຍວິທີທາງໄຟຟ້າເຄມີໃຫ້ເປັນກົດຟໍມິກໂດຍໃຊ້ໄຟຟ້າທົດແທນໄດ້ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າສາມາດຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນການຜະລິດໄດ້ເຖິງ 75%1 ເມື່ອທຽບກັບວິທີການທີ່ອີງໃສ່ເຊື້ອໄຟຟອດຊິວແບບດັ້ງເດີມ. ດັ່ງທີ່ໄດ້ລະບຸໄວ້ໃນເອກະສານ2,3, ກົດຟໍມິກມີການນຳໃຊ້ທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ຕັ້ງແຕ່ວິທີການທີ່ມີປະສິດທິພາບ ແລະ ປະຫຍັດໃນການເກັບຮັກສາ ແລະ ຂົນສົ່ງໄຮໂດຣເຈນໄປຫາວັດຖຸດິບສຳລັບອຸດສາຫະກຳເຄມີ4,5 ຫຼື ອຸດສາຫະກຳຊີວະມວນ6. ກົດຟໍມິກຍັງໄດ້ຖືກລະບຸວ່າເປັນວັດຖຸດິບສຳລັບການປ່ຽນຕໍ່ມາເປັນຕົວກາງເຊື້ອໄຟເຮືອບິນແບບຍືນຍົງໂດຍໃຊ້ວິສະວະກຳການເຜົາຜານອາຫານ7,8. ດ້ວຍການພັດທະນາເສດຖະສາດກົດຟໍມິກ1,9, ວຽກງານຄົ້ນຄວ້າຫຼາຍໆຢ່າງໄດ້ສຸມໃສ່ການເພີ່ມປະສິດທິພາບການເລືອກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ10,11,12,13,14,15,16. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ຄວາມພະຍາຍາມຫຼາຍຢ່າງຍັງສືບຕໍ່ສຸມໃສ່ຈຸລັງ H ຂະໜາດນ້ອຍ ຫຼື ຈຸລັງໄຫຼຂອງແຫຼວທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ໃນຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າຕ່ຳ (<50 mA/cm2). ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຕົ້ນທຶນ, ບັນລຸການຄ້າ ແລະ ເພີ່ມການເຈາະຕະຫຼາດຕໍ່ມາ, ການຫຼຸດຜ່ອນຄາບອນໄດອອກໄຊດ໌ດ້ວຍໄຟຟ້າເຄມີ (CO2R) ຕ້ອງໄດ້ປະຕິບັດຢູ່ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າສູງ (≥200 mA/cm2) ແລະ ປະສິດທິພາບຟາຣາເດ (FE)17 ໃນຂະນະທີ່ເພີ່ມປະສິດທິພາບການນຳໃຊ້ວັດສະດຸ ແລະ ການນຳໃຊ້ອົງປະກອບແບັດເຕີຣີຈາກເຕັກໂນໂລຊີເຊວເຊື້ອໄຟ ແລະ ການແຍກດ້ວຍໄຟຟ້ານ້ຳ ຊ່ວຍໃຫ້ອຸປະກອນ CO2R ໃຊ້ປະໂຫຍດຈາກເສດຖະກິດຂອງຂະໜາດ18. ນອກຈາກນັ້ນ, ເພື່ອເພີ່ມປະໂຫຍດຂອງການຜະລິດ ແລະ ຫຼີກລ່ຽງການປຸງແຕ່ງເພີ່ມເຕີມ, ກົດຟໍມິກຄວນຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຜະລິດຕະພັນສຸດທ້າຍແທນທີ່ຈະເປັນເກືອຟໍມິກ19.
ໃນທິດທາງນີ້, ຄວາມພະຍາຍາມທີ່ຜ່ານມາໄດ້ມີຂຶ້ນເພື່ອພັດທະນາອຸປະກອນເອເລັກໂຕຣດການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສ (GDE) ທີ່ອີງໃສ່ຮູບແບບ/ກົດຟໍມິກ CO2R ທີ່ກ່ຽວຂ້ອງກັບອຸດສາຫະກໍາ. ການທົບທວນຄືນທີ່ຄົບຖ້ວນໂດຍ Fernandez-Caso et al.20 ສະຫຼຸບການຕັ້ງຄ່າຈຸລັງໄຟຟ້າເຄມີທັງໝົດສໍາລັບການຫຼຸດຜ່ອນ CO2 ຢ່າງຕໍ່ເນື່ອງໄປສູ່ກົດຟໍມິກ/ຮູບແບບ. ໂດຍທົ່ວໄປ, ການຕັ້ງຄ່າທີ່ມີຢູ່ທັງໝົດສາມາດແບ່ງອອກເປັນສາມປະເພດຫຼັກຄື: 1. ແຄໂທໄລທີ່ໄຫຼຜ່ານ19,21,22,23,24,25,26,27, 2. ເຍື່ອດ່ຽວ (ເຍື່ອແລກປ່ຽນແຄໂທໄລ (CEM)28 ຫຼື ເຍື່ອແລກປ່ຽນແອນໄອອອນ (AEM)29 ແລະ 3. ການຕັ້ງຄ່າແຊນວິດ15,30,31,32. ພາກຕັດຂວາງທີ່ງ່າຍດາຍຂອງການຕັ້ງຄ່າເຫຼົ່ານີ້ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1a. ສຳລັບການຕັ້ງຄ່າການໄຫຼຂອງແຄໂທໄລ, ຫ້ອງເອເລັກໂຕຣໄລຈະຖືກສ້າງຂຶ້ນລະຫວ່າງເຍື່ອ ແລະ ແຄໂທດຂອງ GDE. ແຄໂທໄລທີ່ໄຫຼຜ່ານແມ່ນໃຊ້ເພື່ອສ້າງຊ່ອງທາງໄອອອນໃນຊັ້ນແຄໂທດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ33, ເຖິງແມ່ນວ່າຄວາມຕ້ອງການໃນການຄວບຄຸມການເລືອກຮູບແບບແມ່ນໄດ້ຖືກໂຕ້ວາທີ34. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ການຕັ້ງຄ່ານີ້ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ໂດຍ Chen et al. ການໃຊ້ແຄໂທດ SnO2 ເທິງຊັ້ນຮອງຄາບອນທີ່ມີຊັ້ນແຄໂທໄລໜາ 1.27 ມມ, ບັນລຸໄດ້ເຖິງ 90% FE35 ທີ່ 500 mA/cm2. ການປະສົມປະສານຂອງຊັ້ນແຄໂທໄລໜາ ແລະ ເຍື່ອໄບໂພລາທີ່ມີອະຄະຕິປີ້ນກັບກັນ (BPM) ທີ່ຈຳກັດການໂອນໄອອອນໃຫ້ແຮງດັນປະຕິບັດການ 6 V ແລະປະສິດທິພາບພະລັງງານ 15%. ເພື່ອປັບປຸງປະສິດທິພາບພະລັງງານ, Li ແລະ ເພື່ອນຮ່ວມງານ, ໂດຍໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າ CEM ດຽວ, ໄດ້ບັນລຸ FE 29 ຂອງ 93.3% ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າສ່ວນໜຶ່ງຂອງ 51.7 mA/cm2. Diaz-Sainz ແລະ ເພື່ອນຮ່ວມງານ28 ໄດ້ໃຊ້ເຄື່ອງກອງທີ່ມີເຍື່ອ CEM ດຽວທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ 45 mA/cm2. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ວິທີການທັງໝົດຜະລິດຮູບແບບແທນທີ່ຈະເປັນຜະລິດຕະພັນທີ່ຕ້ອງການ, ຄືກົດຟໍມິກ. ນອກເໜືອໄປຈາກຄວາມຕ້ອງການການປະມວນຜົນເພີ່ມເຕີມ, ໃນການຕັ້ງຄ່າ CEM, ຮູບແບບເຊັ່ນ KCOOH ສາມາດສະສົມໄດ້ໄວໃນ GDE ແລະພາກສະໜາມການໄຫຼ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ເກີດຂໍ້ຈຳກັດການຂົນສົ່ງ ແລະໃນທີ່ສຸດກໍ່ເກີດຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງເຊວ.
ການປຽບທຽບການຕັ້ງຄ່າອຸປະກອນປ່ຽນ CO2R ເປັນກົດຟໍມິກ/ກົດຟໍມິກທີ່ໂດດເດັ່ນທີ່ສຸດສາມຢ່າງ ແລະ ສະຖາປັດຕະຍະກຳທີ່ສະເໜີໃນການສຶກສານີ້. ຂ ການປຽບທຽບກະແສໄຟຟ້າທັງໝົດ ແລະ ຜົນຜະລິດກົດຟໍມິກ/ກົດຟໍມິກ ສຳລັບການຕັ້ງຄ່າແຄໂທໄລ, ການຕັ້ງຄ່າແຊນວິດ, ການຕັ້ງຄ່າ CEM ດຽວໃນເອກະສານ (ສະແດງຢູ່ໃນຕາຕະລາງເສີມ S1) ແລະ ວຽກງານຂອງພວກເຮົາ. ເຄື່ອງໝາຍເປີດຊີ້ບອກເຖິງການຜະລິດສານລະລາຍຟໍມິກ, ແລະ ເຄື່ອງໝາຍແຂງຊີ້ບອກເຖິງການຜະລິດກົດຟໍມິກ. *ການຕັ້ງຄ່າທີ່ສະແດງໂດຍໃຊ້ໄຮໂດຣເຈນຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ. ຄ ການຕັ້ງຄ່າ MEA ຊ່ອງຫວ່າງສູນໂດຍໃຊ້ເຍື່ອໄບໂພລາປະສົມທີ່ມີຊັ້ນແລກປ່ຽນແຄຕິອອນທີ່ມີຮູເຈາະທີ່ເຮັດວຽກໃນຮູບແບບອະຄະຕິທາງໜ້າ.
ເພື່ອປ້ອງກັນການສ້າງຮູບແບບ, Proietto ແລະ ທີມງານ 32 ໄດ້ໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າເຄື່ອງກອງແບບບໍ່ແຍກສ່ວນ ເຊິ່ງນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນໄຫຼຜ່ານຊັ້ນກາງ. ລະບົບສາມາດບັນລຸ >70% CE ໃນຊ່ວງຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ 50–80 mA/cm2. ໃນທຳນອງດຽວກັນ, Yang ແລະ ທີມງານ 14 ໄດ້ສະເໜີໃຫ້ໃຊ້ຊັ້ນກາງເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ແຂງລະຫວ່າງ CEM ແລະ AEM ເພື່ອສົ່ງເສີມການສ້າງກົດຟໍມິກ. Yang ແລະ ທີມງານ 31,36 ບັນລຸ 91.3% FE ໃນຫ້ອງ 5 cm2 ທີ່ 200 mA/cm2, ຜະລິດສານລະລາຍກົດຟໍມິກ 6.35 wt%. Xia ແລະ ທີມງານ. ໂດຍໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າທີ່ຄ້າຍຄືກັນ, ການປ່ຽນຄາບອນໄດອອກໄຊ (CO2) ໄປເປັນກົດຟໍມິກ FE ໄດ້ 83% ທີ່ 200 mA/cm2, ແລະຄວາມທົນທານຂອງລະບົບໄດ້ຖືກທົດສອບເປັນເວລາ 100 ຊົ່ວໂມງ 30 ນາທີ. ເຖິງແມ່ນວ່າຜົນໄດ້ຮັບໃນຂະໜາດນ້ອຍຈະມີຄວາມຫວັງດີ, ແຕ່ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍ ແລະ ຄວາມຊັບຊ້ອນທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງຢາງແລກປ່ຽນໄອອອນທີ່ມີຮູພຸນເຮັດໃຫ້ມັນຍາກທີ່ຈະຂະຫຍາຍການຕັ້ງຄ່າລະຫວ່າງຊັ້ນໄປສູ່ລະບົບຂະໜາດໃຫຍ່ (ເຊັ່ນ 1000 cm2).
ເພື່ອເບິ່ງເຫັນຜົນກະທົບສຸດທິຂອງການອອກແບບທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ພວກເຮົາໄດ້ວາງແຜນການຜະລິດກົດຟໍແມດ/ກົດຟໍມິກຕໍ່ kWh ສຳລັບທຸກລະບົບທີ່ໄດ້ກ່າວມາກ່ອນໜ້ານີ້ ແລະ ວາງແຜນໄວ້ໃນຮູບທີ 1b. ມັນເປັນທີ່ຊັດເຈນຢູ່ທີ່ນີ້ວ່າລະບົບໃດກໍ່ຕາມທີ່ມີ catholyte ຫຼື interlayer ຈະເພີ່ມປະສິດທິພາບສູງສຸດທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າຕໍ່າ ແລະ ຫຼຸດລົງທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າສູງ, ບ່ອນທີ່ຂີດຈຳກັດຂອງ ohmic ອາດຈະກຳນົດແຮງດັນຂອງເຊວ. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າການຕັ້ງຄ່າ CEM ທີ່ປະຫຍັດພະລັງງານໃຫ້ການຜະລິດກົດຟໍມິກໂມລາສູງສຸດຕໍ່ kWh, ແຕ່ການສະສົມເກືອສາມາດນຳໄປສູ່ການເສື່ອມສະພາບຂອງປະສິດທິພາບຢ່າງໄວວາທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າສູງ.
ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຮູບແບບຄວາມລົ້ມເຫຼວທີ່ໄດ້ປຶກສາຫາລືກັນມາກ່ອນ, ພວກເຮົາໄດ້ພັດທະນາຊຸດປະກອບເອເລັກໂຕຣດເຍື່ອ (MEA) ທີ່ມີ BPM ທີ່ມີອະຄະຕິທາງໜ້າປະສົມກັບເຍື່ອແລກປ່ຽນ cation ທີ່ມີຮູ (PCEM). ສະຖາປັດຕະຍະກຳດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1c. ໄຮໂດຣເຈນ (H2) ຖືກນຳເຂົ້າໄປໃນຂົ້ວບວກເພື່ອສ້າງໂປຣຕອນຜ່ານປະຕິກິລິຍາອົກຊີເດຊັນໄຮໂດຣເຈນ (HOR). ຊັ້ນ PCEM ຖືກນຳເຂົ້າໄປໃນລະບົບ BPM ເພື່ອໃຫ້ໄອອອນຮູບແບບທີ່ສ້າງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ຂົ້ວລົບຜ່ານ AEM, ລວມກັບໂປຣຕອນເພື່ອສ້າງກົດຟໍມິກຢູ່ທີ່ຊ່ອງຕໍ່ BPM ແລະຮູຂຸມຂົນລະຫວ່າງ CEM, ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນອອກຜ່ານຂົ້ວບວກ ແລະ ສະໜາມໄຫຼຂອງ GDE. . ໂດຍການໃຊ້ການຕັ້ງຄ່ານີ້, ພວກເຮົາບັນລຸ >75% FE ຂອງກົດຟໍມິກທີ່ <2 V ແລະ 300 mA/cm2 ສຳລັບພື້ນທີ່ເຊວ 25 cm2. ສິ່ງທີ່ສຳຄັນທີ່ສຸດ, ການອອກແບບນຳໃຊ້ອົງປະກອບ ແລະ ສະຖາປັດຕະຍະກຳຮາດແວທີ່ມີຢູ່ໃນທ້ອງຕະຫຼາດສຳລັບເຊວເຊື້ອໄຟ ແລະ ໂຮງງານເອເລັກໂຕຣໄລຊິສນ້ຳ, ຊ່ວຍໃຫ້ມີເວລາໃນການຂະຫຍາຍໄວຂຶ້ນ. ການຕັ້ງຄ່າ Catholyte ປະກອບດ້ວຍຫ້ອງໄຫຼ catholyte ເຊິ່ງສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດຄວາມບໍ່ສົມດຸນຂອງຄວາມກົດດັນລະຫວ່າງໄລຍະອາຍແກັສ ແລະ ແຫຼວ, ໂດຍສະເພາະໃນການຕັ້ງຄ່າເຊວທີ່ໃຫຍ່ກວ່າ. ສຳລັບໂຄງສ້າງແຊນວິດທີ່ມີຊັ້ນທີ່ມີຮູພຸນຂອງການໄຫຼຂອງນ້ຳ, ຕ້ອງມີຄວາມພະຍາຍາມຢ່າງຫຼວງຫຼາຍເພື່ອເພີ່ມປະສິດທິພາບຊັ້ນກາງທີ່ມີຮູພຸນເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມກົດດັນ ແລະ ການສະສົມຂອງຄາບອນໄດອອກໄຊພາຍໃນຊັ້ນກາງ. ທັງສອງຢ່າງນີ້ສາມາດນຳໄປສູ່ການລົບກວນການສື່ສານຂອງເຊວ. ມັນຍັງຍາກທີ່ຈະຜະລິດຊັ້ນທີ່ມີຮູພຸນບາງໆທີ່ຢືນຢູ່ຢ່າງອິດສະຫຼະໃນຂອບເຂດໃຫຍ່. ໃນທາງກົງກັນຂ້າມ, ການຕັ້ງຄ່າໃໝ່ທີ່ສະເໜີແມ່ນການຕັ້ງຄ່າ MEA ທີ່ບໍ່ມີຊ່ອງຫວ່າງສູນທີ່ບໍ່ມີຫ້ອງໄຫຼ ຫຼື ຊັ້ນກາງ. ເມື່ອປຽບທຽບກັບເຊວເອເລັກໂຕຣເຄມີອື່ນໆທີ່ມີຢູ່ແລ້ວ, ການຕັ້ງຄ່າທີ່ສະເໜີແມ່ນເປັນເອກະລັກສະເພາະທີ່ມັນຊ່ວຍໃຫ້ການສັງເຄາະກົດຟໍມິກໂດຍກົງໃນການຕັ້ງຄ່າທີ່ສາມາດຂະຫຍາຍໄດ້, ປະຫຍັດພະລັງງານ, ແລະ ບໍ່ມີຊ່ອງຫວ່າງສູນ.
ເພື່ອສະກັດກັ້ນວິວັດທະນາການຂອງໄຮໂດຣເຈນ, ຄວາມພະຍາຍາມໃນການຫຼຸດຜ່ອນ CO2 ໃນຂະໜາດໃຫຍ່ໄດ້ໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າເຍື່ອ MEA ແລະ AEM ຮ່ວມກັບເອເລັກໂຕຣໄລຕ໌ທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງໂມລສູງ (ເຊັ່ນ: 1-10 M KOH) ເພື່ອສ້າງເງື່ອນໄຂເປັນດ່າງຢູ່ທີ່ແຄໂທດ (ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2a). ໃນການຕັ້ງຄ່າເຫຼົ່ານີ້, ໄອອອນຟໍແມັດທີ່ສ້າງຕັ້ງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ແຄໂທດຈະຜ່ານເຍື່ອເປັນຊະນິດທີ່ມີປະຈຸລົບ, ຫຼັງຈາກນັ້ນ KCOOH ຖືກສ້າງຂຶ້ນ ແລະ ອອກຈາກລະບົບຜ່ານກະແສ KOH ແບບອາໂນດ. ເຖິງແມ່ນວ່າຮູບແບບ FE ແລະ ແຮງດັນຂອງເຊວໃນເບື້ອງຕົ້ນແມ່ນເອື້ອອຳນວຍດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2b, ການທົດສອບຄວາມໝັ້ນຄົງເຮັດໃຫ້ FE ຫຼຸດລົງປະມານ 30% ໃນເວລາພຽງ 10 ຊົ່ວໂມງ (ຮູບ S1a–c). ຄວນສັງເກດວ່າການໃຊ້ອາໂນໄລຕ໌ 1 M KOH ແມ່ນມີຄວາມສຳຄັນຫຼາຍເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນແຮງດັນເກີນຂອງອາໂນດໃນລະບົບປະຕິກິລິຍາວິວັດທະນາການອົກຊີເຈນທີ່ເປັນດ່າງ (OER)37 ແລະ ບັນລຸການເຂົ້າເຖິງໄອອອນພາຍໃນຕຽງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາແຄໂທດ33. ເມື່ອຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ anolyte ຫຼຸດລົງເຫຼືອ 0.1 M KOH, ທັງແຮງດັນຂອງເຊວ ແລະ ການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກ (ການສູນເສຍກົດຟໍມິກ) ຈະເພີ່ມຂຶ້ນ (ຮູບ S1d), ເຊິ່ງສະແດງໃຫ້ເຫັນເຖິງການແລກປ່ຽນທີ່ບໍ່ມີຜົນລວມ. ລະດັບຂອງການຜຸພັງຂອງຮູບແບບໄດ້ຖືກປະເມີນໂດຍໃຊ້ຄວາມສົມດຸນຂອງມວນສານໂດຍລວມ; ສຳລັບລາຍລະອຽດເພີ່ມເຕີມ, ເບິ່ງພາກ "ວິທີການ". ປະສິດທິພາບໂດຍໃຊ້ MEA ແລະ ການຕັ້ງຄ່າເຍື່ອ CEM ດຽວກໍ່ໄດ້ຖືກສຶກສາເຊັ່ນກັນ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S1f,g. ຮູບແບບ FE ທີ່ເກັບມາຈາກ cathode ແມ່ນ >60% ທີ່ 200 mA/cm2 ໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນຂອງການທົດສອບ, ແຕ່ຫຼຸດລົງຢ່າງໄວວາພາຍໃນສອງຊົ່ວໂມງເນື່ອງຈາກການສະສົມເກືອ cathode ທີ່ໄດ້ກ່າວມາກ່ອນໜ້ານີ້ (ຮູບ S11).
ແຜນວາດຂອງ MEA ທີ່ບໍ່ມີຊ່ອງຫວ່າງສູນທີ່ມີ CO2R ຢູ່ທີ່ແຄໂທດ, ປະຕິກິລິຍາອົກຊີເດຊັນໄຮໂດຣເຈນ (HOR) ຫຼື OER ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ, ແລະເຍື່ອ AEM ໜຶ່ງອັນຢູ່ລະຫວ່າງ. b FE ແລະແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວສຳລັບການຕັ້ງຄ່ານີ້ທີ່ມີ 1 M KOH ແລະ OER ໄຫຼຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ. ແຖບຄວາມຜິດພາດສະແດງເຖິງຄ່າຜັນປ່ຽນມາດຕະຖານຂອງການວັດແທກທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມຢ່າງ. ໃນ FE ແລະແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວລະບົບທີ່ມີ H2 ແລະ HOR ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ. ສີທີ່ແຕກຕ່າງກັນແມ່ນໃຊ້ເພື່ອຈຳແນກການຜະລິດກົດຟໍແມັດ ແລະກົດຟໍມິກ. d ແຜນວາດແຜນວາດຂອງ MEA ທີ່ມີ BPM ຍ້າຍໄປທາງໜ້າຢູ່ກາງ. FE ແລະແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງແບັດເຕີຣີທຽບກັບເວລາທີ່ 200 mA/cm2 ໂດຍໃຊ້ການຕັ້ງຄ່ານີ້. f ຮູບພາບຕັດຂວາງຂອງ BPM MEA ທີ່ມີອະຄະຕິທາງໜ້າຫຼັງຈາກການທົດສອບໄລຍະສັ້ນ.
ເພື່ອຜະລິດກົດຟໍມິກ, ໄຮໂດຣເຈນຈະຖືກສະໜອງໃຫ້ກັບຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ Pt-on-carbon (Pt/C) ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກ. ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 2d, ໂປຣຕອນທີ່ສ້າງ BPM ທີ່ມີອະຄະຕິທາງໜ້າຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກໄດ້ຖືກສືບສວນກ່ອນໜ້ານີ້ເພື່ອໃຫ້ບັນລຸການຜະລິດກົດຟໍມິກ. ໜ່ວຍປັບ BPM ລົ້ມເຫຼວຫຼັງຈາກເຮັດວຽກ 40 ນາທີທີ່ກະແສໄຟຟ້າ 200 mA/cm2, ພ້ອມກັບແຮງດັນໄຟຟ້າເພີ່ມຂຶ້ນຫຼາຍກວ່າ 5 V (ຮູບທີ 2e). ຫຼັງຈາກການທົດສອບ, ມີການແຍກສ່ວນຢ່າງຈະແຈ້ງຢູ່ທີ່ໜ້າຕໍ່ CEM/AEM. ນອກຈາກຟໍມິກແລ້ວ, ແອນອີອອນເຊັ່ນ: ຄາບອນເນດ, ໄບຄາບອນເນດ ແລະ ໄຮດຣອກໄຊດ໌ຍັງສາມາດຜ່ານເຍື່ອ AEM ແລະ ປະຕິກິລິຍາກັບໂປຣຕອນຢູ່ທີ່ໜ້າຕໍ່ CEM/AEM ເພື່ອຜະລິດອາຍແກັສ CO2 ແລະ ນ້ຳແຫຼວ, ເຊິ່ງນຳໄປສູ່ການແຍກສ່ວນ BPM (ຮູບທີ 2f) ແລະ ໃນທີ່ສຸດກໍ່ນຳໄປສູ່ຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງເຊວ.
ອີງຕາມກົນໄກການປະຕິບັດ ແລະ ຄວາມລົ້ມເຫຼວຂອງການຕັ້ງຄ່າຂ້າງເທິງ, ສະຖາປັດຕະຍະກຳ MEA ໃໝ່ໄດ້ຖືກສະເໜີດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 1c ແລະ ລາຍລະອຽດໃນຮູບທີ 3a38. ໃນທີ່ນີ້, ຊັ້ນ PCEM ໃຫ້ເສັ້ນທາງສຳລັບການເຄື່ອນຍ້າຍຂອງກົດຟໍມິກ ແລະ ແອນໄອອອນຈາກອິນເຕີເຟດ CEM/AEM, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງຊ່ວຍຫຼຸດຜ່ອນການສະສົມຂອງສານ. ໃນເວລາດຽວກັນ, ເສັ້ນທາງ PCEM interstitial ຈະນຳພາກົດຟໍມິກເຂົ້າໄປໃນຕົວກາງການແຜ່ກະຈາຍ ແລະ ສະໜາມໄຫຼ, ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເປັນໄປໄດ້ຂອງການຜຸພັງກົດຟໍມິກ. ຜົນໄດ້ຮັບການໂພລາໄຣເຊຊັນໂດຍໃຊ້ AEMs ທີ່ມີຄວາມໜາ 80, 40 ແລະ 25 ມມ ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 3b. ຕາມທີ່ຄາດໄວ້, ເຖິງແມ່ນວ່າແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວໂດຍລວມຈະເພີ່ມຂຶ້ນຕາມຄວາມໜາຂອງ AEM ທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນ, ການໃຊ້ AEM ທີ່ໜາກວ່າຈະປ້ອງກັນການແຜ່ກະຈາຍກັບຄືນຂອງກົດຟໍມິກ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມ pH ຂອງແຄໂທດ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນການຜະລິດ H2 (ຮູບທີ 3c–e).
ກ. ຮູບແຕ້ມໂຄງສ້າງ MEA ດ້ວຍ AEM ແລະ CEM ທີ່ມີຮູ ແລະ ເສັ້ນທາງການຂົນສົ່ງກົດຟໍມິກທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ຂ. ແຮງດັນຂອງເຊວທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າທີ່ແຕກຕ່າງກັນ ແລະ ຄວາມໜາຂອງ AEM ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ໃນ EE ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າຕ່າງໆທີ່ມີຄວາມໜາຂອງ AEM 80 μm (ງ) 40 μm, ຈ) 25 μm. ແຖບຄວາມຜິດພາດສະແດງເຖິງຄ່າຜັນປ່ຽນມາດຕະຖານທີ່ວັດແທກຈາກຕົວຢ່າງແຍກຕ່າງຫາກສາມຕົວຢ່າງ. ກ. ຜົນການຈຳລອງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກ ແລະ ຄ່າ pH ຢູ່ທີ່ໜ້າຕ່າງ CEM/AEM ທີ່ຄວາມໜາຂອງ AEM ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ກ. PC ແລະ pH ໃນຊັ້ນແຄໂທດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາທີ່ມີຄວາມໜາຂອງຟິມ AEM ທີ່ແຕກຕ່າງກັນ. ກ. ການແຈກຢາຍສອງມິຕິຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກທີ່ມີໜ້າຕ່າງ CEM/AEM ແລະ ຮູ.
ຮູບ S2 ສະແດງໃຫ້ເຫັນການແຈກຢາຍຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກ ແລະ pH ໃນທົ່ວຄວາມໜາຂອງ MEA ໂດຍໃຊ້ການສ້າງແບບຈຳລອງອົງປະກອບຈຳກັດ Poisson-Nernst-Planck. ມັນບໍ່ແປກໃຈເລີຍທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງສຸດຂອງກົດຟໍມິກ, 0.23 mol/L, ຖືກສັງເກດເຫັນຢູ່ທີ່ໜ້າຕ່າງ CEM/AEM, ເນື່ອງຈາກກົດຟໍມິກຖືກສ້າງຂຶ້ນຢູ່ທີ່ໜ້າຕ່າງນີ້. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກຜ່ານ AEM ຫຼຸດລົງໄວຂຶ້ນເມື່ອຄວາມໜາຂອງ AEM ເພີ່ມຂຶ້ນ, ຊີ້ບອກເຖິງຄວາມຕ້ານທານຕໍ່ກັບການໂອນມວນສານທີ່ສູງຂຶ້ນ ແລະ ການໄຫຼຂອງກົດຟໍມິກໜ້ອຍລົງເນື່ອງຈາກການແຜ່ກະຈາຍກັບຄືນ. ຮູບທີ 3 f ແລະ g ສະແດງໃຫ້ເຫັນຄ່າ pH ແລະກົດຟໍມິກໃນຕຽງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາແຄໂທດທີ່ເກີດຈາກການແຜ່ກະຈາຍກັບຄືນ ແລະ ການແຈກຢາຍສອງມິຕິຂອງຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກຕາມລຳດັບ. ເຍື່ອ AEM ບາງລົງເທົ່າໃດ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກໃກ້ແຄໂທດກໍ່ຈະສູງຂຶ້ນເທົ່ານັ້ນ, ແລະ pH ຂອງແຄໂທດຈະກາຍເປັນກົດ. ດັ່ງນັ້ນ, ເຖິງແມ່ນວ່າເຍື່ອ AEM ທີ່ໜາກວ່າຈະເຮັດໃຫ້ການສູນເສຍໂອມມິກສູງຂຶ້ນ, ແຕ່ພວກມັນມີຄວາມສຳຄັນຕໍ່ການປ້ອງກັນການແຜ່ກະຈາຍກັບຄືນຂອງກົດຟໍມິກໄປຫາແຄໂທດ ແລະ ເພີ່ມຄວາມບໍລິສຸດສູງຂອງລະບົບກົດຟໍມິກ FE. ສຸດທ້າຍ, ການເີ່ມຄວາມໜາຂອງ AEM ເປັນ 80 μm ເຮັດໃຫ້ FE >75% ສຳລັບກົດຟໍມິກທີ່ <2 V ແລະ 300 mA/cm2 ສຳລັບພື້ນທີ່ເຊວ 25 cm2.
ເພື່ອທົດສອບຄວາມໝັ້ນຄົງຂອງສະຖາປັດຕະຍະກຳທີ່ອີງໃສ່ PECM ນີ້, ກະແສໄຟຟ້າຂອງແບັດເຕີຣີໄດ້ຖືກຮັກສາໄວ້ທີ່ 200 mA/cm2 ເປັນເວລາ 55 ຊົ່ວໂມງ. ຜົນໄດ້ຮັບໂດຍລວມແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 4, ໂດຍມີຜົນໄດ້ຮັບຈາກ 3 ຊົ່ວໂມງທຳອິດທີ່ເນັ້ນໃຫ້ເຫັນໃນຮູບ S3. ເມື່ອໃຊ້ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາອາໂນດ Pt/C, ແຮງດັນຂອງເຊວໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງໄວວາພາຍໃນ 30 ນາທີທຳອິດ (ຮູບ S3a). ໃນໄລຍະເວລາທີ່ຍາວນານກວ່າ, ແຮງດັນຂອງເຊວຍັງຄົງທີ່ເກືອບຄົງທີ່, ໃຫ້ອັດຕາການເສື່ອມສະພາບ 0.6 mV/h (ຮູບທີ 4a). ໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນຂອງການທົດສອບ, PV ຂອງກົດຟໍມິກທີ່ເກັບຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກແມ່ນ 76.5% ແລະ PV ຂອງໄຮໂດຣເຈນທີ່ເກັບຢູ່ທີ່ຂົ້ວລົບແມ່ນ 19.2%. ຫຼັງຈາກຊົ່ວໂມງທຳອິດຂອງການທົດສອບ, ໄຮໂດຣເຈນ FE ຫຼຸດລົງເຖິງ 13.8%, ຊີ້ບອກເຖິງການເລືອກຮູບແບບທີ່ດີຂຶ້ນ. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ອັດຕາການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກໃນລະບົບຫຼຸດລົງເຖິງ 62.7% ໃນ 1 ຊົ່ວໂມງ, ແລະອັດຕາການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກອາໂນດໄດ້ເພີ່ມຂຶ້ນຈາກເກືອບສູນໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນຂອງການທົດສອບເປັນ 17.0%. ຕໍ່ມາ, FE ຂອງ H2, CO, ກົດຟໍມິກ ແລະ ອັດຕາການຜຸພັງອາໂນດຂອງກົດຟໍມິກຍັງຄົງທີ່ໃນລະຫວ່າງການທົດລອງ. ການເພີ່ມຂຶ້ນຂອງການຜຸພັງກົດຟໍມິກໃນລະຫວ່າງຊົ່ວໂມງທຳອິດອາດເກີດຈາກການສະສົມຂອງກົດຟໍມິກຢູ່ທີ່ໜ້າຕໍ່ຂອງ PCEM/AEM. ເມື່ອຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກເພີ່ມຂຶ້ນ, ມັນບໍ່ພຽງແຕ່ອອກຜ່ານທາງເຈາະຂອງເຍື່ອເທົ່ານັ້ນ, ແຕ່ຍັງແຜ່ລາມຜ່ານ FEM ເອງ ແລະ ເຂົ້າໄປໃນຊັ້ນອາໂນດ Pt/C. ເນື່ອງຈາກກົດຟໍມິກເປັນຂອງແຫຼວທີ່ອຸນຫະພູມ 60°C, ການສະສົມຂອງມັນສາມາດເຮັດໃຫ້ເກີດບັນຫາການຖ່າຍໂອນມວນສານ ແລະ ເຮັດໃຫ້ເກີດການຜຸພັງທີ່ເໝາະສົມກວ່າໄຮໂດເຈນ.
ກ. ແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວທຽບກັບເວລາ (200 mA/cm2, 60 °C). ຮູບທີ່ໃສ່ລົງສະແດງໃຫ້ເຫັນຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດແບບແສງຂອງພາກຕັດຂວາງຂອງ MEA ທີ່ມີ EM ທີ່ມີຮູ. ຂະໜາດຂອງແຖບມາດຕາສ່ວນ: 300 µm. ຂ. ຄວາມບໍລິສຸດຂອງ PE ແລະກົດຟໍມິກເປັນຟັງຊັນຂອງເວລາທີ່ 200 mA/cm2 ໂດຍໃຊ້ຂົ້ວບວກ Pt/C.
ຮູບຮ່າງຂອງຕົວຢ່າງໃນຕອນເລີ່ມຕົ້ນຂອງການທົດສອບ (BOT) ໃນລະຫວ່າງການກະກຽມ ແລະ ໃນຕອນທ້າຍຂອງການທົດສອບ (EOT) ຫຼັງຈາກການທົດສອບຄວາມໝັ້ນຄົງ 55 ຊົ່ວໂມງໄດ້ຖືກກຳນົດລັກສະນະໂດຍໃຊ້ການຖ່າຍພາບດ້ວຍລັງສີ nano-X-ray computed tomography (nano-CT), ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 5 a. ຕົວຢ່າງ EOT ມີຂະໜາດອະນຸພາກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາທີ່ໃຫຍ່ກວ່າດ້ວຍເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 1207 nm ເມື່ອທຽບກັບ 930 nm ສຳລັບ BOT. ຮູບພາບກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສົ່ງຜ່ານການສະແກນພາກສະໜາມມືດມຸມສູງ (HAADF-STEM) ແລະ ຜົນໄດ້ຮັບ X-ray spectroscopy ແບບກະຈາຍພະລັງງານ (EDS) ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 5b. ໃນຂະນະທີ່ຊັ້ນຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ BOT ປະກອບດ້ວຍອະນຸພາກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາຂະໜາດນ້ອຍກວ່າສ່ວນໃຫຍ່ ເຊັ່ນດຽວກັນກັບກຸ່ມໃຫຍ່ບາງກຸ່ມ, ໃນຂັ້ນຕອນ EOT ຊັ້ນຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາສາມາດແບ່ງອອກເປັນສອງພາກພື້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ: ພາກພື້ນໜຶ່ງມີອະນຸພາກແຂງຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ ແລະ ອີກພາກພື້ນໜຶ່ງມີພາກພື້ນທີ່ມີຮູພຸນຫຼາຍກວ່າ. ຈຳນວນອະນຸພາກຂະໜາດນ້ອຍກວ່າ. ຮູບພາບ EDS ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າອະນຸພາກແຂງຂະໜາດໃຫຍ່ອຸດົມໄປດ້ວຍ Bi, ອາດຈະເປັນໂລຫະ Bi, ແລະ ພາກພື້ນທີ່ມີຮູພຸນອຸດົມໄປດ້ວຍອົກຊີເຈນ. ເມື່ອເຊວຖືກໃຊ້ງານທີ່ 200 mA/cm2, ທ່າແຮງທາງລົບຂອງແຄໂທດຈະເຮັດໃຫ້ Bi2O3 ຫຼຸດລົງ, ດັ່ງທີ່ເຫັນໄດ້ຈາກຜົນໄດ້ຮັບການດູດຊຶມລັງສີເອັກສ໌ໃນສະຖານທີ່ທີ່ໄດ້ກ່າວເຖິງຂ້າງລຸ່ມນີ້. ຜົນໄດ້ຮັບການສ້າງແຜນທີ່ HAADF-STEM ແລະ EDS ສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າ Bi2O3 ຜ່ານຂະບວນການຫຼຸດຜ່ອນ, ເຮັດໃຫ້ພວກມັນສູນເສຍອົກຊີເຈນ ແລະ ລວມຕົວກັນເປັນອະນຸພາກໂລຫະຂະໜາດໃຫຍ່ກວ່າ. ຮູບແບບການຫັກເຫລັງສີເອັກສ໌ຂອງແຄໂທດ BOT ແລະ EOT ຢືນຢັນການຕີຄວາມໝາຍຂອງຂໍ້ມູນ EDS (ຮູບທີ 5c): ມີພຽງແຕ່ Bi2O3 ທີ່ເປັນຜລຶກເທົ່ານັ້ນທີ່ຖືກກວດພົບໃນແຄໂທດ BOT, ແລະ ໂລຫະສອງຊະນິດທີ່ເປັນຜລຶກຖືກພົບເຫັນໃນແຄໂທດ EOT. ເພື່ອເຂົ້າໃຈຜົນກະທົບຂອງທ່າແຮງແຄໂທດຕໍ່ສະຖານະການຜຸພັງຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາແຄໂທດ Bi2O3, ອຸນຫະພູມໄດ້ຖືກປ່ຽນແປງຈາກທ່າແຮງວົງຈອນເປີດ (+0.3 V vs RHE) ເຖິງ -1.5 V (vs RHE). ສັງເກດເຫັນວ່າໄລຍະ Bi2O3 ເລີ່ມຫຼຸດລົງທີ່ -0.85 V ທຽບກັບ RHE, ແລະການຫຼຸດລົງຂອງຄວາມເຂັ້ມຂອງເສັ້ນສີຂາວໃນພາກພື້ນຂອບຂອງສະເປກຕຣຳຊີ້ບອກວ່າໂລຫະ Bi ຫຼຸດລົງເຖິງ 90% ຂອງ RHE ທີ່ -1.1 V ທຽບກັບ RHE (ຮູບທີ 5d). ໂດຍບໍ່ຄຳນຶງເຖິງກົນໄກ, ການເລືອກເຟດໂດຍລວມຂອງຟໍແມັດທີ່ແຄໂທດແມ່ນບໍ່ປ່ຽນແປງໂດຍພື້ນຖານ, ດັ່ງທີ່ສະຫຼຸບໄດ້ຈາກ H2 ແລະ CO2 FE ແລະການສ້າງກົດຟໍມິກ, ເຖິງວ່າຈະມີການປ່ຽນແປງທີ່ສຳຄັນໃນຮູບຮ່າງແຄໂທດ, ສະຖານະການຜຸພັງຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ, ແລະໂຄງສ້າງຈຸລະພາກຂອງຜລຶກ.
ກ. ໂຄງສ້າງສາມມິຕິຂອງຊັ້ນຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ ແລະ ການແຈກຢາຍຂອງອະນຸພາກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາທີ່ໄດ້ຮັບໂດຍໃຊ້ nano-X-ray CT. ຂະໜາດແຖບ: 10 µm. ຂ. ເທິງ 2: ຮູບພາບ HAADF-STEM ຂອງຊັ້ນແຄໂທດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ BOT ແລະ EOT. ຂະໜາດແຖບ: 1 µm. ລຸ່ມ 2: ຮູບພາບ HADF-STEM ແລະ EDX ທີ່ຂະຫຍາຍໃຫຍ່ຂຶ້ນຂອງຊັ້ນແຄໂທດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ EOT. ຂະໜາດແຖບ: 100 nm. ຄ. ຮູບແບບການຫັກເຫລັງສີ X ຂອງຕົວຢ່າງແຄໂທດ BOT ແລະ EOT. ງ. ສະເປັກຕຣຳການດູດຊຶມລັງສີ X ໃນສະຖານທີ່ຂອງເອເລັກໂຕຣດ Bi2O3 ໃນ 0.1 M KOH ເປັນໜ້າທີ່ຂອງທ່າແຮງ (0.8 V ຫາ -1.5 V vs. RHE).
ເພື່ອກຳນົດຢ່າງແນ່ນອນວ່າມີໂອກາດໃດແດ່ສຳລັບການປັບປຸງປະສິດທິພາບພະລັງງານໂດຍການຍັບຍັ້ງການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກ, ເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງ H2 ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດການປະກອບສ່ວນຂອງການສູນເສຍແຮງດັນ39. ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າຕໍ່າກວ່າ 500 mA/cm2, ສັກຍະພາບແຄໂທດຍັງຄົງຕໍ່າກວ່າ -1.25 V. ສັກຍະພາບອາໂນດແບ່ງອອກເປັນສອງສ່ວນຫຼັກຄື: ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສແລກປ່ຽນ HOR ແລະ ແຮງດັນເກີນທາງທິດສະດີ HOR 40 ທີ່ຄາດຄະເນໂດຍສົມຜົນ Bulter-Volmer ທີ່ວັດແທກກ່ອນໜ້ານີ້, ແລະສ່ວນທີ່ເຫຼືອແມ່ນຍ້ອນການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກ. ເນື່ອງຈາກຈลະວະປະຕິກິລິຍາທີ່ຊ້າກວ່າຫຼາຍເມື່ອທຽບກັບ HOR41, ອັດຕາທີ່ນ້ອຍຂອງປະຕິກິລິຍາການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກຢູ່ທີ່ອາໂນດສາມາດເຮັດໃຫ້ສັກຍະພາບອາໂນດເພີ່ມຂຶ້ນຢ່າງຫຼວງຫຼາຍ. ຜົນໄດ້ຮັບສະແດງໃຫ້ເຫັນວ່າການຍັບຍັ້ງການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກຢ່າງສົມບູນສາມາດກຳຈັດແຮງດັນເກີນເກືອບ 500 mV.
ເພື່ອທົດສອບການຄາດຄະເນນີ້, ອັດຕາການໄຫຼຂອງນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນ (DI) ຢູ່ທີ່ທາງເຂົ້າຂອງຂົ້ວບວກໄດ້ຖືກປ່ຽນແປງເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກທີ່ໄຫຼອອກຈາກນ້ຳ. ຮູບທີ 6b ແລະ c ສະແດງໃຫ້ເຫັນ FE, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກ, ແລະແຮງດັນຂອງເຊວ ເປັນໜ້າທີ່ຂອງກະແສ DI ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກທີ່ 200 mA/cm2. ເມື່ອອັດຕາການໄຫຼຂອງນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນເພີ່ມຂຶ້ນຈາກ 3.3 mL/ນາທີ ເປັນ 25 mL/ນາທີ, ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກຫຼຸດລົງຈາກ 0.27 mol/L ເປັນ 0.08 mol/L. ເມື່ອປຽບທຽບກັນ, ໂດຍໃຊ້ໂຄງສ້າງແຊນວິດທີ່ສະເໜີໂດຍ Xia et al. 30 ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກ 1.8 mol/L ໄດ້ຮັບທີ່ 200 mA/cm2. ການຫຼຸດຜ່ອນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນປັບປຸງ FE ໂດຍລວມຂອງກົດຟໍມິກ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນ FE ຂອງ H2 ຍ້ອນວ່າ pH ຂອງແຄໂທດກາຍເປັນດ່າງຫຼາຍຂຶ້ນເນື່ອງຈາກການແຜ່ກະຈາຍກັບຄືນຂອງກົດຟໍມິກຫຼຸດລົງ. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງກົດຟໍມິກທີ່ຫຼຸດລົງໃນກະແສ DI ສູງສຸດຍັງລົບລ້າງການຜຸພັງກົດຟໍມິກໄດ້ເກືອບທັງໝົດ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ແຮງດັນໄຟຟ້າທັງໝົດຂອງເຊວຕໍ່າກວ່າ 1.7 V ທີ່ 200 mA/cm2. ອຸນຫະພູມຂອງແບັດເຕີຣີຍັງສົ່ງຜົນກະທົບຕໍ່ປະສິດທິພາບໂດຍລວມ, ແລະຜົນໄດ້ຮັບແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S10. ຢ່າງໃດກໍຕາມ, ສະຖາປັດຕະຍະກຳທີ່ອີງໃສ່ PCEM ສາມາດປັບປຸງປະສິດທິພາບພະລັງງານໄດ້ຢ່າງຫຼວງຫຼາຍໃນການຍັບຍັ້ງການຜຸພັງກົດຟໍມິກ, ບໍ່ວ່າຈະຜ່ານການນໍາໃຊ້ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາອາໂນດທີ່ມີການປັບປຸງການເລືອກໄຮໂດເຈນໄປສູ່ກົດຟໍມິກ ຫຼື ຜ່ານການເຮັດວຽກຂອງອຸປະກອນ.
ກ. ການແຍກແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວໂດຍໃຊ້ເອເລັກໂຕຣດ H2 ອ້າງອີງເຊວທີ່ເຮັດວຽກຢູ່ທີ່ 60 °C, ຂົ້ວບວກ Pt/C ແລະ AEM 80 µm. ຂ. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ FE ແລະກົດຟໍມິກທີ່ເກັບໄດ້ທີ່ 200 mA/cm2 ໂດຍໃຊ້ອັດຕາການໄຫຼທີ່ແຕກຕ່າງກັນຂອງນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນທີ່ຖືກແຍກອອກຈາກຂົ້ວບວກ. ຄ. ເມື່ອຂົ້ວບວກເກັບກົດຟໍມິກໃນຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນທີ່ແຕກຕ່າງກັນ, ແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວແມ່ນ 200 mA/cm2. ແຖບຄວາມຜິດພາດສະແດງເຖິງຄ່າຜັນປ່ຽນມາດຕະຖານຂອງການວັດແທກທີ່ແຕກຕ່າງກັນສາມຢ່າງ. ງ. ລາຄາຂາຍຕໍ່າສຸດແບ່ງຕາມປະສິດທິພາບທີ່ອັດຕາການໄຫຼຂອງນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນຕ່າງໆໂດຍໃຊ້ລາຄາໄຟຟ້າສະເລ່ຍຂອງອຸດສາຫະກຳແຫ່ງຊາດທີ່ 0.068 ໂດລາສະຫະລັດ/kWh ແລະ ໄຮໂດຣເຈນ 4.5 ໂດລາສະຫະລັດ/kg. (*: ສະຖານະການອົກຊີເດຊັນຕໍ່າສຸດຂອງກົດຟໍມິກຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກແມ່ນສົມມຸດວ່າ 10 M FA, ລາຄາໄຟຟ້າອຸດສາຫະກໍາສະເລ່ຍຂອງປະເທດແມ່ນ $0.068/kWh, ແລະໄຮໂດຣເຈນແມ່ນ $4.5/kg. **: ສະຖານະການອົກຊີເດຊັນຕໍ່າສຸດແມ່ນສົມມຸດວ່າກົດຟໍມິກ. ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ FA ຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກແມ່ນ 1.3 M ຂົ້ວບວກ, ລາຄາໄຟຟ້າໃນອະນາຄົດທີ່ຄາດໄວ້ແມ່ນ $0.03/kWh, ແລະເສັ້ນປະສະແດງເຖິງລາຄາຕະຫຼາດຂອງ FA 85 wt%.
ການວິເຄາະດ້ານເຕັກໂນໂລຊີ-ເສດຖະກິດ (TEA) ໄດ້ຖືກດຳເນີນເພື່ອໃຫ້ໄດ້ລາຄາຂາຍຂັ້ນຕ່ຳຂອງການປະກອບນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປະຕິບັດງານທີ່ຫຼາກຫຼາຍ, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ 5d. ວິທີການ ແລະ ຂໍ້ມູນພື້ນຖານສຳລັບ TEA ສາມາດພົບໄດ້ໃນ SI. ເມື່ອຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ LC ໃນທໍ່ໄອເສຍຂອງຂົ້ວບວກສູງກວ່າ, ເຖິງວ່າຈະມີແຮງດັນເຊວທີ່ສູງຂຶ້ນ, ຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໂດຍລວມຂອງການປະກອບນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟຈະຫຼຸດລົງຍ້ອນການຫຼຸດຜ່ອນຄ່າໃຊ້ຈ່າຍໃນການແຍກ. ຖ້າການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກແບບຂົ້ວບວກສາມາດຫຼຸດຜ່ອນໄດ້ໂດຍຜ່ານການພັດທະນາຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ ຫຼື ເຕັກໂນໂລຊີເອເລັກໂຕຣດ, ການລວມກັນຂອງແຮງດັນເຊວທີ່ຕ່ຳກວ່າ (1.66 V) ແລະຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງ FA ທີ່ສູງຂຶ້ນໃນນໍ້າເສຍ (10 M) ຈະຫຼຸດຕົ້ນທຶນການຜະລິດ FA ທາງໄຟຟ້າເຄມີລົງເຫຼືອ 0.74 ໂດລາສະຫະລັດ/ກິໂລ (ອີງຕາມໄຟຟ້າ). ລາຄາ) $0.068/ກິໂລວັດໂມງ ແລະ $4.5/ກິໂລໄຮໂດຣເຈນ42. ຍິ່ງໄປກວ່ານັ້ນ, ເມື່ອລວມກັບຕົ້ນທຶນໄຟຟ້າທົດແທນໃນອະນາຄົດທີ່ຄາດຄະເນໄວ້ທີ່ $0.03/ກິໂລວັດໂມງ ແລະ ໄຮໂດຣເຈນທີ່ $2.3/ກິໂລ, ເປົ້າໝາຍນໍ້າເສຍ FA ຈະຫຼຸດລົງເຫຼືອ 1.3 ລ້ານ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ຕົ້ນທຶນການຜະລິດສຸດທ້າຍທີ່ຄາດຄະເນໄວ້ແມ່ນ 0.66 ໂດລາສະຫະລັດ/ກິໂລ43. ນີ້ແມ່ນສາມາດປຽບທຽບໄດ້ກັບລາຄາຕະຫຼາດໃນປະຈຸບັນ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມພະຍາຍາມໃນອະນາຄົດທີ່ສຸມໃສ່ວັດສະດຸ ແລະ ໂຄງສ້າງເອເລັກໂຕຣດສາມາດຫຼຸດຜ່ອນການ anodization ໄດ້ຕື່ມອີກ ໃນຂະນະທີ່ອະນຸຍາດໃຫ້ການດໍາເນີນງານຢູ່ທີ່ແຮງດັນເຊລຕ່ໍາເພື່ອຜະລິດຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ LC ທີ່ສູງຂຶ້ນ.
ສະຫຼຸບແລ້ວ, ພວກເຮົາໄດ້ສຶກສາໂຄງສ້າງ MEA ທີ່ບໍ່ມີຊ່ອງຫວ່າງຫຼາຍອັນ ສຳລັບການຫຼຸດຜ່ອນ CO2 ໄປເປັນກົດຟໍມິກ ແລະ ໄດ້ສະເໜີໂຄງສ້າງທີ່ປະກອບດ້ວຍເຍື່ອໄບໂພລາທີ່ມີອະຄະຕິຕໍ່ໜ້າ ລວມທັງເຍື່ອແລກປ່ຽນແຄວຊຽມທີ່ມີຮູ (PECM) ເພື່ອອຳນວຍຄວາມສະດວກໃຫ້ແກ່ການໂຕ້ຕອບການໂອນມວນສານເຍື່ອສຳລັບກົດຟໍມິກທີ່ໄດ້ຮັບ. ການຕັ້ງຄ່ານີ້ສ້າງກົດຟໍມິກ >96% ທີ່ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນສູງເຖິງ 0.25 M (ທີ່ອັດຕາການໄຫຼຂອງອາໂນດ DI 3.3 mL/ນາທີ). ໃນອັດຕາການໄຫຼຂອງ DI ທີ່ສູງຂຶ້ນ (25 mL/ນາທີ), ການຕັ້ງຄ່ານີ້ໃຫ້ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ >80% FE ຂອງ 200 mA/cm2 ທີ່ 1.7 V ໂດຍໃຊ້ພື້ນທີ່ເຊວ 25 cm2. ໃນອັດຕາ DI ອາໂນດປານກາງ (10 mL/ນາທີ), ການຕັ້ງຄ່າ PECM ຮັກສາແຮງດັນທີ່ໝັ້ນຄົງ ແລະ ລະດັບ FE ຂອງກົດຟໍມິກສູງເປັນເວລາ 55 ຊົ່ວໂມງຂອງການທົດສອບທີ່ 200 mA/cm2. ຄວາມໝັ້ນຄົງ ແລະ ການເລືອກເຟັ້ນສູງທີ່ບັນລຸໄດ້ໂດຍຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາທີ່ມີຢູ່ໃນທ້ອງຕະຫຼາດ ແລະ ວັດສະດຸເຍື່ອໂພລີເມີສາມາດປັບປຸງຕື່ມອີກໂດຍການລວມພວກມັນກັບຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາໄຟຟ້າທີ່ດີທີ່ສຸດ. ວຽກງານຕໍ່ມາຈະສຸມໃສ່ການປັບສະພາບການປະຕິບັດງານ, ການເລືອກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາຂົ້ວບວກ, ແລະໂຄງສ້າງ MEA ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກ, ເຊິ່ງເຮັດໃຫ້ນ້ຳເສຍມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຫຼາຍຂຶ້ນທີ່ແຮງດັນຂອງເຊວຕ່ຳກວ່າ. ວິທີການງ່າຍໆໃນການໃຊ້ຄາບອນໄດອອກໄຊສຳລັບກົດຟໍມິກທີ່ນຳສະເໜີຢູ່ນີ້ລົບລ້າງຄວາມຕ້ອງການຫ້ອງຂົ້ວບວກ ແລະ ແຄໂທໄລ, ສ່ວນປະກອບແຊນວິດ, ແລະວັດສະດຸພິເສດ, ດັ່ງນັ້ນຈຶ່ງເພີ່ມປະສິດທິພາບພະລັງງານຂອງເຊວ ແລະ ຫຼຸດຜ່ອນຄວາມສັບສົນຂອງລະບົບ, ເຮັດໃຫ້ມັນງ່າຍຕໍ່ການຂະຫຍາຍ. ການຕັ້ງຄ່າທີ່ສະເໜີໃຫ້ເວທີສຳລັບການພັດທະນາໃນອະນາຄົດຂອງໂຮງງານປ່ຽນ CO2 ທີ່ເປັນໄປໄດ້ທາງດ້ານເຕັກນິກ ແລະ ເສດຖະກິດ.
ເວັ້ນເສຍແຕ່ຈະມີການລະບຸໄວ້ເປັນຢ່າງອື່ນ, ວັດສະດຸຊັ້ນເຄມີ ແລະ ຕົວລະລາຍທັງໝົດໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ຕາມທີ່ໄດ້ຮັບ. ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ Bismuth oxide (Bi2O3, 80 nm) ໄດ້ຊື້ມາຈາກ US Research Nanomaterials, Inc. ຜົງໂພລີເມີ (AP1-CNN8-00-X) ໄດ້ສະໜອງໃຫ້ໂດຍ IONOMR. ຍີ່ຫໍ້ Omnisolv® N-propanol (nPA) ແລະ ນໍ້າບໍລິສຸດພິເສດ (18.2 Ω, ລະບົບການກັ່ນຕອງນໍ້າ Milli–Q® Advantage A10) ໄດ້ຊື້ມາຈາກ Millipore Sigma. ເມທານອນ ແລະ ອາເຊໂຕນທີ່ໄດ້ຮັບການຮັບຮອງຈາກ ACS ແມ່ນຊື້ມາຈາກ VWR Chemicals BDH® ແລະ Fisher Chemical ຕາມລໍາດັບ. ຜົງໂພລີເມີໄດ້ຖືກປະສົມກັບສ່ວນປະສົມຂອງອາເຊໂຕນ ແລະ ເມທານອນໃນອັດຕາສ່ວນ 1:1 ໂດຍນໍ້າໜັກເພື່ອໃຫ້ໄດ້ການກະຈາຍໂພລີເມີທີ່ມີຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນ 6.5 wt.%. ກະກຽມນໍ້າມຶກ catalytic ໂດຍການປະສົມ Bi2O3 20g, ນໍ້າບໍລິສຸດພິເສດ, nPA ແລະ ການກະຈາຍໄອໂອໂນເມີໃນກະປ໋ອງ 30ml. ສ່ວນປະກອບດັ່ງກ່າວປະກອບດ້ວຍຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ 30 wt.%, ອັດຕາສ່ວນມວນສານຂອງໄອໂອໂນເມີຕໍ່ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ 0.02 ແລະອັດຕາສ່ວນມວນສານຂອງເຫຼົ້າຕໍ່ນໍ້າ 2:3 (40 wt.% nPA). ກ່ອນທີ່ຈະປະສົມ, ວັດສະດຸບົດເຊີໂຄເນຍ 5 ມມ ຂອງ Glen Mills 70 ກຣາມ ໄດ້ຖືກເພີ່ມເຂົ້າໃນສ່ວນປະສົມ. ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກວາງໃສ່ລູກກິ້ງຂວດດິຈິຕອນ Fisherbrand™ ທີ່ 80 rpm ເປັນເວລາ 26 ຊົ່ວໂມງ. ປະໄວ້ນໍ້າມຶກປະມານ 20 ນາທີກ່ອນທີ່ຈະໃຊ້. ນໍ້າມຶກ Bi2O3 ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ໃສ່ເຄື່ອງສີດອັດຕະໂນມັດ Qualtech (QPI-AFA6800) ໂດຍໃຊ້ທໍ່ເຕີມລວດຂະໜາດ 1/2″ x 16″ ໃນຫ້ອງທົດລອງ (RD Specialties – ເສັ້ນຜ່າສູນກາງ 60 mil) ທີ່ອຸນຫະພູມ 22°C. ນໍ້າມຶກຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ 5 mL ໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ໃສ່ຕົວນຳການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສຄາບອນ Sigraacet 39 BB ຂະໜາດ 7.5 x 8 ນິ້ວ (ການເກັບຮັກສາເຊວນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ) ໂດຍການວາງດ້ວຍກ້ານດ້ວຍຄວາມໄວສະເລ່ຍຄົງທີ່ 55 ມມ/ວິນາທີ. ຍ້າຍເອເລັກໂຕຣດທີ່ເຄືອບເຫຼົ່ານີ້ໄປເຕົາອົບແລະອົບໃຫ້ແຫ້ງທີ່ອຸນຫະພູມ 80°C. ຂະບວນການເຄືອບແບບກ້ານ ແລະ ຮູບພາບຂອງການເຄືອບ GDE ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S4a ແລະ b. ເຄື່ອງມື X-ray fluorescence (XRF) (Fischerscope® XDV-SDD, Fischer-Technolgy Inc. USA) ໄດ້ຢືນຢັນວ່າການໂຫຼດ GDE ທີ່ເຄືອບແມ່ນ 3.0 mg Bi2O3/cm2.
ສຳລັບການຕັ້ງຄ່າເຍື່ອປະສົມທີ່ມີເຍື່ອແລກປ່ຽນໄອອອນ (AEM) ແລະ CEM ທີ່ມີຮູ. Nafion NC700 (Chemours, ອາເມລິກາ) ທີ່ມີຄວາມໜາຕາມທີ່ກຳນົດໄວ້ 15 µm ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຊັ້ນ CEM. ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາອາໂນດໄດ້ຖືກສີດໂດຍກົງໃສ່ FEM ດ້ວຍອັດຕາສ່ວນໄອໂອເມີຕໍ່ຄາບອນ 0.83 ແລະພື້ນທີ່ຄອບຄຸມ 25 cm2. ແພລະຕິນຽມທີ່ຮອງຮັບດ້ວຍພື້ນທີ່ຜິວໜ້າຂະໜາດໃຫຍ່ (50 wt.% Pt/C, TEC 10E50E, ໂລຫະທີ່ມີຄ່າ TANAKA) ທີ່ມີການໂຫຼດ 0.25 mg Pt/cm2 ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາອາໂນດ. Nafion D2020 (Ion Power, ອາເມລິກາ) ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນໄອໂອເມີສໍາລັບຊັ້ນອາໂນດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ. ການເຈາະ CEM ແມ່ນປະຕິບັດໂດຍການຕັດເສັ້ນຂະໜານໃສ່ຟິມ CEM ໃນໄລຍະຫ່າງ 3 ມມ. ລາຍລະອຽດຂອງຂະບວນການເຈາະແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S12b ແລະ c. ໂດຍການໃຊ້ການຖ່າຍພາບດ້ວຍລັງສີເອັກສ໌, ໄດ້ຮັບການຢືນຢັນວ່າຊ່ອງຫວ່າງຂອງຮູແມ່ນ 32.6 μm, ດັ່ງທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S12d ແລະ e. ໃນລະຫວ່າງການປະກອບເຊວ, ເຍື່ອ CEM ທີ່ມີຮູທີ່ເຄືອບດ້ວຍຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາໄດ້ຖືກວາງໄວ້ເທິງເຈ້ຍ Toray ຂະໜາດ 25 cm2 (ທີ່ໄດ້ຮັບການປິ່ນປົວດ້ວຍ PTFE 5 wt%, ຮ້ານເຊວນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ, ສະຫະລັດອາເມລິກາ). ເຍື່ອ AEM (PiperION, Versogen, ສະຫະລັດອາເມລິກາ) ທີ່ມີຄວາມໜາ 25, 40 ຫຼື 80 μm ໄດ້ຖືກວາງໄວ້ເທິງ CEM ແລະຫຼັງຈາກນັ້ນຢູ່ເທິງແຄໂທດ GDE. ເຍື່ອ AEM ໄດ້ຖືກຕັດເປັນຕ່ອນຂະໜາດ 7.5 × 7.5 ຊມ ເພື່ອປົກຄຸມພື້ນທີ່ໄຫຼທັງໝົດ ແລະ ແຊ່ນໍ້າຄ້າງຄືນໃນສານລະລາຍໂພແທດຊຽມໄຮດຣອກໄຊດ໌ 1 M ກ່ອນການປະກອບ. ທັງອາໂນດ ແລະ ແຄໂທດໃຊ້ຕົວແຍກ PTFE ທີ່ໜາພໍທີ່ຈະບັນລຸການບີບອັດ GDE ທີ່ດີທີ່ສຸດ 18%. ລາຍລະອຽດຂອງຂະບວນການປະກອບແບັດເຕີຣີແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S12a.
ໃນລະຫວ່າງການທົດສອບ, ເຊວທີ່ປະກອບແລ້ວໄດ້ຖືກຮັກສາໄວ້ທີ່ 60 °C (30, 60, ແລະ 80 °C ສຳລັບການສຶກສາການຂຶ້ນກັບອຸນຫະພູມ) ດ້ວຍອາຍແກັສໄຮໂດເຈນ 0.8 ລິດ/ນາທີ ທີ່ສະໜອງໃຫ້ຂົ້ວບວກ ແລະ 2 ລິດ/ນາທີ ຂອງຄາບອນໄດອອກໄຊ ທີ່ສະໜອງໃຫ້ຂົ້ວລົບ. ທັງກະແສອາກາດຂົ້ວບວກ ແລະ ຂົ້ວລົບໄດ້ຖືກເພີ່ມຄວາມຊຸ່ມຊື່ນທີ່ຄວາມຊຸ່ມຊື່ນສຳພັດ 100% ແລະ ຄວາມດັນຂົ້ວລົບຢ່າງແທ້ຈິງ 259 kPa. ໃນລະຫວ່າງການປະຕິບັດງານ, ກະແສອາຍແກັສຂົ້ວລົບໄດ້ຖືກປະສົມກັບສານລະລາຍ 1 M KOH ໃນອັດຕາ 2 mL/ນາທີ ເພື່ອສົ່ງເສີມການນຳໃຊ້ຕຽງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາຂົ້ວລົບ ແລະ ການນຳໄຟຟ້າໄອອອນ. ປະສົມກະແສອາຍແກັສຂົ້ວລົບກັບນ້ຳທີ່ບໍ່ມີໄອອອນໃນອັດຕາ 10 ml/ນາທີ ເພື່ອກຳຈັດກົດຟໍມິກທີ່ຂົ້ວລົບ. ລາຍລະອຽດຂອງອຸປະກອນທີ່ເຂົ້າ ແລະ ອອກແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S5. ອາຍແກັສໄອເສຍຂົ້ວລົບປະກອບດ້ວຍ CO2 ແລະ ສ້າງ CO ແລະ H2. ໄອນ້ຳຖືກກຳຈັດຜ່ານເຄື່ອງຄວບແໜ້ນ (ເຄື່ອງແລກປ່ຽນຄວາມຮ້ອນອຸນຫະພູມຕ່ຳທີ່ 2°C). ອາຍແກັສທີ່ເຫຼືອຈະຖືກເກັບກຳເພື່ອການວິເຄາະເວລາອາຍແກັສ. ກະແສໄຟຟ້າຂອງຂົ້ວບວກຍັງຈະຜ່ານເຄື່ອງຄວບແນ່ນເພື່ອແຍກຂອງແຫຼວອອກຈາກອາຍແກັສ. ນ້ຳເສຍຈະຖືກເກັບໄວ້ໃນຂວດທີ່ສະອາດ ແລະ ວິເຄາະໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງວັດແທກຄວາມແມ່ນຍຳຂອງແຫຼວເພື່ອວັດແທກປະລິມານກົດຟໍມິກທີ່ຜະລິດອອກມາ. ການທົດສອບທາງໄຟຟ້າເຄມີໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ໂພເທນຊິໂອສະແຕດ Garmy (ເລກທີ່ອ້າງອີງ 30K, Gamry, ສະຫະລັດອາເມລິກາ). ກ່ອນທີ່ຈະວັດແທກເສັ້ນໂຄ້ງໂພລາໄຣເຊຊັນ, ຫ້ອງໄດ້ຖືກປັບສະພາບ 4 ຄັ້ງໃນລະດັບຕັ້ງແຕ່ 0 ຫາ 250 mA/cm2 ໂດຍໃຊ້ແຮງດັນໄຟຟ້າເສັ້ນຊື່ທີ່ມີອັດຕາການສະແກນ 2.5 mA/cm2. ເສັ້ນໂຄ້ງໂພລາໄຣເຊຊັນໄດ້ຮັບໃນຮູບແບບກາວາໂນສະແຕຕິກໂດຍຫ້ອງຖືກຮັກສາໄວ້ທີ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າທີ່ແນ່ນອນເປັນເວລາ 4 ນາທີກ່ອນທີ່ຈະເກັບຕົວຢ່າງອາຍແກັສແຄໂທດ ແລະ ນ້ຳອະໂນໄລ.
ພວກເຮົາໃຊ້ເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງໄຮໂດຣເຈນໃນ MEA ເພື່ອແຍກທ່າແຮງແຄໂທດ ແລະ ອາໂນດ. ໂຄງສ້າງຂອງເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S6a. ເຍື່ອ Nafion (Nafion 211, IonPower, ອາເມລິກາ) ຖືກນໍາໃຊ້ເປັນຂົວໄອອອນເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ເຍື່ອ MEA ແລະເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງ. ປາຍດ້ານໜຶ່ງຂອງແຖບ Nafion ໄດ້ເຊື່ອມຕໍ່ກັບເອເລັກໂຕຣດການແຜ່ກະຈາຍອາຍແກັສ 1 cm2 (GDE) ທີ່ບັນຈຸດ້ວຍ 0.25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA Precious Metals) ທີ່ສີດໃສ່ເຈ້ຍຄາບອນ 29BC (Fuel Cell Store, ອາເມລິກາ). ຮາດແວ polyetheretherketone (PEEK) ພິເສດຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປະທັບຕາອາຍແກັສ ແລະ ຮັບປະກັນການຕິດຕໍ່ທີ່ດີລະຫວ່າງແຖບ GDE ແລະ Nafion, ແລະ ເພື່ອເຊື່ອມຕໍ່ເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງກັບຮາດແວເຊວນໍ້າມັນເຊື້ອໄຟ. ປາຍອີກດ້ານໜຶ່ງຂອງແຖບ Nafion ແມ່ນເຊື່ອມຕໍ່ກັບຂອບທີ່ຍື່ນອອກມາຂອງແບັດເຕີຣີ CEM. ຮູບ S6b ສະແດງໃຫ້ເຫັນພາກຕັດຂວາງຂອງເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງທີ່ປະສົມປະສານກັບ MEA.
ຫຼັງຈາກອາຍແກັສໄອເສຍຜ່ານເຄື່ອງແຍກອາຍພິດ ແລະ ເຄື່ອງແຍກອາຍແກັສ-ແຫຼວ, ຕົວຢ່າງອາຍແກັສຈະຖືກນຳມາຈາກແຄໂທດ. ອາຍແກັສທີ່ເກັບມາໄດ້ຖືກວິເຄາະຢ່າງໜ້ອຍສາມຄັ້ງໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນ (TCD) 4900 Micro GC (ຕະແກງໂມເລກຸນ 10 μm, Agilent). ຕົວຢ່າງໄດ້ຖືກເກັບໃນຖົງເກັບຕົວຢ່າງອາຍແກັສຟອຍອາລູມິນຽມຫຼາຍຊັ້ນທີ່ບໍ່ມີປະຕິກິລິຍາ Supel™ (Sigma-Aldrich) ເປັນໄລຍະເວລາທີ່ກຳນົດໄວ້ (30 ວິນາທີ) ແລະ ໃສ່ດ້ວຍຕົນເອງເຂົ້າໄປໃນໂຄຣມາໂຕກຣາຟໄມໂຄຣແກັສພາຍໃນສອງຊົ່ວໂມງຫຼັງຈາກການເກັບກຳ. ອຸນຫະພູມການສີດໄດ້ຖືກຕັ້ງໄວ້ທີ່ 110°C. ຄາບອນມໍນອກໄຊ (CO) ແລະ ໄຮໂດຣເຈນ (H2) ໄດ້ຖືກແຍກອອກໃນຖັນ MS5A ທີ່ມີຄວາມດັນ (105°C) (28 psi) 10 m ໂດຍໃຊ້ອາກອນ (Matheson Gas-Matheson Purity) ເປັນອາຍແກັສຕົວນຳ. ການເຊື່ອມຕໍ່ເຫຼົ່ານີ້ຖືກກວດພົບໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບຄວາມນຳຄວາມຮ້ອນ (TCD) ໃນຕົວ. ໂຄຣມາໂຕກຣາຟ GC ແລະ ເສັ້ນໂຄ້ງການປັບທຽບ CO ແລະ H2 ແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບ S7. ຕົວຢ່າງກົດຟໍມິກຂອງແຫຼວໄດ້ຖືກເກັບມາຈາກຂົ້ວບວກເປັນເວລາທີ່ກຳນົດໄວ້ (120 ວິນາທີ) ແລະກັ່ນຕອງໂດຍໃຊ້ຕົວກອງເຂັມສັກຢາ PTFE 0.22 μm ເຂົ້າໄປໃນຂວດ 2 mL. ຜະລິດຕະພັນຂອງແຫຼວໃນຂວດໄດ້ຖືກວິເຄາະໂດຍໃຊ້ລະບົບໂຄຣມາໂຕກຣາຟີຂອງແຫຼວປະສິດທິພາບສູງ (HPLC) ຂອງ Agilent 1260 Infinity II, ເຊິ່ງຕົວຢ່າງ 20 μl ໄດ້ຖືກສັກຜ່ານເຄື່ອງເກັບຕົວຢ່າງອັດຕະໂນມັດ (G5668A) ທີ່ມີໄລຍະເຄື່ອນທີ່ຂອງກົດຊູນຟູຣິກ 4 mM (H2SO4). ) ໃນອັດຕາການໄຫຼ 0.6 ml/ນາທີ (ປໍ້າສີ່ຊັ້ນ G5654A). ຜະລິດຕະພັນໄດ້ຖືກແຍກອອກໃນເຕົາອົບ Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm (Bio-Rad) ທີ່ມີຄວາມຮ້ອນ (35°C, ເຕົາອົບຖັນ G7116A) ກ່ອນໜ້າດ້ວຍຖັນປ້ອງກັນ Micro-Guard Cation H. ກົດຟໍມິກໄດ້ຖືກກວດພົບໂດຍໃຊ້ເຄື່ອງກວດຈັບອາເຣໄດໂອດ (DAD). ທີ່ຄວາມຍາວຄື້ນ 210 nm ແລະແບນວິດ 4 nm. ເສັ້ນໂຄ້ງການປັບມາດຕະຖານໂຄຣມາໂຕແກຣມ HPL ແລະ ກົດຟໍມິກແມ່ນສະແດງຢູ່ໃນຮູບທີ S7.
ຜະລິດຕະພັນອາຍແກັສ (CO ແລະ H2) FE ຖືກຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ສົມຜົນຕໍ່ໄປນີ້, ແລະໂມລທັງໝົດຂອງອາຍແກັສຖືກຄິດໄລ່ໂດຍໃຊ້ສົມຜົນອາຍແກັສທີ່ເໝາະສົມ:
ໃນນັ້ນມີ: \({n}_{i}\): ຈຳນວນເອເລັກຕຣອນໃນປະຕິກິລິຍາໄຟຟ້າເຄມີ. \(F\): ຄ່າຄົງທີ່ຂອງຟາຣາເດ. \({C}_{i}\): ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງຜະລິດຕະພັນແຫຼວ HPLC. \(V\): ປະລິມານຂອງຕົວຢ່າງແຫຼວທີ່ເກັບກຳໃນໄລຍະເວລາຄົງທີ່ t. \(j\): ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ. \(A\): ພື້ນທີ່ເລຂາຄະນິດຂອງເອເລັກໂຕຣດ (25 cm2). \(t\): ໄລຍະເວລາການເກັບຕົວຢ່າງ. \(P\): ຄວາມດັນຢ່າງແທ້ຈິງ. \({x}_{i}\): ເປີເຊັນໂມລຂອງອາຍແກັສທີ່ກຳນົດໂດຍ GC. \(R\): ຄ່າຄົງທີ່ຂອງອາຍແກັສ. \(T\): ອຸນຫະພູມ.
ຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງແຄຕິອອນອາໂນດໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍໃຊ້ການວິເຄາະການປ່ອຍອາຍພິດປະລໍາມະນູໃນ plasma ແບບອິນດັກທິບ (ICP-OES). ແຄຕິອອນທີ່ອາດຈະຮົ່ວໄຫຼ ຫຼື ແຜ່ກະຈາຍເຂົ້າໄປໃນອາໂນດລວມມີ Ti, Pt, Bi ແລະ K. ຍົກເວັ້ນ K, ແຄຕິອອນອື່ນໆທັງໝົດແມ່ນຕໍ່າກວ່າຂີດຈຳກັດການກວດຈັບ. ສ້າງໄອອອນໃນສານລະລາຍເຮັດໃຫ້ອາໂນດຈັບຄູ່ກັບໂປຣຕອນ ຫຼື ແຄຕິອອນອື່ນໆ. ດັ່ງນັ້ນ, ຄວາມບໍລິສຸດຂອງກົດຟໍມິກສາມາດຄິດໄລ່ໄດ້ດັ່ງນີ້
ການຜະລິດແບບ Formate/FA ສະແດງເຖິງປະລິມານ FA ທີ່ຜະລິດໄດ້ຕໍ່ kWh ຂອງໄຟຟ້າທີ່ໃຊ້ໂດຍໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າ MEA ສະເພາະ, ໃນ mol/kWh. ມັນຖືກຄິດໄລ່ໂດຍອີງໃສ່ຄວາມໜາແໜ້ນຂອງກະແສໄຟຟ້າ, ແຮງດັນໄຟຟ້າຂອງເຊວ ແລະ ປະສິດທິພາບຂອງ Faraday ພາຍໃຕ້ເງື່ອນໄຂການປະຕິບັດງານສະເພາະ.
ຄິດໄລ່ປະລິມານຂອງກົດຟໍມິກທີ່ຖືກຜຸພັງຢູ່ທີ່ຂົ້ວບວກໂດຍອີງໃສ່ຄວາມສົມດຸນຂອງມວນສານໂດຍລວມ. ມີປະຕິກິລິຍາແຂ່ງຂັນສາມຢ່າງເກີດຂຶ້ນຢູ່ທີ່ຂົ້ວລົບຄື: ວິວັດທະນາການຂອງໄຮໂດຣເຈນ, ການຫຼຸດຜ່ອນ CO2 ເປັນ CO, ແລະ ການຫຼຸດຜ່ອນ CO2 ເປັນກົດຟໍມິກ. ເນື່ອງຈາກພວກເຮົາມີຂະບວນການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກໃນ Anton, ກົດຟໍມິກ FE ສາມາດແບ່ງອອກເປັນສອງສ່ວນຄື: ການລວບລວມກົດຟໍມິກ ແລະ ການຜຸພັງຂອງກົດຟໍມິກ. ຄວາມສົມດຸນຂອງມວນສານໂດຍລວມສາມາດຂຽນໄດ້ດັ່ງນີ້:
ພວກເຮົາໄດ້ໃຊ້ GC ເພື່ອຄິດໄລ່ປະລິມານຂອງກົດຟໍມິກ, ໄຮໂດຣເຈນ, ແລະ CO ທີ່ເກັບກຳໂດຍ HPLC. ຄວນສັງເກດວ່າກົດຟໍມິກສ່ວນໃຫຍ່ຖືກເກັບມາຈາກຂົ້ວບວກໂດຍໃຊ້ການຕັ້ງຄ່າທີ່ສະແດງຢູ່ໃນຮູບເສີມ S5. ປະລິມານຂອງຟໍມິກທີ່ເກັບມາຈາກຫ້ອງແຄໂທດແມ່ນບໍ່ສຳຄັນ, ປະມານສອງລຳດັບຂອງຂະໜາດ, ແລະໜ້ອຍກວ່າ 0.5% ຂອງປະລິມານ SC ທັງໝົດ.
ຮູບແບບການຂົນສົ່ງຕໍ່ເນື່ອງທີ່ໃຊ້ຢູ່ນີ້ແມ່ນອີງໃສ່ວຽກງານທີ່ຜ່ານມາໃນລະບົບທີ່ຄ້າຍຄືກັນ 34. ລະບົບຄູ່ຂອງສົມຜົນ Poisson-Nerst-Planck (PNP) ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງນໍ້າ ແລະ ທ່າແຮງໄຟຟ້າສະຖິດໃນໄລຍະການນໍາໄຟຟ້າ ແລະ ໄອອອນ. ພາບລວມລະອຽດຂອງສົມຜົນພື້ນຖານ ແລະ ເລຂາຄະນິດຂອງຮູບແບບແມ່ນໄດ້ໃຫ້ໄວ້ໃນ SI.
ລະບົບນີ້ກຳນົດຄວາມເຂັ້ມຂຸ້ນຂອງສານແປດຊະນິດທີ່ເປັນນ້ຳ (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}{{{{{{\rm{O}}}}}}}}}}_{2 \left ({{{{{\rm{aq}}}}}}\right)}\), \({{{{{{\rm{H}}}}}}}}}}^{+ }\ ), \ ({{{{\rm{O}}}}}}{{{{{{\rm{H}}}}}}}^{-}\), \({{{ {{{ \rm{ HCO}}}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{{\rm{CO}}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ),\ ({{{{\rm{HCOOH}}}}}}}}}}\), \({{{{{{{\rm{HCOO}}}}}}}}}}^{- }\) ແລະ \({{{ {{{\rm{K}}}}}}^{+}\)), ທ່າແຮງໄຟຟ້າສະຖິດໃນໄລຍະການນຳໄຟຟ້າໄອອອນ (\({\phi }_{I}\ )) ແລະ ຄວາມນຳໄຟຟ້າອີເລັກຕຣອນແບບອາໂນດ ແລະ ແຄໂທດ. ທ່າແຮງໄຟຟ້າສະຖິດໃນໄລຍະ (\({\phi }_{A}\) ແລະ \({\phi }_{C}\) ຕາມລຳດັບ). ແທນທີ່ຈະ, ທັງຄວາມເປັນກາງທາງໄຟຟ້າໃນທ້ອງຖິ່ນ ແລະ ໜ້າທີ່ການແຈກຢາຍປະຈຸໄຟຟ້າບໍ່ໄດ້ຖືກຮັບຮູ້, ພາກພື້ນປະຈຸໄຟຟ້າອະວະກາດຖືກແກ້ໄຂໂດຍກົງໂດຍໃຊ້ສົມຜົນຂອງ Poisson; ວິທີການນີ້ຊ່ວຍໃຫ້ພວກເຮົາສາມາດສ້າງແບບຈຳລອງຜົນກະທົບຂອງການສັ່ນສະເທືອນຂອງ Donnan ໂດຍກົງຢູ່ທີ່ອິນເຕີເຟດ CEM|AEM, CEM|Pore, ແລະ AEM|Pore. ນອກຈາກນັ້ນ, ທິດສະດີເອເລັກໂຕຣດທີ່ມີຮູພຸນ (PET) ຖືກນຳໃຊ້ເພື່ອອະທິບາຍການຂົນສົ່ງປະຈຸໄຟຟ້າໃນຊັ້ນອາໂນດ ແລະ ຊັ້ນກາໂທດຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ. ຕາມຄວາມຮູ້ທີ່ດີທີ່ສຸດຂອງຜູ້ຂຽນ, ວຽກງານນີ້ເປັນຕົວແທນໃຫ້ແກ່ການນຳໃຊ້ PET ຄັ້ງທຳອິດໃນລະບົບທີ່ມີພາກພື້ນປະຈຸໄຟຟ້າອະວະກາດຫຼາຍພາກພື້ນ.
ຕົວຢ່າງກາໂທດ GDE BOT ແລະ EOT ໄດ້ຖືກທົດສອບໂດຍໃຊ້ Zeiss Xradia 800 Ultra ທີ່ມີແຫຼ່ງກຳເນີດລັງສີເອັກສ໌ 8.0 keV, ຮູບແບບການດູດຊຶມ ແລະ ຮູບແບບພາກສະໜາມກວ້າງ, ແລະ ການລວມຮູບພາບ1. ຮູບພາບ 901 ຮູບພາບໄດ້ຖືກເກັບກຳຈາກ -90° ຫາ 90° ດ້ວຍເວລາການຮັບແສງ 50 ວິນາທີ. ການສ້າງຄືນໃໝ່ໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ຕົວກອງການສະທ້ອນກັບຫຼັງທີ່ມີຂະໜາດ voxel 64 nm. ການວິເຄາະການແບ່ງສ່ວນ ແລະ ການແຈກຢາຍຂະໜາດຂອງອະນຸພາກໄດ້ຖືກປະຕິບັດໂດຍໃຊ້ລະຫັດທີ່ຂຽນເປັນພິເສດ.
ການວິເຄາະຄຸນລັກສະນະດ້ວຍກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນກ່ຽວຂ້ອງກັບການຝັງ MEA ທົດສອບໃນຢາງອີພອກຊີເພື່ອກະກຽມສຳລັບການຕັດບາງໆດ້ວຍມີດຕັດເພັດ. ພາກຕັດຂວາງຂອງ MEA ແຕ່ລະອັນຖືກຕັດໃຫ້ໜາ 50 ຫາ 75 nm. ກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສົ່ງຜ່ານ Talos F200X (Thermo Fisher Scientific) ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ສໍາລັບການສະແກນກ້ອງຈຸລະທັດເອເລັກຕຣອນສົ່ງຜ່ານ (STEM) ແລະການວັດແທກລັງສີເອັກສ໌ທີ່ກະຈາຍພະລັງງານ (EDS). ກ້ອງຈຸລະທັດມີລະບົບ EDS Super-X ທີ່ມີເຄື່ອງກວດຈັບ SDD ທີ່ບໍ່ມີປ່ອງຢ້ຽມ 4 ອັນ ແລະເຮັດວຽກທີ່ 200 kV.
ຮູບແບບການຫັກເຫຂອງລັງສີເອັກສ໌ຜົງ (PXRD) ໄດ້ຮັບໃນເຄື່ອງວັດແທກການຫັກເຫຂອງລັງສີເອັກສ໌ຜົງ Bruker Advance D8 ທີ່ມີລັງສີ Cu Kα ທີ່ກັ່ນຕອງດ້ວຍ Ni ເຮັດວຽກທີ່ 40 kV ແລະ 40 mA. ຂອບເຂດການສະແກນແມ່ນຕັ້ງແຕ່ 10° ຫາ 60°, ຂະໜາດຂັ້ນຕອນແມ່ນ 0.005°, ແລະຄວາມໄວໃນການຮັບຂໍ້ມູນແມ່ນ 1 ວິນາທີຕໍ່ຂັ້ນຕອນ.
ສະເປກຕຣຳ RAS ຢູ່ແຄມຂອງຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ Bi2O3 Bi L3 ໄດ້ຖືກວັດແທກເປັນຟັງຊັນຂອງທ່າແຮງໂດຍໃຊ້ເຊວທີ່ເຮັດເອງ. ໝຶກໄອໂອໂນເມີຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ Bi2O3 ໄດ້ຖືກກະກຽມໂດຍໃຊ້ Bi2O3 26.1 ມກ ປະສົມກັບສານລະລາຍໄອໂອໂນເມີ 156.3 μL (6.68%) ແລະ ເຮັດໃຫ້ເປັນກາງດ້ວຍ 1 M KOH, ນ້ຳ (157 μL) ແລະ ເຫຼົ້າໄອໂຊໂປຣພິວ (104 μL) ເພື່ອໃຫ້ໄດ້ໝຶກໄອໂອໂນເມີ. ສຳປະສິດຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາແມ່ນ 0.4. ໝຶກໄດ້ຖືກນຳໃຊ້ກັບແຜ່ນກຣາຟີນໃນຈຸດສີ່ຫຼ່ຽມ (10×4 ມມ) ຈົນກວ່າການໂຫຼດຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາ Bi2O3 ບັນລຸ 0.5 ມກ/ຊມ2. ສ່ວນທີ່ເຫຼືອຂອງແຜ່ນກຣາຟີນຖືກເຄືອບດ້ວຍ Kapton ເພື່ອແຍກພື້ນທີ່ເຫຼົ່ານີ້ອອກຈາກເອເລັກໂຕຣໄລ. ແຜ່ນກຣາຟີນທີ່ເຄືອບດ້ວຍຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາໄດ້ຖືກໃສ່ລະຫວ່າງສອງ PTFE ແລະ ຍຶດຕິດກັບຮ່າງກາຍເຊວ (PEEK) ດ້ວຍສະກູ, ຮູບ S8. Hg/HgO (1 M NaOH) ເປັນເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງ, ແລະ ເຈ້ຍຄາບອນເປັນເອເລັກໂຕຣດຕ້ານ. ເອເລັກໂຕຣດອ້າງອີງ Hg/HgO ໄດ້ຖືກປັບທຽບໂດຍໃຊ້ສາຍ platinum ທີ່ແຊ່ຢູ່ໃນ hydrogen saturated 0.1 M KOH ເພື່ອປ່ຽນສັກຍະພາບທີ່ວັດແທກໄດ້ທັງໝົດໃຫ້ເປັນລະດັບເອເລັກໂຕຣດໄຮໂດຣເຈນທີ່ສາມາດປີ້ນກັບກັນໄດ້ (RHE). ສະເປກຕຣຳ XRD ໄດ້ຮັບໂດຍການຕິດຕາມກວດກາສັກຍະພາບຂອງເອເລັກໂຕຣດເຮັດວຽກແຜ່ນ Bi2O3/graphene ທີ່ແຊ່ຢູ່ໃນ 0.1 M KOH, ເຊິ່ງໄດ້ຮັບຄວາມຮ້ອນເຖິງ 30 °C. ເອເລັກໂຕຣໄລດ໌ໄຫຼວຽນຢູ່ໃນແບັດເຕີຣີ, ໂດຍມີທາງເຂົ້າເອເລັກໂຕຣໄລດ໌ຢູ່ທາງລຸ່ມຂອງເຊວ ແລະ ທາງອອກຢູ່ດ້ານເທິງເພື່ອຮັບປະກັນວ່າເອເລັກໂຕຣໄລດ໌ສຳຜັດກັບຊັ້ນຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາເມື່ອຟອງອາກາດເກີດຂຶ້ນ. ໂພເທນຊິໂອສະແຕດ CH Instruments 760e ໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຄວບຄຸມສັກຍະພາບເອເລັກໂຕຣດເຮັດວຽກ. ລໍາດັບສັກຍະພາບແມ່ນສັກຍະພາບວົງຈອນເປີດ: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 ແລະ +700 mV ຂຶ້ນກັບ RHE. ສັກຍະພາບ iR ທັງໝົດໄດ້ຖືກປັບແລ້ວ.
ການວັດແທກໂຄງສ້າງການດູດຊຶມລັງສີເອັກສ໌ Bi L3 (~13424 eV ສຳລັບໂລຫະ Bi) ການວິເຄາະດ້ວຍແສງເອັກສ໌ (XAFS) ໄດ້ຖືກປະຕິບັດຢູ່ໃນຊ່ອງທາງ 10-ID, ແຫຼ່ງໂຟຕອນຂັ້ນສູງ (APS), ຫ້ອງທົດລອງການເຍືອງແສງແຫ່ງຊາດ Argonne. ຫ້ອງທົດລອງການວັດແທກແບບຈຳລອງແຫ່ງຊາດ. ເຄື່ອງໂມໂນໂຄຣມາເຕີ Si(111) ສອງຜລຶກທີ່ເຢັນດ້ວຍໄນໂຕຣເຈນແຫຼວຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອປັບພະລັງງານລັງສີເອັກສ໌, ແລະກະຈົກເຄືອບດ້ວຍໂຣດຽມຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອຫຼຸດຜ່ອນປະລິມານຮາໂມນິກ. ພະລັງງານສະແກນໄດ້ມີການປ່ຽນແປງຈາກ 13200 ຫາ 14400 eV, ແລະແສງເອັກສ໌ໄດ້ຖືກວັດແທກໂດຍໃຊ້ອາເຣໄດໂອດ PIN ຊິລິກອນ 5 × 5 ໂດຍບໍ່ມີຕົວກອງ ຫຼື ຊ່ອງ Soller. ພະລັງງານຂ້າມສູນຂອງອະນຸພັນທີສອງຖືກປັບຢູ່ທີ່ 13271.90 eV ຜ່ານຂອບ L2 ຂອງຟອຍ Pt. ເນື່ອງຈາກຄວາມໜາຂອງເຊວເອເລັກໂຕຣເຄມີ, ມັນບໍ່ສາມາດວັດແທກສະເປກຕຣຳຂອງມາດຕະຖານອ້າງອີງໄດ້ພ້ອມໆກັນ. ດັ່ງນັ້ນ, ການປ່ຽນແປງການສະແກນຫາການສະແກນທີ່ຄິດໄລ່ໄດ້ໃນພະລັງງານລັງສີເອັກສ໌ທີ່ຕົກกระทบແມ່ນ ±0.015 eV ໂດຍອີງໃສ່ການວັດແທກຊ້ຳໆຕະຫຼອດການທົດລອງ. ຄວາມໜາຂອງຊັ້ນ Bi2O3 ນຳໄປສູ່ລະດັບການດູດຊຶມຕົວເອງຂອງການເຍືອງແສງໃນລະດັບໜຶ່ງ; ເອເລັກໂຕຣດຮັກສາທິດທາງຄົງທີ່ທຽບກັບລຳແສງຕົກกระทบ ແລະ ເຄື່ອງກວດຈັບ, ເຮັດໃຫ້ການສະແກນທັງໝົດຄືກັນເກືອບທັງໝົດ. ສະເປກຕຣຳ XAFS ໃກ້ສະໜາມໄດ້ຖືກນໍາໃຊ້ເພື່ອກໍານົດສະຖານະການຜຸພັງ ແລະ ຮູບແບບທາງເຄມີຂອງບິສມັດໂດຍການປຽບທຽບກັບພາກພື້ນ XANES ຂອງມາດຕະຖານ Bi ແລະ Bi2O3 ໂດຍໃຊ້ອັລກໍຣິທຶມການປະສົມເສັ້ນຊື່ຂອງຊອບແວ Athena (ເວີຊັນ 0.9.26). ໂດຍລະຫັດ IFEFFIT 44.
ຂໍ້ມູນທີ່ສະໜັບສະໜູນຕົວເລກໃນບົດຄວາມນີ້ ແລະ ບົດສະຫຼຸບອື່ນໆຂອງການສຶກສານີ້ແມ່ນມີໃຫ້ຈາກຜູ້ຂຽນທີ່ກ່ຽວຂ້ອງຕາມການຮ້ອງຂໍທີ່ສົມເຫດສົມຜົນ.
Crandall BS, Brix T., Weber RS ​​ແລະ Jiao F. ການປະເມີນດ້ານເສດຖະກິດ-ເຕັກໂນໂລຢີຂອງລະບົບຕ່ອງໂສ້ການສະໜອງສື່ສີຂຽວ H2. ເຊື້ອໄຟພະລັງງານ 37, 1441–1450 (2023).
Younas M, Rezakazemi M, Arbab MS, Shah J ແລະ Rehman V. ການເກັບຮັກສາ ແລະ ການສົ່ງມອບໄຮໂດຣເຈນສີຂຽວ: ການດີໄຮໂດຣເຈນຂອງກົດຟໍມິກໂດຍໃຊ້ຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາທີ່ເປັນເອກະພາບ ແລະ ບໍ່ເປັນເອກະພາບທີ່ມີການເຄື່ອນໄຫວສູງ. ສາກົນ. J. Gidrog. ພະລັງງານ 47, 11694–11724 (2022).
Nie, R. ແລະ ອື່ນໆ. ຄວາມຄືບໜ້າຫຼ້າສຸດໃນການຖ່າຍໂອນໄຮໂດຣເຈນເນຊັນຂອງກົດຟໍມິກຜ່ານຕົວເລັ່ງປະຕິກິລິຍາໂລຫະປະສົມທີ່ມີຄວາມແຕກຕ່າງກັນ. ລາຍການ AKS. 11, 1071–1095 (2021).
Rahimi, A., Ulbrich, A., Kuhn, JJ, ແລະ Stahl, SS ການກະຕຸ້ນການ depolymerization ຂອງ lignin ທີ່ຜຸພັງໄປເປັນສານປະກອບ aromatic ໂດຍກົດ formic. ທຳມະຊາດ 515, 249–252 (2014).
Schuler E. ແລະ ອື່ນໆ. ກົດຟໍມິກເຮັດໜ້າທີ່ເປັນຕົວກາງທີ່ສຳຄັນສຳລັບການນຳໃຊ້ CO2. green. Chemical. 24, 8227–8258 (2022).
Zhou, H. ແລະ ອື່ນໆ. ການແຍກສ່ວນປະກອບຢ່າງໄວວາໂດຍບໍ່ທຳລາຍ (≤15 ນາທີ) ຂອງຊີວະມວນໂດຍໃຊ້ກົດຟໍມິກທີ່ໄຫຼຜ່ານເພື່ອເສີມຂະຫຍາຍປະລິມານຄາໂບໄຮເດຣດ ແລະ ລິກນິນໂດຍລວມ. ເຄມີສາດ ແລະ ເຄມີສາດ 12, 1213–1221 (2019).
Calvi, CH ແລະ ອື່ນໆ. ການເຕີບໂຕທີ່ເພີ່ມຂຶ້ນຂອງ Cupriavidus necator H16 ໃນຮູບແບບໂດຍໃຊ້ວິສະວະກຳຂໍ້ມູນຂ່າວສານວິວັດທະນາການໃນຫ້ອງທົດລອງແບບປັບຕົວໄດ້. Metabolites. engineer. 75, 78–90 (2023).
Ishai, O. ແລະ Lindner, SN Gonzalez de la Cruz, J., Tenenboim, H. ແລະ Bar-Even, A. ເສດຖະສາດຊີວະພາບຂອງຮູບແບບ. ປະຈຸບັນ. ຄວາມຄິດເຫັນ. ເຄມີ. ຊີວະວິທະຍາ. 35, 1–9 (2016).