Характеристика электрода из активированного угля, полученного из прекурсора кокосовой скорлупы для использования в системах хранения водорода

Электрохимическое хранение водорода считается наиболее безопасным способом по сравнению с другими формами хранения, поэтому в последнее десятилетие оно привлекло значительное внимание исследователей. Пористые среды на основе углерода обладают множеством преимуществ, способствующих адсорбции в них водорода. В представленной работе исследуется возможность использования активированного угля, полученного из скорлупы кокосового ореха, для адсорбции водорода путем установления его физических и химических характеристик. Раскрыта процедура, используемая для характеристики. Площадь поверхности Брунауэра-Эммета-Теллера (БЭТ), средний размер кристаллов активированного угля составил 51,7 м2 /г, а средний размер кристаллов с помощью рентгеновской дифракции (XRD) составил 10,69 нм соответственно, что сопоставимо с опубликованными данными в литературе. На иллюстрации автоэмиссионной сканирующей электронной микроскопии обнаружено наличие хорошо развитых пор на поверхности образца активированного угля. Спектр инфракрасного анализа с преобразованием Фурье (FTIR) использовался для определения существования основных функциональных групп. Ультрафиолетово-видимая спектроскопия (УФ-В) используется для подтверждения наличия перехода π- π* внутри активированного угля. Работая в том же направлении, представленная работа представляет собой экспериментальное исследование по хранению ионного водорода в электроде из активированного угля, интегрированном в топливный элемент с модифицированным обратимым полимерным электролитом (PEMFC) для транспортных применений. Вход и выход водорода в разработанном PEMFC активной площадью 6,25 см2 успешно сохраняет 559,65 мАч/г во время зарядки и выдает 510,51 мАч/г при разрядке. Анализ результатов показал, что активированный уголь на основе скорлупы кокосового ореха может стать подходящим кандидатом для хранения водорода.

1. . Ioannidou, O., & Zabaniotou, A. (2007). Agricultural residues as precursors for activated carbon production-a review. Renewable and sustainable energy reviews, 11 (9), 1966-2005.

2. . Gratuito, M. K. B., Panyathanmaporn, T., Chumnanklang, R. A., Sirinuntawittaya, N. B., & Dutta, A. (2008). Production of activated carbon from coconut shell: Optimization using response surface methodology. Bioresource technology, 99 (11), 4887- 4895.

3. . Toles, C. A., Marshall, W. E., Johns, M. M., Wartelle, L. H., & McAloon, A. (2000). Acidactivated carbons from almond shells: physical, chemical and adsorptive properties and estimated cost of production. Bioresource Technology, 71(1), 87-92.

4. . Laine, J., & Yunes, S. (1992). Effect of the preparation method on the pore size distribution of activated carbon from coconut shell. Carbon, 30 (4), 601-604.

5. . Jian, Z., Liu, P., Li, F., He, P., Guo, X., Chen, M., & Zhou, H. (2014). Core–shell‐structured CNT@ RuO2 composite as a high-performance cathode catalyst for rechargeable LiO2 batteries. Angewandte Chemie International Edition, 53(2), 442-446.

6. . Wei, H., Gu, H., Guo, J., Cui, D., Yan, X., Liu, J., & Guo, Z. (2018). Significantly enhanced energy density of magnetite/polypyrrole nanocomposite capacitors at high rates by low magnetic fields. Advanced Composites and Hybrid Materials, 1 (1), 127-134.

7. . Wang, G., Chen, X., Liu, S., Wong, C., & Chu, S. (2016). Mechanical chameleon through dynamic realtime plasmonic tuning. ACS nano, 10 (2), 1788-1794.

8. . Xu, N., Sun, X., Zhao, F., Jin, X., Zhang, X., Wang, K., & Ma, Y. (2017). The role of pre-lithiation in activated carbon/Li4 Ti5 O12 asymmetric capacitors. Electro chimicaActa, 236, 443-450.

9. . Dobrota, A. S., Pašti, I. A., Mentus, S. V., Johansson, B., & Skorodumova, N. V. (2017). Functionalized graphene for sodium battery applications: the DFT insights. ElectrochimicaActa, 250, 185-195.

10. . Zhao, F., Dai, S., Wu, Y., Zhang, Q., Wang, J., Jiang, L. & Wang, C. (2017). Single‐junction binaryblend nonfullerene polymer solar cells with 12,1 % efficiency. Advanced Materials, 29 (18), 1700144.

11. . Ekpete, O. A., & Horsfall, M. J. N. R. (2011). Preparation and characterization of activated carbon derived from fluted pumpkin stem waste (Telfairiaoccidentalis Hook F). Res J ChemSci, 1 (3), 10-17.

12. . Wilson, K., Yang, H., Seo, C. W., & Marshall, W. E. (2006). Select metal adsorption by activated carbon made from peanut shells. Bioresource technology, 97 (18), 2266-2270.

13. . Pratibha R. Gawande, Dr. Jayant P. Kaware,«Preparation and activation of activated carbon from waste materials-A review», International Journal for Research in Applied Science & Engineering Technology, Volume 4 Issue XII, 2016, pp. 1-4.

14. . Yang, K., Peng, J., Srinivasakannan, C., Zhang, L., Xia, H., & Duan, X. (2010). Preparation of high surface area activated carbon from coconut shells using microwave heating. Bioresource technology, 101 (15), 6163-6169.

15. . Bamufleh, H. S. (2011). Adsorption of Dibenzothiophene (DBT) on Activated Carbon from Dates’ Stones Using Phosphoric Acid (H^ sub 3^ PO^ sub 4^). Journal of King Abdulaziz University, 22 (2), 89.

16. . Li, L., Dong, S., Chen, X., Han, P., Xu, H., Yao, J., & Cui, G. (2012). A renewable bamboo carbon/polyaniline composite for a high-performance supercapacitor electrode material. Journal of Solid State Electrochemistry, 16(3), 877-882.

17. . Kuratani, K., Okuno, K., Iwaki, T., Kato, M., Takeichi, N., Miyuki, T., ... & Sakai, T. (2011). Converting rice husk activated carbon into active material for capacitor using three-dimensional porous current collector. Journal of Power Sources, 196(24), 10788-10790.

18. . Xiong, W., Liu, M., Gan, L., Lv, Y., Li, Y., Yang, L., & Chen, L. (2011). A novel synthesis of mesoporous carbon microspheres for supercapacitor electrodes. Journal of Power Sources, 196(23), 10461-10464.

19. . Jiang, Q. W., Li, G. R., Wang, F., & Gao, X. P. (2010). Highly ordered mesoporous carbon arrays from natural wood materials as counter electrode for dye-sensitized solar cells. Electrochemistry communications, 12 (7), 924-927.

20. . Chu, H., Chien, T. W., & Twu, B. W. (2001). The absorption kinetics of NO in NaClO2 /NaOH solutions. Journal of hazardous materials, 84(2-3), 241-252.

21. . Jin, D. S., Deshwal, B. R., Park, Y. S., & Lee, H. K. (2006). Simultaneous removal of SO2 and NO by wet scrubbing using aqueous chlorine dioxide solution. Journal of Hazardous Materials, 135(1-3), 412-417.

22. . Sakai, M., Su, C., &Sasaoka, E. (2002). Simultaneous removal of SOx and NOx using slaked lime at low temperature. Industrial & engineering chemistry research, 41(20), 5029-5033.

23. . Heidarinejad, Z., Dehghani, M. H., Heidari, M., Javedan, G., Ali, I., & Sillanpää, M. (2020). Methods for preparation and activation of activated carbon: a review. Environmental Chemistry Letters, 18, 393-415.

24. . Malini, K., Selvakumar, D., & Kumar, N. S. (2023). Activated carbon from biomass: Preparation, factors improving basicity and surface properties for enhanced CO2 capture capacity–A review. Journal of CO2 Utilization, 67, 102318.

25. . Hussain, O. A., Hathout, A. S., Abdel-Mobdy, Y. E., Rashed, M. M., Rahim, E. A., & Fouzy, A. S. M. (2023). Preparation and characterization of activated carbon from agricultural wastes and their ability to remove chlorpyrifos from water. Toxicology Reports, 10, 146-154.

26. . Yurtay, A., & Kılıç, M. (2023). Biomass-based activated carbon by flash heating as a novel preparation route and its application in high efficiency adsorption of metronidazole. Diamond and Related Materials, 131, 109603.

27. . Chu, H., Chien, T. W., & Li, S. Y. (2001). Simultaneous absorption of SO2 and NO from flue gas with KMnO4 /NaOH solutions. Science of the total environment, 275 (1-3), 127-135.

28. . Murthy, K., Shetty, R. J., & Shiva, K. (2023). Plastic waste conversion to fuel: a review on pyrolysis process and influence of operating parameters. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects, 45(4), 11904-11924.

29. . Shafizadeh, A., Rastegari, H., Shahbeik, H., Mobli, H., Pan, J., Peng, W., & Aghbashlo, M. (2023). A critical review of the use of nanomaterials in the biomass pyrolysis process. Journal of Cleaner Production, 136705.

30. . Wang, L., Zhao, W., & Wu, Z. (2007). Simultaneous absorption of NO and SO2 by FeIIEDTA combined with Na2 SO3 solution. Chemical Engineering Journal, 132 (1-3), 227-232.

31. . Teng, H., Tu, Y. T., Lai, Y. C., & Lin, C. C. (2001). Reduction of NO with NH3 over carbon catalysts: The effects of treating carbon with H2 SO4 and HNO3 . Carbon, 39(4), 575-582.

32. . Lillo-Ródenas, M. A., Cazorla-Amorós, D., & Linares-Solano, A. (2003). Understanding chemical reactions between carbons and NaOH and KOH: an insight into the chemical activation mechanism. Carbon, 41(2), 267-275.

33. . Jain, A., Tripathi, S. K., Gupta, A., &Kumari, M. (2013). Fabrication and characterization of electrochemical double layer capacitors using ionic liquid-based gel polymer electrolyte with chemically treated activated charcoal electrodes. Journal of Solid State Electrochemistry, 17 (3), 713-726.

34. . Nangsuay, A., Ruangpanit, Y., Meijerhof, R., &Attamangkune, S. (2011). Yolk absorption and embryo development of small and large eggs originating from young and old breeder hens. Poultry Science, 90 (11), 2648-2655.

35. . Singla, S., Sharma, S., Basu, S., Shetti, N. P., & Aminabhavi, T. M. (2021). Photocatalytic water splitting hydrogen production via environmental benign carbon based nanomaterials. International Journal of Hydrogen Energy, 46 (68), 33696-33717.

36. . Ferreira, R. B., Santos, D. F., Pinto, A. M. F. R., & Falcão, D. S. (2023). Development and testing of a PEM fuel cell stack envisioning unmanned aerial vehicles applications. International Journal of Hydrogen Energy.

37. . Narehood, D. G., Kishore, S., Goto, H., Adair, J. H., Nelson, J. A., Gutiérrez, H. R., & Eklund, P. C. (2009). X-ray diffraction and H-storage in ultra-small palladium particles. International Journal of Hydrogen Energy, 34 (2), 952-960.

38. . Poirier, E., Chahine, R., & Bose, T. K. (2001). Hydrogen adsorption in carbon nanostructures. International Journal of Hydrogen Energy, 26 (8), 831-835.

39. . Demir, M. E., Chehade, G., Dincer, I., Yuzer, B., & Selcuk, H. (2019). Synergistic effects of advanced oxidization reactions in a combination of TiO2 photocatalysis for hydrogen production and wastewater treatment applications. International Journal of Hydrogen Energy, 44 (43), 23856-23867.

40. . Mahato, D. P., Sandhu, J. K., Singh, N. P., & Kaushal, V. (2020). On scheduling transaction in grid computing using cuckoo search-ant colony optimization considering load. Cluster Computing, 23, 1483-1504.

41. . Rani, S., Babbar, H., Kaur, P., Alshehri, M. D., & Shah, S. H. A. (2022). An optimized approach of dynamic target nodes in wireless sensor network using bio inspired algorithms for maritime rescue. IEEE Transactions on Intelligent Transportation Systems.

42. . Sivachidambaram, M., Vijaya, J. J., Kennedy, L. J., Jothiramalingam, R., Al-Lohedan, H. A., Munusamy, M. A., & Merlin, J. P. (2017). Preparation and characterization of activated carbon derived from the Borassusflabellifer flower as an electrode material for supercapacitor applications. New Journal of Chemistry, 41(10), 3939-3949.

43. . Oberoi, A. S. (2015). Reversible electrochemical storage of hydrogen in activated carbons from Victorian brown coal and other precursors. RMIT University.

44. . Zhang, L., Tu, L. Y., Liang, Y., Chen, Q., Li, Z. S., Li, C. H., ... & Li, W. (2018). Coconut-based activated carbon fibers for efficient adsorption of various organic dyes. RSC advances, 8 (74), 42280-42291.

45. . Fanning, P. E., &Vannice, M. A. (1993). A DRIFTS study of the formation of surface groups on carbon by oxidation. Carbon, 31(5), 721-730.

46. . Babel K., Janasiak D., Jurewicz K. (2012). Electrochemical hydrogen storage in activated carbons with different pore structures derived from certain lingo cellulose materials. Carbon, 50 (14), 5017-5026. Doi: 10.1016/j.carbon.2012.06.030

47. . Jurewicz K., Frackowiak E., BéguinF. (2002). Electrochemical storage of hydrogen in activated carbons. Fuel Processing Technology, 77-78, 415-421. Doi:10.1016/S0378-3820(02)00092-9