利用電催化技術將廢舊鋰離子電池和工業廢水轉化為高附加值物質對可持續能源發展和環境保護具有重要意義。近日,清華大學Zhou Guangmin提出了一種自供電系統,其使用硫化物燃料電池(SFC)為雙電極電催化硫氧化反應(SOR)輔助氫氣(H2)生產電解槽(ESHPE)供電,其中含硫廢水用作液體燃料,并且產物為清潔水、硫和氫氣。
本文要點:
1) 自供電系統的催化劑主要由廢LIBs制備以降低成本,例如由廢LiCoO2制備的雙功能Co9S8催化劑用于SOR和析氫反應(HER)。作者以廢LiFePO4為原料,制備了Fe–N–P共摻雜珊瑚狀碳納米管陣列封裝的Fe2P(C-ZIF/sLFP)催化劑,用于氧還原反應。Co9S8催化劑在SOR和HER中都具有優異的催化活性,其在ESHPE中僅需0.426 V的低電池電壓就可達到20 mA cm?2的電流密度。
2) 以Co9S8為陽極、C-ZIF/sLFP為陰極的SFC在20 mA cm?2下具有0.69 V的開路電壓和300 h的長放電穩定性。通過集成SFC和ESHPE,自供電系統提供了0.44 mL cm?2 min?1的氫氣生產速率。該工作利用廢LIBs制備的高性能催化劑構建了一個自供電系統,將含硫廢水轉化為純凈水并制備氫氣,這有望實現高經濟效益、環境修復和可持續發展。
Boran Wang et.al Sulfion oxidation assisting self-powered hydrogen production system based on efficient catalysts from spent lithium-ion batteries PNAS 2023
DOI: 10.1073/pnas.2317174120
https://doi.org/10.1073/pnas.2317174120