Nature.com ପରିଦର୍ଶନ କରିବା ପାଇଁ ଆପଣଙ୍କୁ ଧନ୍ୟବାଦ। ଆପଣ ବ୍ୟବହାର କରୁଥିବା ବ୍ରାଉଜରର ସଂସ୍କରଣରେ ସୀମିତ CSS ସମର୍ଥନ ଅଛି। ସର୍ବୋତ୍ତମ ଫଳାଫଳ ପାଇଁ, ଆମେ ଆପଣଙ୍କୁ ଆପଣଙ୍କର ବ୍ରାଉଜରର ଏକ ନୂତନ ସଂସ୍କରଣ ବ୍ୟବହାର କରିବାକୁ ସୁପାରିଶ କରୁଛୁ (କିମ୍ବା ଇଣ୍ଟରନେଟ୍ ଏକ୍ସପ୍ଲୋରରରେ ସୁସଙ୍ଗତତା ମୋଡ୍ ଅକ୍ଷମ କରନ୍ତୁ)। ଏହି ସମୟ ମଧ୍ୟରେ, ନିରନ୍ତର ସମର୍ଥନ ସୁନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଷ୍ଟାଇଲିଂ କିମ୍ବା JavaScript ବିନା ସାଇଟ୍ ପ୍ରଦର୍ଶନ କରୁଛୁ।
କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡର ବୈଦ୍ୟୁତିକ ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ ବ୍ୟବହାରକୁ ଉନ୍ନତ କରିବାର ଏକ ପ୍ରତିଶ୍ରୁତିପୂର୍ଣ୍ଣ ଉପାୟ ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ସଂରକ୍ଷଣ ମାଧ୍ୟମ ଭାବରେ ଏହାର ସମ୍ଭାବ୍ୟ ପ୍ରୟୋଗ ଅଛି। ଏହି କାର୍ଯ୍ୟରେ, କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡରୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ପ୍ରତ୍ୟକ୍ଷ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ରାସାୟନିକ ସଂଶ୍ଳେଷଣ ପାଇଁ ଏକ ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟବଧାନ ମେମ୍ବ୍ରାନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ ଆସେମ୍ବଲି ସ୍ଥାପତ୍ୟ ବିକଶିତ ହୋଇଛି। ଏକ ପ୍ରମୁଖ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଉନ୍ନତି ହେଉଛି ପର୍ଫୋରେଟେଡ୍ କାଟେସନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ, ଯାହାକୁ ଏକ ଫରୱାର୍ଡ ବାୟାସ୍ଡ୍ ବାଇପୋଲାର୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ ବିନ୍ୟାସରେ ବ୍ୟବହାର କଲେ, ମେମ୍ବ୍ରାନ ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ଗଠିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡକୁ 0.25 M ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ କମ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତାରେ ଆନୋଡିକ୍ ପ୍ରବାହ କ୍ଷେତ୍ର ମାଧ୍ୟମରେ ବିସ୍ଥାପିତ କରିବାକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ। ଆନୋଡ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ମଧ୍ୟରେ ଅତିରିକ୍ତ ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ଉପାଦାନ ବିନା ଏହି ଧାରଣା ଇନ୍ଧନ କୋଷ ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ରେ ସାଧାରଣ ବ୍ୟାଟେରୀ ସାମଗ୍ରୀ ଏବଂ ଡିଜାଇନଗୁଡ଼ିକୁ ବ୍ୟବହାର କରିବାକୁ ଲକ୍ଷ୍ୟ ରଖେ, ଯାହା ସ୍କେଲ୍-ଅପ୍ ଏବଂ ବାଣିଜ୍ୟୀକରଣକୁ ଦ୍ରୁତ ପରିବର୍ତ୍ତନ ପାଇଁ ଅନୁମତି ଦିଏ। ଏକ 25 cm2 କୋଷରେ, ପର୍ଫୋରେଟେଡ୍ କାଟେସନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ ବିନ୍ୟାସ <2 V ଏବଂ 300 mA/cm2 ରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ପାଇଁ >75% ଫାରାଡେ ଦକ୍ଷତା ପ୍ରଦାନ କରେ। ଅଧିକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କଥା ହେଉଛି, 200 mA/cm2 ରେ 55-ଘଣ୍ଟା ସ୍ଥିରତା ପରୀକ୍ଷା ସ୍ଥିର ଫାରାଡେ ଦକ୍ଷତା ଏବଂ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଦେଖାଇଲା। ବର୍ତ୍ତମାନର ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନ ପଦ୍ଧତି ସହିତ ମୂଲ୍ୟ ସମତା ହାସଲ କରିବାର ଉପାୟଗୁଡ଼ିକୁ ଦର୍ଶାଇବା ପାଇଁ ଏକ ଟେକ୍ନୋ-ଅର୍ଥନୈତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ।
ନବୀକରଣୀୟ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ବ୍ୟବହାର କରି କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡର ବୈଦ୍ୟୁତିକ ରାସାୟନିକ ହ୍ରାସ ପାରମ୍ପରିକ ଜୀବାଶ୍ମ ଇନ୍ଧନ-ଆଧାରିତ ପଦ୍ଧତି ତୁଳନାରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡକୁ ଉତ୍ପାଦନ ଖର୍ଚ୍ଚ 75%1 ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ହ୍ରାସ କରିଥିବା ଦେଖାଯାଇଛି। ସାହିତ୍ୟ 2,3 ରେ ସୂଚିତ ହୋଇଥିବା ପରି, ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ବିଭିନ୍ନ ପ୍ରକାରର ପ୍ରୟୋଗ ଅଛି, ରାସାୟନିକ ଶିଳ୍ପ 4,5 କିମ୍ବା ବାୟୋମାସ ଶିଳ୍ପ 6 ପାଇଁ ହାଇଡ୍ରୋଜେନକୁ ସଂରକ୍ଷଣ ଏବଂ ପରିବହନ କରିବାର ଏକ ଦକ୍ଷ ଏବଂ ମିତବ୍ୟୟୀ ଉପାୟ ଠାରୁ। ମେଟାବୋଲିକ୍ ଇଞ୍ଜିନିୟରିଂ 7,8 ବ୍ୟବହାର କରି ସ୍ଥାୟୀ ଜେଟ୍ ଇନ୍ଧନ ମଧ୍ୟସ୍ଥତାରେ ପରବର୍ତ୍ତୀ ରୂପାନ୍ତର ପାଇଁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡକୁ ଏକ ଫିଡଷ୍ଟକ୍ ଭାବରେ ମଧ୍ୟ ଚିହ୍ନଟ କରାଯାଇଛି। ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ଅର୍ଥନୀତି 1,9 ର ବିକାଶ ସହିତ, ଅନେକ ଗବେଷଣା କାର୍ଯ୍ୟ ଉତ୍ପ୍ରେରକ ଚୟନକୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ କରିବା ଉପରେ ଧ୍ୟାନ କେନ୍ଦ୍ରିତ କରିଛି 10,11,12,13,14,15,16। ତଥାପି, କମ ଧାରାର ଘନତା (<50 mA/cm2) ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା ଛୋଟ H-କୋଷ କିମ୍ବା ତରଳ ପ୍ରବାହ କୋଷ ଉପରେ ଧ୍ୟାନ କେନ୍ଦ୍ରିତ କରିବାକୁ ଅନେକ ପ୍ରୟାସ ଜାରି ରହିଛି। ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ କରିବା, ବାଣିଜ୍ୟୀକରଣ ହାସଲ କରିବା ଏବଂ ପରବର୍ତ୍ତୀ ବଜାର ପ୍ରବେଶ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ପାଇଁ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ ହ୍ରାସ (CO2R) ଉଚ୍ଚ ଧାରାର ଘନତ୍ୱ (≥200 mA/cm2) ଏବଂ ଫାରାଡେ ଦକ୍ଷତା (FE)17 ରେ କରାଯିବା ଆବଶ୍ୟକ, ସେହିପରି ସାମଗ୍ରୀ ବ୍ୟବହାରକୁ ସର୍ବାଧିକ କରିବା ଏବଂ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ଇନ୍ଧନ କୋଷ ଏବଂ ଜଳ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ରୁ ବ୍ୟାଟେରୀ ଉପାଦାନ ବ୍ୟବହାର କରିବା ଦ୍ୱାରା CO2R ଡିଭାଇସଗୁଡ଼ିକୁ ସ୍କେଲ୍18 ର ଅର୍ଥନୀତିର ଲାଭ ନେବାକୁ ଅନୁମତି ମିଳିଥାଏ। ଏହା ସହିତ, ଉତ୍ପାଦନର ଉପଯୋଗିତା ବୃଦ୍ଧି କରିବା ଏବଂ ଅତିରିକ୍ତ ଡାଉନଷ୍ଟ୍ରିମ୍ ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ଏଡାଇବା ପାଇଁ, ଫର୍ମିକ୍ ଏସିଡ୍ ଫର୍ମେଟ୍ ଲବଣ19 ବଦଳରେ ଚୂଡ଼ାନ୍ତ ଉତ୍ପାଦ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯିବା ଉଚିତ।
ଏହି ଦିଗରେ, ଶିଳ୍ପଗତ ଭାବରେ ପ୍ରାସଙ୍ଗିକ CO2R ଫର୍ମେଟ୍/ଫର୍ମିକ୍ ଏସିଡ୍ ଆଧାରିତ ଗ୍ୟାସ୍ ପ୍ରସାରଣ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ (GDE) ଉପକରଣଗୁଡ଼ିକ ବିକଶିତ କରିବା ପାଇଁ ସାମ୍ପ୍ରତିକ ପ୍ରୟାସ କରାଯାଇଛି। ଫର୍ନାଣ୍ଡେଜ୍-କାସୋ ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟଙ୍କ ଦ୍ୱାରା ଏକ ବ୍ୟାପକ ସମୀକ୍ଷା CO2 କୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍/ଫର୍ମିକ୍ ରେ ନିରନ୍ତର ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ ସମସ୍ତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ କୋଷ ବିନ୍ୟାସକୁ ସାରାଂଶିତ କରେ। ସାଧାରଣତଃ, ସମସ୍ତ ବିଦ୍ୟମାନ ବିନ୍ୟାସକୁ ତିନୋଟି ମୁଖ୍ୟ ବର୍ଗରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇପାରିବ: 1. ପ୍ରବାହ-ଥ୍ରୁ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ସ19,21,22,23,24,25,26,27, 2. ଏକକ ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ (କାଟେସନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ୍ ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ (CEM)28 କିମ୍ବା ଆନାୟନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ୍ ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ (AEM)29 ଏବଂ 3. ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ବିନ୍ୟାସ15,30,31,32। ଏହି ବିନ୍ୟାସଗୁଡ଼ିକର ସରଳୀକୃତ କ୍ରସ୍-ସେକ୍ସନ୍ ଚିତ୍ର 1a ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍‌ର ପ୍ରବାହ ବିନ୍ୟାସ ପାଇଁ, GDE ର ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ମଧ୍ୟରେ ଏକ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଚାମ୍ବର ସୃଷ୍ଟି କରାଯାଇଛି। ଉତ୍ପ୍ରବାହର କ୍ୟାଥୋଡ୍ ସ୍ତରରେ ଆୟନ୍ ଚ୍ୟାନେଲ୍ ସୃଷ୍ଟି କରିବା ପାଇଁ ପ୍ରବାହ-ଥ୍ରୁ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ 33, ଯଦିଓ ଫର୍ମେଟ୍ ଚୟନକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିବା ପାଇଁ ଏହାର ଆବଶ୍ୟକତା ଉପରେ ବିତର୍କ କରାଯାଇଛି 34। ତଥାପି, ଏହି ବିନ୍ୟାସ ଚେନ୍ ଏଟ୍ ଅଲ୍ ଦ୍ୱାରା ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। 1.27 ମିମି ମୋଟା କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ସ୍ତର ସହିତ ଏକ କାର୍ବନ ସବଷ୍ଟ୍ରେଟ୍ ଉପରେ SnO2 କ୍ୟାଥୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି, 500 mA/cm2 ରେ 90% FE 35 ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ହାସଲ କରାଯାଇଥିଲା। ମିଶ୍ରଣ ଏକ ଘନ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ସ୍ତର ଏବଂ ଏକ ବିପରୀତ-ପକ୍ଷବାଦୀ ବାଇପୋଲାର୍ ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ (BPM) ଯାହା ଆୟନ୍ ସ୍ଥାନାନ୍ତରକୁ ସୀମିତ କରେ, 6 V ର କାର୍ଯ୍ୟକ୍ଷମ ଭୋଲଟେଜ୍ ଏବଂ 15% ର ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତା ପ୍ରଦାନ କରେ। ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତା ଉନ୍ନତ କରିବା ପାଇଁ, ଲି ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ, ଏକକ CEM ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି, 51.7 mA/cm2 ର ଏକ ଭଗ୍ନାଂଶିକ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତାରେ 93.3% ର FE 29 ହାସଲ କରିଥିଲେ। Diaz-Sainz ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ 28 45 mA/cm2 ର ଏକକ CEM ଝରଣା ସହିତ ଏକକ ଫିଲ୍ଟର ପ୍ରେସ୍ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲେ ଯାହାର ଏକକ ଘନତା 45 mA/cm2 ଥିଲା। ତଥାପି, ସମସ୍ତ ପଦ୍ଧତି ପସନ୍ଦିତ ଉତ୍ପାଦ, ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ବଦଳରେ ଫର୍ମେଟ୍ ଉତ୍ପାଦନ କରିଥିଲା। ଅତିରିକ୍ତ ପ୍ରକ୍ରିୟାକରଣ ଆବଶ୍ୟକତା ସହିତ, CEM ବିନ୍ୟାସରେ, KCOOH ଭଳି ଫର୍ମାଟ୍ GDE ଏବଂ ପ୍ରବାହ କ୍ଷେତ୍ରରେ ଶୀଘ୍ର ଜମା ହୋଇପାରେ, ଯାହା ପରିବହନ ପ୍ରତିବନ୍ଧକ ଏବଂ ଶେଷ କୋଷ ବିଫଳତା ସୃଷ୍ଟି କରେ।
ଏହି ଅଧ୍ୟୟନରେ ପ୍ରସ୍ତାବିତ ତିନୋଟି ପ୍ରମୁଖ CO2R ର ଫର୍ମେଟ୍/ଫର୍ମିକ୍ ଏସିଡ୍ ରୂପାନ୍ତର ଡିଭାଇସ୍ ବିନ୍ୟାସ ଏବଂ ସ୍ଥାପତ୍ୟ ସହିତ ତୁଳନା। b କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ବିନ୍ୟାସ, ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ବିନ୍ୟାସ, ସାହିତ୍ୟରେ ଏକକ CEM ବିନ୍ୟାସ (ପରିପୂରକ ସାରଣୀ S1 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି) ଏବଂ ଆମର କାର୍ଯ୍ୟ ପାଇଁ ମୋଟ କରେଣ୍ଟ ଏବଂ ଫର୍ମେଟ୍/ଫର୍ମିକ୍ ଏସିଡ୍ ଉପଜ ତୁଳନା। ଖୋଲା ଚିହ୍ନଗୁଡ଼ିକ ଫର୍ମେଟ୍ ଦ୍ରବଣର ଉତ୍ପାଦନକୁ ସୂଚିତ କରେ, ଏବଂ କଠିନ ଚିହ୍ନଗୁଡ଼ିକ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନକୁ ସୂଚିତ କରେ। *ଆନୋଡ୍ ରେ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ଦେଖାଯାଇଥିବା ବିନ୍ୟାସ। c ଫରୱାର୍ଡ ବାୟାସ୍ ମୋଡ୍ ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା ଏକ ଛିଦ୍ରିତ କ୍ୟାଟେସନ୍ ବିନିମୟ ସ୍ତର ସହିତ ଏକ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ବାଇପୋଲାର୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟବଧାନ MEA ବିନ୍ୟାସ।
ଫର୍ମେଟ୍ ଗଠନକୁ ରୋକିବା ପାଇଁ, ପ୍ରୋଏଟୋ ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ଏକ ସ୍ପ୍ଲିଟଲେସ୍ ଫିଲ୍ଟର ପ୍ରେସ୍ ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲେ ଯେଉଁଥିରେ ଡିଆୟୋନାଇଜଡ୍ ଜଳ ଇଣ୍ଟରଲେୟାର ଦେଇ ପ୍ରବାହିତ ହୁଏ। ସିଷ୍ଟମ୍ 50-80 mA/cm2 ର ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତା ପରିସର ମଧ୍ୟରେ >70% CE ହାସଲ କରିପାରିବ। ସେହିପରି, ୟାଙ୍ଗ ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଗଠନକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ପାଇଁ CEM ଏବଂ AEM ମଧ୍ୟରେ ଏକ କଠିନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଇଣ୍ଟରଲେୟାର ବ୍ୟବହାର ପ୍ରସ୍ତାବ ଦେଇଥିଲେ। ୟାଙ୍ଗ ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ 200 mA/cm2 ରେ 5 cm2 କୋଷରେ 91.3% FE ହାସଲ କରିଥିଲେ, 6.35 wt% ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଦ୍ରବଣ ଉତ୍ପାଦନ କରିଥିଲେ। Xia ଏବଂ ଅନ୍ୟମାନେ ସମାନ ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି, 200 mA/cm2 ରେ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ (CO2) ର ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ FE ରେ 83% ରୂପାନ୍ତର ହାସଲ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ସିଷ୍ଟମ୍ ସ୍ଥାୟୀତ୍ୱ 100 ଘଣ୍ଟା 30 ମିନିଟ୍ ପାଇଁ ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଯଦିଓ କ୍ଷୁଦ୍ର-ସ୍ତରର ଫଳାଫଳ ଆଶାଜନକ, ଛିଦ୍ରଯୁକ୍ତ ଆୟନ ବିନିମୟ ରେଜିନର ବର୍ଦ୍ଧିତ ମୂଲ୍ୟ ଏବଂ ଜଟିଳତା ଆନ୍ତଃସ୍ତର ବିନ୍ୟାସକୁ ବଡ଼ ସିଷ୍ଟମରେ ସ୍କେଲ୍ କରିବା କଷ୍ଟକର କରିଥାଏ (ଯଥା, 1000 cm2)।
ବିଭିନ୍ନ ଡିଜାଇନର ନେଟ୍ ପ୍ରଭାବକୁ କଳ୍ପନା କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ପୂର୍ବରୁ ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯାଇଥିବା ସମସ୍ତ ସିଷ୍ଟମ ପାଇଁ ପ୍ରତି kWh ଫର୍ମେଟ୍/ଫର୍ମିକ୍ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନକୁ ସାରଣୀବଦ୍ଧ କରିଥିଲୁ ଏବଂ ଚିତ୍ର 1b ରେ ସେଗୁଡ଼ିକୁ ପ୍ଲଟ୍ କରିଥିଲୁ। ଏଠାରେ ସ୍ପଷ୍ଟ ଯେ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ କିମ୍ବା ଇଣ୍ଟରଲେୟର ଥିବା ଯେକୌଣସି ସିଷ୍ଟମ କମ୍ କରେଣ୍ଟ ଘନତ୍ୱରେ ଏହାର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ସର୍ବାଧିକ କରିବ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ କରେଣ୍ଟ ଘନତ୍ୱରେ ହ୍ରାସ କରିବ, ଯେଉଁଠାରେ ଓହମିକ୍ ସୀମା କୋଷ ଭୋଲଟେଜକୁ ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରିପାରେ। ଅଧିକନ୍ତୁ, ଯଦିଓ ଶକ୍ତି-ଦକ୍ଷ CEM ବିନ୍ୟାସ ପ୍ରତି kWh ରେ ସର୍ବାଧିକ ମୋଲାର ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନ ପ୍ରଦାନ କରେ, ଲୁଣ ନିର୍ମାଣ ଉଚ୍ଚ କରେଣ୍ଟ ଘନତ୍ୱରେ ଦ୍ରୁତ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଅବନତି ଆଣିପାରେ।
ପୂର୍ବରୁ ଆଲୋଚନା ହୋଇଥିବା ବିଫଳତା ମୋଡ୍‌ଗୁଡ଼ିକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ, ଆମେ ଏକ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଆସେମ୍ବଲି (MEA) ବିକଶିତ କରିଛୁ ଯେଉଁଥିରେ ଏକ ପର୍ଫୋରେଡ୍ କ୍ୟାଟେସନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ (PCEM) ସହିତ ଏକ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ଫରୱାର୍ଡ ବାୟାସ୍ଡ୍ BPM ଥାଏ। ଏହି ସ୍ଥାପତ୍ୟ ଚିତ୍ର 1c ରେ ଦେଖାଯାଇଛି। ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ (H2) ଏକ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ୍ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (HOR) ମାଧ୍ୟମରେ ପ୍ରୋଟନ୍ ସୃଷ୍ଟି କରିବା ପାଇଁ ଆନୋଡ୍ ରେ ପ୍ରବେଶ କରାଯାଇଛି। କ୍ୟାଥୋଡ୍ ରେ ସୃଷ୍ଟି ହୋଇଥିବା ଫର୍ମେଟ୍ ଆୟନ୍‌ଗୁଡ଼ିକୁ AEM ଦେଇ ଯିବାକୁ, ପ୍ରୋଟନ୍ ସହିତ ମିଶି CEM ର BPM ଇଣ୍ଟରଫେସ୍ ଏବଂ ଇଣ୍ଟର୍ଷ୍ଟିସିଆଲ୍ ଛିଦ୍ରରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଗଠନ କରିବାକୁ ଅନୁମତି ଦେବା ପାଇଁ BPM ସିଷ୍ଟମରେ ଏକ PCEM ସ୍ତର ପ୍ରବେଶ କରାଯାଇଛି, ଏବଂ ତା’ପରେ GDE ଆନୋଡ୍ ଏବଂ ପ୍ରବାହ କ୍ଷେତ୍ର ଦେଇ ପ୍ରସ୍ଥାନ କରିଛୁ। । ଏହି ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି, ଆମେ 25 cm2 କୋଷ କ୍ଷେତ୍ର ପାଇଁ <2 V ଏବଂ 300 mA/cm2 ରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ର 75% FE ହାସଲ କରିଛୁ। ସବୁଠାରୁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ କଥା ହେଉଛି, ଡିଜାଇନ୍ ଇନ୍ଧନ କୋଷ ଏବଂ ଜଳ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲିସିସ୍ ପ୍ଲାଣ୍ଟ ପାଇଁ ବାଣିଜ୍ୟିକ ଭାବରେ ଉପଲବ୍ଧ ଉପାଦାନ ଏବଂ ହାର୍ଡୱେର୍ ସ୍ଥାପତ୍ୟ ବ୍ୟବହାର କରେ, ଯାହା ସ୍କେଲ୍ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଦ୍ରୁତ ସମୟ ପାଇଁ ଅନୁମତି ଦିଏ। କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ବିନ୍ୟାସରେ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ପ୍ରବାହ ଚାମ୍ବର ଥାଏ ଯାହା ଗ୍ୟାସ୍ ଏବଂ ତରଳ ପର୍ଯ୍ୟାୟ ମଧ୍ୟରେ ଚାପ ଅସନ୍ତୁଳନ ସୃଷ୍ଟି କରିପାରେ, ବିଶେଷକରି ବଡ଼ କୋଷ ବିନ୍ୟାସରେ। ତରଳ ପ୍ରବାହର ଛିଦ୍ର ସ୍ତର ସହିତ ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ଗଠନ ପାଇଁ, ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ସ୍ତର ମଧ୍ୟରେ ଚାପ ହ୍ରାସ ଏବଂ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ ସଂଗ୍ରହକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ ଛିଦ୍ର ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ସ୍ତରକୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ କରିବା ପାଇଁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ପ୍ରୟାସ ଆବଶ୍ୟକ। ଏହି ଉଭୟ ସେଲୁଲାର୍ ଯୋଗାଯୋଗରେ ବାଧା ସୃଷ୍ଟି କରିପାରେ। ବଡ଼ ସ୍ତରରେ ମୁକ୍ତ-ସ୍ଥାୟୀ ପତଳା ଛିଦ୍ର ସ୍ତର ଉତ୍ପାଦନ କରିବା ମଧ୍ୟ କଷ୍ଟକର। ବିପରୀତରେ, ପ୍ରସ୍ତାବିତ ନୂତନ ବିନ୍ୟାସ ହେଉଛି ଏକ ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟବଧାନ MEA ବିନ୍ୟାସ ଯେଉଁଥିରେ ଏକ ପ୍ରବାହ ଚାମ୍ବର କିମ୍ବା ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ସ୍ତର ନାହିଁ। ଅନ୍ୟ ବିଦ୍ୟମାନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ କୋଷ ତୁଳନାରେ, ପ୍ରସ୍ତାବିତ ବିନ୍ୟାସ ଅନନ୍ୟ କାରଣ ଏହା ଏକ ସ୍କେଲେବଲ୍, ଶକ୍ତି-ଦକ୍ଷ, ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟବଧାନ ବିନ୍ୟାସରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ସିଧାସଳଖ ସଂଶ୍ଳେଷଣକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ।
ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ବିବର୍ତ୍ତନକୁ ଦମନ କରିବା ପାଇଁ, ବଡ଼ ପରିମାଣର CO2 ହ୍ରାସ ପ୍ରୟାସଗୁଡ଼ିକ କ୍ୟାଥୋଡରେ କ୍ଷାରୀୟ ଅବସ୍ଥା ସୃଷ୍ଟି କରିବା ପାଇଁ ଉଚ୍ଚ ମୋଲାର ସାନ୍ଦ୍ରତା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ସ (ଯଥା, 1-10 M KOH) ସହିତ ମିଶ୍ରଣରେ MEA ଏବଂ AEM ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରିଛନ୍ତି (ଯେପରି ଚିତ୍ର 2a ରେ ଦେଖାଯାଇଛି)। ଏହି ବିନ୍ୟାସଗୁଡ଼ିକରେ, କ୍ୟାଥୋଡରେ ଗଠିତ ଫର୍ମେଟ୍ ଆୟନଗୁଡ଼ିକ ନକାରାତ୍ମକ ଚାର୍ଜ ପ୍ରଜାତି ଭାବରେ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ଦେଇ ଗତି କରନ୍ତି, ତା’ପରେ KCOOH ଗଠିତ ହୁଏ ଏବଂ ଆନୋଡିକ୍ KOH ଷ୍ଟ୍ରିମ୍ ମାଧ୍ୟମରେ ସିଷ୍ଟମରୁ ବାହାରିଯାଏ। ଯଦିଓ ଫର୍ମେଟ୍ FE ଏବଂ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ ପ୍ରାରମ୍ଭିକ ଭାବରେ ଅନୁକୂଳ ଥିଲା ଯେପରି ଚିତ୍ର 2b ରେ ଦେଖାଯାଇଛି, ସ୍ଥିରତା ପରୀକ୍ଷାର ଫଳସ୍ୱରୂପ ମାତ୍ର 10 ଘଣ୍ଟା ମଧ୍ୟରେ FE ରେ ପ୍ରାୟ 30% ହ୍ରାସ ଘଟିଥିଲା ​​(ଚିତ୍ର S1a–c)। ଏହା ଉଲ୍ଲେଖ କରାଯିବା ଉଚିତ ଯେ କ୍ଷାରୀୟ ଅମ୍ଳଜାନ ବିବର୍ତ୍ତନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (OER) ସିଷ୍ଟମ 37 ରେ ଆନୋଡିକ୍ ଓଭରଭୋଲଟେଜ୍ କମ କରିବା ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବେଡ୍ 33 ମଧ୍ୟରେ ଆୟନ୍ ପ୍ରବେଶଯୋଗ୍ୟତା ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ 1 M KOH ଆନୋଲାଇଟ୍ ବ୍ୟବହାର ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ। ଯେତେବେଳେ ଆନୋଲାଇଟ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା 0.1 M KOH କୁ ହ୍ରାସ ପାଏ, ସେତେବେଳେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ (ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ କ୍ଷତି) ଉଭୟ ବୃଦ୍ଧି ପାଏ (ଚିତ୍ର S1d), ଯାହା ଏକ ଶୂନ୍ୟ-ସମୁଦ୍ର ବାଣିଜ୍ୟକୁ ଦର୍ଶାଏ। ସାମଗ୍ରିକ ବସ୍ତୁ ସନ୍ତୁଳନ ବ୍ୟବହାର କରି ଫର୍ମେଟ୍ ଅକ୍ସିଡେସନର ଡିଗ୍ରୀ ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ କରାଯାଇଥିଲା; ଅଧିକ ବିବରଣୀ ପାଇଁ, "ପଦ୍ଧତି" ବିଭାଗ ଦେଖନ୍ତୁ। MEA ଏବଂ ଏକକ CEM ମେମ୍ବ୍ରେନ୍ ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ମଧ୍ୟ ଅଧ୍ୟୟନ କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର S1f,g ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ପରୀକ୍ଷଣ ଆରମ୍ଭରେ କ୍ୟାଥୋଡରୁ ସଂଗୃହିତ FE ଫର୍ମେଟ୍ 200 mA/cm2 ରେ 60% ରୁ ଅଧିକ ଥିଲା, କିନ୍ତୁ ପୂର୍ବରୁ ଆଲୋଚନା କରାଯାଇଥିବା କ୍ୟାଥୋଡ ଲୁଣ ସଂଗ୍ରହ ଯୋଗୁଁ ଦୁଇ ଘଣ୍ଟା ମଧ୍ୟରେ ଦ୍ରୁତ ଗତିରେ ହ୍ରାସ ପାଇଲା (ଚିତ୍ର S11)।
କ୍ୟାଥୋଡରେ CO2R, ଆନୋଡରେ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା (HOR) କିମ୍ବା OER ଏବଂ ମଧ୍ୟରେ ଗୋଟିଏ AEM ଝିଲ୍ଲୀ ସହିତ ଏକ ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟବଧାନ MEA ର ଯୋଜନା। b ଏହି ବିନ୍ୟାସ ପାଇଁ FE ଏବଂ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଆନୋଡରେ ପ୍ରବାହିତ 1 M KOH ଏବଂ OER ସହିତ। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ତିନୋଟି ଭିନ୍ନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। FE ଏବଂ ସିଷ୍ଟମ କୋଷ ଭୋଲଟେଜରେ ଆନୋଡରେ H2 ଏବଂ HOR ସହିତ। ଫର୍ମେଟ୍ ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନକୁ ପାର୍ଥକ୍ୟ କରିବା ପାଇଁ ବିଭିନ୍ନ ରଙ୍ଗ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଏ। d ମଝିରେ ଆଗକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତରିତ BPM ସହିତ MEA ର ଯୋଜନା ଚିତ୍ର। ଏହି ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି FE ଏବଂ ବ୍ୟାଟେରୀ ଭୋଲଟେଜ ବନାମ ସମୟ 200 mA/cm2। f ଏକ ସଂକ୍ଷିପ୍ତ ପରୀକ୍ଷଣ ପରେ ଏକ ଆଗକୁ-ପକ୍ଷବାଦୀ BPM MEA ର କ୍ରସ-ବିଭାଗୀୟ ପ୍ରତିଛବି।
ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନ କରିବା ପାଇଁ, ଆନୋଡ୍ ରେ ଏକ Pt-on-carbon (Pt/C) ଉତ୍ପ୍ରକାଶକକୁ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଯୋଗାଇ ଦିଆଯାଏ। ଚିତ୍ର 2d ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଉତ୍ପାଦନ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଆନୋଡ୍ ରେ ଏକ ଫରୱାର୍ଡ-ବାୟାସ୍ଡ BPM ଉତ୍ପାଦନକାରୀ ପ୍ରୋଟନ୍ ପୂର୍ବରୁ ଅନୁସନ୍ଧାନ କରାଯାଇଛି। 200 mA/cm2 ର କରେଣ୍ଟରେ 40 ମିନିଟ୍ କାର୍ଯ୍ୟ ପରେ BPM ଟ୍ୟୁନିଂ ୟୁନିଟ୍ ବିଫଳ ହୋଇଥିଲା, 5 V ରୁ ଅଧିକ ଭୋଲ୍ଟେଜ ବୃଦ୍ଧି ସହିତ (ଚିତ୍ର 2e)। ପରୀକ୍ଷଣ ପରେ, CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ସ୍ପଷ୍ଟ ଡିଲାମିନେସନ୍ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୋଇଥିଲା। ଫର୍ମେଟ୍ ବ୍ୟତୀତ, କାର୍ବୋନେଟ୍, ବାଇକାର୍ବୋନେଟ୍ ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ ଭଳି ଆୟନଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟ AEM ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ଦେଇ ଯାଇ CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ପ୍ରୋଟନ୍ ସହିତ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା କରି CO2 ଗ୍ୟାସ୍ ଏବଂ ତରଳ ଜଳ ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବେ, ଯାହା BPM ଡିଲାମିନେସନ୍ (ଚିତ୍ର 2f) ଏବଂ ଶେଷରେ କୋଷ ବିଫଳତା ଆଡ଼କୁ ନେଇଥାଏ।
ଉପରୋକ୍ତ ବିନ୍ୟାସର କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଏବଂ ବିଫଳତା ଯନ୍ତ୍ରପାତି ଉପରେ ଆଧାର କରି, ଚିତ୍ର 1c ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ଏବଂ ଚିତ୍ର 3a38 ରେ ବିସ୍ତୃତ ଭାବରେ ଏକ ନୂତନ MEA ସ୍ଥାପତ୍ୟ ପ୍ରସ୍ତାବିତ ହୋଇଛି। ଏଠାରେ, PCEM ସ୍ତର CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଏବଂ ଆନାୟନଗୁଡ଼ିକର ସ୍ଥାନାନ୍ତରଣ ପାଇଁ ଏକ ପଥ ପ୍ରଦାନ କରେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ପଦାର୍ଥର ସଂଚୟ ହ୍ରାସ ପାଏ। ସେହି ସମୟରେ, PCEM ଇଣ୍ଟରଷ୍ଟିସିଆଲ୍ ପଥ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍କୁ ପ୍ରସାରଣ ମାଧ୍ୟମ ଏବଂ ପ୍ରବାହ କ୍ଷେତ୍ରକୁ ନିର୍ଦ୍ଦେଶିତ କରେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନର ସମ୍ଭାବନା ହ୍ରାସ ପାଏ। 80, 40 ଏବଂ 25 mm ଘନତା ସହିତ AEM ବ୍ୟବହାର କରି ଧ୍ରୁବୀକରଣ ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର 3b ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ଆଶା କରାଯାଇଥିବା ପରି, ଯଦିଓ ସାମଗ୍ରିକ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ବୃଦ୍ଧି AEM ଘନତା ସହିତ ବୃଦ୍ଧି ପାଏ, ଏକ ଘନ AEM ବ୍ୟବହାର କରିବା ଦ୍ଵାରା ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ର ପଛ ପ୍ରସାରଣକୁ ରୋକାଯାଏ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା କ୍ୟାଥୋଡ୍ pH ବୃଦ୍ଧି ପାଏ ଏବଂ H2 ଉତ୍ପାଦନ ହ୍ରାସ ପାଏ (ଚିତ୍ର 3c–e)।
AEM ଏବଂ ଛିଦ୍ରିତ CEM ଏବଂ ବିଭିନ୍ନ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପରିବହନ ପଥ ସହିତ MEA ଗଠନର ଏକ ଚିତ୍ର। b ବିଭିନ୍ନ ଧାର ଘନତା ଏବଂ ବିଭିନ୍ନ AEM ଘନତାରେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍। EE ରେ 80 μm (d) 40 μm, e) 25 μm ର AEM ଘନତା ସହିତ ବିଭିନ୍ନ ଧାର ଘନତାରେ। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ତିନୋଟି ପୃଥକ ନମୁନାରୁ ମାପ କରାଯାଇଥିବା ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। f ବିଭିନ୍ନ AEM ଘନତାରେ CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଘନତା ଏବଂ pH ମୂଲ୍ୟର ସିମୁଲେସନ୍ ଫଳାଫଳ। f ବିଭିନ୍ନ AEM ଫିଲ୍ମ ଘନତା ସହିତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର କ୍ୟାଥୋଡ୍ ସ୍ତରରେ PC ଏବଂ pH। g CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସ ଏବଂ ଛିଦ୍ର ସହିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଘନତାର ଦୁଇ-ପରିମାଣୀୟ ବଣ୍ଟନ।
ଚିତ୍ର S2 ପୋଇସନ୍-ନର୍ନଷ୍ଟ-ପ୍ଲାଙ୍କ୍ ସସୀମ ଉପାଦାନ ମଡେଲିଂ ବ୍ୟବହାର କରି MEA ଘନତାରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ pH ବଣ୍ଟନ ଦର୍ଶାଉଛି। ଏହା ଆଶ୍ଚର୍ଯ୍ୟଜନକ ନୁହେଁ ଯେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ର ସର୍ବାଧିକ ସାନ୍ଦ୍ରତା, 0.23 mol/L, CEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ପରିଲକ୍ଷିତ ହୁଏ, କାରଣ ଏହି ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଗଠିତ ହୁଏ। AEM ର ଘନତା ବୃଦ୍ଧି ପାଇବା ସହିତ AEM ମାଧ୍ୟମରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଅଧିକ ଦ୍ରୁତ ଗତିରେ ହ୍ରାସ ପାଏ, ଯାହା ପିଠି ପ୍ରସାରଣ ଯୋଗୁଁ ପିଠି ସ୍ଥାନାନ୍ତର ପ୍ରତି ଅଧିକ ପ୍ରତିରୋଧ ଏବଂ ପିଠି ପ୍ରସାରଣ ଯୋଗୁଁ କମ୍ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଫ୍ଲକ୍ସ ସୂଚିତ କରେ। ଚିତ୍ର 3 f ଏବଂ g ପିଠି ପ୍ରସାରଣ ଏବଂ ପିଠି ପ୍ରସାରଣ ଯୋଗୁଁ ପିଠି ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତାର ଦ୍ୱି-ପରିମାଣୀୟ ବଣ୍ଟନ ଦ୍ଵାରା ହେଉଥିବା କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବେଡ୍ ରେ pH ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ମୂଲ୍ୟକୁ ଦର୍ଶାଏ। AEM ଝିଲ୍ଲୀ ଯେତେ ପତଳା ହେବ, କ୍ୟାଥୋଡ୍ ନିକଟରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ସେତେ ଅଧିକ ହେବ, ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ର pH ଏସିଡିକ୍ ହୋଇଯିବ। ତେଣୁ, ଯଦିଓ ଘନ AEM ଝିଲ୍ଲୀ ଅଧିକ ଓହମିକ୍ କ୍ଷତିର କାରଣ ହୋଇଥାଏ, ସେଗୁଡ଼ିକ କ୍ୟାଥୋଡକୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ର ପିଠି ପ୍ରସାରଣକୁ ରୋକିବା ଏବଂ FE ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସିଷ୍ଟମର ଉଚ୍ଚ ଶୁଦ୍ଧତାକୁ ସର୍ବାଧିକ କରିବା ପାଇଁ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ। ଶେଷରେ, AEM ଘନତାକୁ 80 μm ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ଫଳରେ <2 V ରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପାଇଁ FE >75% ଏବଂ 25 cm2 କୋଷ କ୍ଷେତ୍ର ପାଇଁ 300 mA/cm2 ହୋଇଥିଲା।
ଏହି PECM-ଆଧାରିତ ସ୍ଥାପତ୍ୟର ସ୍ଥିରତା ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ, ବ୍ୟାଟେରୀ କରେଣ୍ଟକୁ 55 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ 200 mA/cm2 ରେ ରଖାଯାଇଥିଲା। ସାମଗ୍ରିକ ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର S3 ରେ ହାଇଲାଇଟ୍ କରାଯାଇଥିବା ପ୍ରଥମ 3 ଘଣ୍ଟାର ଫଳାଫଳ ସହିତ ଚିତ୍ର 4 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। Pt/C ଆନୋଡିକ୍ କାଟାଲିଷ୍ଟ ବ୍ୟବହାର କରିବା ସମୟରେ, ପ୍ରଥମ 30 ମିନିଟ୍ ମଧ୍ୟରେ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ଦ୍ରୁତ ଭାବରେ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଥିଲା (ଚିତ୍ର S3a)। ଅଧିକ ସମୟ ଧରି, କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ପ୍ରାୟ ସ୍ଥିର ରହିଲା, 0.6 mV/h ର ଅବନତି ହାର ପ୍ରଦାନ କଲା (ଚିତ୍ର 4a)। ପରୀକ୍ଷଣ ଆରମ୍ଭରେ, ଆନୋଡରେ ସଂଗୃହିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର PV 76.5% ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡରେ ସଂଗୃହିତ ହାଇଡ୍ରୋଜେନର PV 19.2% ଥିଲା। ପରୀକ୍ଷଣର ପ୍ରଥମ ଘଣ୍ଟା ପରେ, ହାଇଡ୍ରୋଜେନ FE 13.8% କୁ ଖସିଗଲା, ଯାହା ଉନ୍ନତ ଫର୍ମେଟ୍ ଚୟନକୁ ସୂଚିତ କରେ। ତଥାପି, ସିଷ୍ଟମରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଅକ୍ସିଡେସନ ହାର 1 ଘଣ୍ଟା ମଧ୍ୟରେ 62.7% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଲା, ଏବଂ ପରୀକ୍ଷଣ ଆରମ୍ଭରେ ଆନୋଡିକ୍ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଅକ୍ସିଡେସନ ହାର ପ୍ରାୟ ଶୂନ୍ୟରୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇ 17.0% କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଲା। ପରବର୍ତ୍ତୀ ସମୟରେ, ପରୀକ୍ଷଣ ସମୟରେ H2, CO, ଫର୍ମିକ ଏସିଡର FE ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଆନୋଡିକ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ ହାର ସ୍ଥିର ରହିଲା। ପ୍ରଥମ ଘଣ୍ଟାରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ବୃଦ୍ଧି PCEM/AEM ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଜମା ଯୋଗୁଁ ହୋଇପାରେ। ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ସାନ୍ଦ୍ରତା ବୃଦ୍ଧି ପାଇବା ସହିତ, ଏହା କେବଳ ଝିଲ୍ଲୀର ଛିଦ୍ର ଦେଇ ବାହାରକୁ ଯାଏ ନାହିଁ, ବରଂ FEM ମାଧ୍ୟମରେ ବିସ୍ତାରିତ ହୋଇ Pt/C ଆନୋଡ୍ ସ୍ତରକୁ ପ୍ରବେଶ କରେ। ଯେହେତୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ 60°C ରେ ଏକ ତରଳ, ଏହାର ଜମା ଗଣ ସ୍ଥାନାନ୍ତର ସମସ୍ୟା ସୃଷ୍ଟି କରିପାରେ ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ଉପରେ ପସନ୍ଦାନୁଯାୟୀ ଅକ୍ସିଡେସନ ସୃଷ୍ଟି କରିପାରେ।
ଏକ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ବନାମ ସମୟ (200 mA/cm2, 60 °C)। ଇନସେଟ୍ ଏକ ଛିଦ୍ରିତ EM ସହିତ ଏକ MEA ର ଏକ କ୍ରସ-ସେକ୍ସନର ଏକ ଅପ୍ଟିକାଲ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କପ୍ ପ୍ରତିଛବି ଦେଖାଏ। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 300 µm। b ଏକ Pt/C ଆନୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି 200 mA/cm2 ରେ ସମୟର ଏକ କାର୍ଯ୍ୟ ଭାବରେ PE ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଶୁଦ୍ଧତା।
ପ୍ରସ୍ତୁତି ସମୟରେ ପରୀକ୍ଷଣ (BOT) ଆରମ୍ଭରେ ଏବଂ 55 ଘଣ୍ଟା ସ୍ଥିରତା ପରୀକ୍ଷଣ ପରେ ପରୀକ୍ଷଣ (EOT) ଶେଷରେ ନମୁନାଗୁଡ଼ିକର ଆକାରବିଜ୍ଞାନକୁ ନାନୋ-ଏକ୍ସ-ରେ ଗଣିତ ଟୋମୋଗ୍ରାଫି (ନାନୋ-CT) ବ୍ୟବହାର କରି ବର୍ଣ୍ଣିତ କରାଯାଇଥିଲା, ଯେପରି ଚିତ୍ର 5 a ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। EOT ନମୁନାରେ BOT ପାଇଁ 930 nm ତୁଳନାରେ 1207 nm ବ୍ୟାସ ସହିତ ଏକ ବଡ଼ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କଣିକା ଆକାର ଅଛି। ଉଚ୍ଚ-କୋଣୀୟ କର୍ଣିକାଳ ଅନ୍ଧକାର-କ୍ଷେତ୍ର ସ୍କାନିଂ ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (HAADF-STEM) ପ୍ରତିଛବି ଏବଂ ଶକ୍ତି-ବିସ୍ତାରକାରୀ ଏକ୍ସ-ରେ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (EDS) ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର 5b ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ଯଦିଓ BOT ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ତରଟି ଅଧିକାଂଶ ଛୋଟ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କଣିକା ଏବଂ କିଛି ବଡ଼ ସମଷ୍ଟି ଧାରଣ କରିଥାଏ, EOT ପର୍ଯ୍ୟାୟରେ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ତରକୁ ଦୁଇଟି ସ୍ୱତନ୍ତ୍ର ଅଞ୍ଚଳରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇପାରିବ: ଗୋଟିଏ ଯଥେଷ୍ଟ ବଡ଼ କଠିନ କଣିକା ସହିତ ଏବଂ ଅନ୍ୟଟି ଅଧିକ ଛିଦ୍ର ଅଞ୍ଚଳ ସହିତ। ଛୋଟ କଣିକା ସଂଖ୍ୟା। EDS ପ୍ରତିଛବି ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ ବଡ଼ କଠିନ କଣିକାଗୁଡ଼ିକ Bi ରେ ଭରପୂର, ସମ୍ଭବତଃ ଧାତୁ Bi ରେ ଭରପୂର, ଏବଂ ଛିଦ୍ର ଅଞ୍ଚଳଗୁଡ଼ିକ ଅମ୍ଳଜାନରେ ଭରପୂର। ଯେତେବେଳେ କୋଷଟି 200 mA/cm2 ରେ ପରିଚାଳିତ ହୁଏ, କ୍ୟାଥୋଡର ନକାରାତ୍ମକ ବିଭବତା Bi2O3 ହ୍ରାସ କରିବ, ଯାହା ନିମ୍ନରେ ଆଲୋଚନା କରାଯାଇଥିବା ଇନ ସିଟୁ ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି ଫଳାଫଳ ଦ୍ୱାରା ପ୍ରମାଣିତ। HAADF-STEM ଏବଂ EDS ମ୍ୟାପିଂ ଫଳାଫଳ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ Bi2O3 ଏକ ହ୍ରାସ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଦେଇ ଗତି କରେ, ଯାହା ଫଳରେ ସେମାନେ ଅମ୍ଳଜାନ ହରାଇ ବଡ଼ ଧାତୁ କଣିକାରେ ସଂଗୃହିତ ହୁଅନ୍ତି। BOT ଏବଂ EOT କ୍ୟାଥୋଡଗୁଡ଼ିକର ଏକ୍ସ-ରେ ବିବର୍ତ୍ତନ ଢାଞ୍ଚା EDS ତଥ୍ୟର ବ୍ୟାଖ୍ୟାକୁ ନିଶ୍ଚିତ କରେ (ଚିତ୍ର 5c): BOT କ୍ୟାଥୋଡରେ କେବଳ ସ୍ଫଟିକାଳୀ Bi2O3 ଚିହ୍ନଟ ହୋଇଥିଲା, ଏବଂ EOT କ୍ୟାଥୋଡରେ ସ୍ଫଟିକାଳୀ ବାଇଧାତୁ ମିଳିଥିଲା। Bi2O3 କ୍ୟାଥୋଡ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଅକ୍ସିଡେସନ ଅବସ୍ଥା ଉପରେ କ୍ୟାଥୋଡ ବିଭବତାର ପ୍ରଭାବ ବୁଝିବା ପାଇଁ, ତାପମାତ୍ରା ଖୋଲା ସର୍କିଟ ବିଭବତା (+0.3 V vs RHE) ରୁ -1.5 V (vs RHE) ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଭିନ୍ନ ହୋଇଥିଲା। ଏହା ଦେଖାଯାଇଛି ଯେ RHE ତୁଳନାରେ -0.85 V ରେ Bi2O3 ପର୍ଯ୍ୟାୟ ହ୍ରାସ ପାଇବା ଆରମ୍ଭ କରେ, ଏବଂ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମର ଧାର ଅଞ୍ଚଳରେ ଧଳା ରେଖାର ତୀବ୍ରତା ହ୍ରାସ ସୂଚାଇଥାଏ ଯେ RHE ତୁଳନାରେ -1.1. V ରେ ଧାତୁ Bi RHE ର 90% କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଛି (ଚିତ୍ର 5d)। କାଥୋଡ ଆକୃତି, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଅକ୍ସିଡେସନ ଅବସ୍ଥା ଏବଂ ମାଇକ୍ରୋକ୍ରିଷ୍ଟାଲାଇନ୍ ଗଠନରେ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ପରିବର୍ତ୍ତନ ସତ୍ତ୍ୱେ, କାଥୋଡରେ ଫର୍ମେଟର ସାମଗ୍ରିକ ଚୟନଶୀଳତା ମୂଳତଃ ଅପରିବର୍ତ୍ତିତ, ଯେପରି H2 ଏବଂ CO FE ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଗଠନରୁ ଅନୁମାନ କରାଯାଇଛି।
ନାନୋ-ଏକ୍ସ-ରେ CT ବ୍ୟବହାର କରି ପ୍ରାପ୍ତ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ତରର ଏକ ତ୍ରି-ପରିମାଣୀୟ ଗଠନ ଏବଂ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କଣିକାର ବଣ୍ଟନ। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 10 µm। b ଶୀର୍ଷ 2: BOT ଏବଂ EOT ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର କ୍ୟାଥୋଡ ସ୍ତରର HAADF-STEM ପ୍ରତିଛବି। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 1 µm। ତଳ 2: EOT ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର କ୍ୟାଥୋଡ ସ୍ତରର ବୃଦ୍ଧିିତ HADF-STEM ଏବଂ EDX ପ୍ରତିଛବି। ସ୍କେଲ୍ ବାର୍: 100 nm। c BOT ଏବଂ EOT କ୍ୟାଥୋଡ ନମୁନାର ଏକ୍ସ-ରେ ବିବର୍ତ୍ତନ ଢାଞ୍ଚା। d ବିଭବ (0.8 V ରୁ -1.5 V ବନାମ RHE) ର ଏକ କାର୍ଯ୍ୟ ଭାବରେ 0.1 M KOH ରେ Bi2O3 ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡର ଇନ ସିଟୁ ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା।
ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନକୁ ବାଧା ଦେଇ ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତା ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ କେଉଁ ସୁଯୋଗ ରହିଛି ତାହା ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରିବା ପାଇଁ, ଭୋଲଟେଜ କ୍ଷତିର ଅବଦାନ ଚିହ୍ନଟ କରିବା ପାଇଁ ଏକ H2 ସନ୍ଦର୍ଭ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା39। 500 mA/cm2 ରୁ କମ୍ ବର୍ତ୍ତମାନର ଘନତ୍ୱରେ, କ୍ୟାଥୋଡ୍ ବିଭବ -1.25 V ତଳେ ରହିଥାଏ। ଆନୋଡିକ୍ ବିଭବକୁ ଦୁଇଟି ମୁଖ୍ୟ ଭାଗରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇଛି: ବିନିମୟ କରେଣ୍ଟ ଘନତ୍ୱ HOR ଏବଂ ପୂର୍ବରୁ ମାପ କରାଯାଇଥିବା ବଲଟର-ଭୋଲମର ସମୀକରଣ ଦ୍ୱାରା ପୂର୍ବାନୁମାନ କରାଯାଇଥିବା ସୈଦ୍ଧାନ୍ତିକ ଓଭରଭୋଲଟେଜ HOR 40, ଏବଂ ଅବଶିଷ୍ଟ ଅଂଶ ଅକ୍ସିଡେସନ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଯୋଗୁଁ। HOR41 ତୁଳନାରେ ବହୁତ ଧୀର ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଗତିବିଧି ଯୋଗୁଁ, ଆନୋଡରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାର ଛୋଟ ହାର ଆନୋଡିକ୍ ବିଭବରେ ଏକ ଗୁରୁତ୍ୱପୂର୍ଣ୍ଣ ବୃଦ୍ଧି ଆଣିପାରେ। ଫଳାଫଳଗୁଡ଼ିକ ଦର୍ଶାଉଛି ଯେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଆନୋଡିକ୍ ଅକ୍ସିଡେସନର ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ ନିଷେଧ ପ୍ରାୟ 500 mV ଓଭରଭୋଲଟେଜକୁ ଦୂର କରିପାରିବ।
ଏହି ଆକଳନକୁ ପରୀକ୍ଷା କରିବା ପାଇଁ, ଆନୋଡ୍ ଇନଲେଟରେ ଡିଆୟୋନାଇଜଡ୍ ପାଣି (DI)ର ପ୍ରବାହ ହାରକୁ ନିର୍ଗତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ସାନ୍ଦ୍ରତାକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ ପରିବର୍ତ୍ତନ କରାଯାଇଥିଲା। ଚିତ୍ର 6b ଏବଂ c 200 mA/cm2 ରେ ଆନୋଡ୍ ରେ DI ଫ୍ଲକ୍ସର ଏକ କାର୍ଯ୍ୟ ଭାବରେ FE, ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ କୋଷ ଭୋଲଟେଜକୁ ଦର୍ଶାଉଛି। ଡିଆୟୋନାଇଜଡ୍ ଜଳ ପ୍ରବାହ ହାର 3.3 mL/ମିନିଟ୍ ରୁ 25 mL/ମିନିଟ୍ କୁ ବୃଦ୍ଧି ପାଇବାରୁ, ଆନୋଡ୍ ରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା 0.27 mol/L ରୁ 0.08 mol/L କୁ ହ୍ରାସ ପାଇଛି। ତୁଳନାତ୍ମକ ଭାବରେ, Xia et al. 30 ଦ୍ୱାରା ପ୍ରସ୍ତାବିତ ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ଗଠନ ବ୍ୟବହାର କରି 200 mA/cm2 ରେ 1.8 mol/L ର ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଥିଲା। ସାନ୍ଦ୍ରତା ହ୍ରାସ କରିବା ଦ୍ଵାରା ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ସାମଗ୍ରିକ FE ଉନ୍ନତ ହୁଏ ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ବ୍ୟାକ୍ ଡିଫ୍ୟୁଜନ ହ୍ରାସ ହେତୁ କ୍ୟାଥୋଡ୍ pH ଅଧିକ କ୍ଷାରୀୟ ହୋଇଯାଏ ବୋଲି H2 ର FE ହ୍ରାସ କରେ। ସର୍ବାଧିକ DI ପ୍ରବାହରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା ହ୍ରାସ ପାଇବା ଫଳରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନ ପ୍ରାୟତଃ ଦୂର ହୋଇଗଲା, ଯାହା ଫଳରେ 200 mA/cm2 ରେ ମୋଟ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ 1.7 V ରୁ କମ୍ ହୋଇଗଲା। ବ୍ୟାଟେରୀ ତାପମାତ୍ରା ମଧ୍ୟ ସାମଗ୍ରିକ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତାକୁ ପ୍ରଭାବିତ କରେ, ଏବଂ ଫଳାଫଳ ଚିତ୍ର S10 ରେ ଦେଖାଯାଇଛି। ତଥାପି, PCEM-ଆଧାରିତ ସ୍ଥାପତ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନକୁ ବାଧା ଦେବାରେ ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତାକୁ ଉଲ୍ଲେଖନୀୟ ଭାବରେ ଉନ୍ନତ କରିପାରିବ, ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପ୍ରତି ଉନ୍ନତ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଚୟନଶୀଳତା ସହିତ ଆନୋଡିକ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର ମାଧ୍ୟମରେ କିମ୍ବା ଡିଭାଇସ୍ କାର୍ଯ୍ୟ ମାଧ୍ୟମରେ।
60 °C, Pt/C ଆନୋଡ୍ ଏବଂ 80 µm AEM ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା କୋଷ ରେଫରେନ୍ସ H2 ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ଏକ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ ବ୍ରେକଡାଉନ୍। b ଆନୋଡିକ୍ ଡିଆୟୋନାଇଜଡ୍ ଜଳର ବିଭିନ୍ନ ପ୍ରବାହ ହାର ବ୍ୟବହାର କରି 200 mA/cm2 ରେ ସଂଗୃହୀତ FE ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସାନ୍ଦ୍ରତା। c ଯେତେବେଳେ ଆନୋଡ୍ ବିଭିନ୍ନ ସାନ୍ଦ୍ରତାରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ସଂଗ୍ରହ କରେ, ସେଲ୍ ଭୋଲଟେଜ୍ 200 mA/cm2 ହୋଇଥାଏ। ତ୍ରୁଟି ବାର୍ ତିନୋଟି ଭିନ୍ନ ମାପର ମାନକ ବିଚ୍ୟୁତିକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। d ଜାତୀୟ ଶିଳ୍ପ ହାରାହାରି ବିଦ୍ୟୁତ୍ ମୂଲ୍ୟ US$0.068/kWh ଏବଂ US$4.5/kg ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ବିଭିନ୍ନ ଡିଆୟୋନାଇଜଡ୍ ଜଳ ପ୍ରବାହ ହାରରେ କାର୍ଯ୍ୟଦକ୍ଷତା ଦ୍ୱାରା ବିଭାଜିତ ସର୍ବନିମ୍ନ ବିକ୍ରୟ ମୂଲ୍ୟ। (*: ଆନୋଡରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ସର୍ବନିମ୍ନ ଅକ୍ସିଡେସନ ଅବସ୍ଥା 10 M FA ବୋଲି ଧରିନିଆଯାଏ, ଜାତୀୟ ହାରାହାରି ଶିଳ୍ପ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ମୂଲ୍ୟ $0.068/kWh, ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ $4.5/kg। **: ସର୍ବନିମ୍ନ ଅକ୍ସିଡେସନ ଅବସ୍ଥା ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ବୋଲି ଧରିନିଆଯାଏ। ଆନୋଡରେ FAର ସାନ୍ଦ୍ରତା 1.3 M ଆନୋଡ, ଆଶାକରାଯାଇଥିବା ଭବିଷ୍ୟତ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ମୂଲ୍ୟ $0.03/kWh, ଏବଂ ବିନ୍ଦୁଯୁକ୍ତ ରେଖା 85 wt% FA ର ବଜାର ମୂଲ୍ୟକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ।
ଚିତ୍ର 5d ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି, ବିଭିନ୍ନ କାର୍ଯ୍ୟ ପରିସ୍ଥିତିରେ ଇନ୍ଧନ ଆସେମ୍ବଲିଗୁଡ଼ିକର ସର୍ବନିମ୍ନ ବିକ୍ରୟ ମୂଲ୍ୟ ପାଇବା ପାଇଁ ଏକ ଟେକ୍ନୋ-ଅର୍ଥନୈତିକ ବିଶ୍ଳେଷଣ (TEA) କରାଯାଇଥିଲା। SI ରେ TEA ପାଇଁ ପଦ୍ଧତି ଏବଂ ପୃଷ୍ଠଭୂମି ତଥ୍ୟ ମିଳିପାରିବ। ଯେତେବେଳେ ଆନୋଡ୍ ନିଷ୍କାସନରେ LC ସାନ୍ଦ୍ରତା ଅଧିକ ଥାଏ, ଉଚ୍ଚ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ ସତ୍ତ୍ୱେ, ପୃଥକୀକରଣ ଖର୍ଚ୍ଚ ହ୍ରାସ ଯୋଗୁଁ ଇନ୍ଧନ ଆସେମ୍ବଲିର ସାମଗ୍ରିକ ମୂଲ୍ୟ ହ୍ରାସ ପାଏ। ଯଦି ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବିକାଶ କିମ୍ବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ପ୍ରଯୁକ୍ତିବିଦ୍ୟା ମାଧ୍ୟମରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଆନୋଡିକ୍ ଅକ୍ସିଡେସନକୁ କମ କରାଯାଇପାରିବ, ତେବେ ନିମ୍ନ କୋଷ ଭୋଲଟେଜ (1.66 V) ଏବଂ ପ୍ରବାହରେ ଅଧିକ FA ସାନ୍ଦ୍ରତା (10 M) ର ମିଶ୍ରଣ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ FA ଉତ୍ପାଦନର ମୂଲ୍ୟକୁ 0.74 US ଡଲାର/କିଲୋଗ୍ରାମ (ବିଦ୍ୟୁତ ଉପରେ ଆଧାରିତ) $0.068/kWh ଏବଂ $4.5/କିଲୋଗ୍ରାମ ହାଇଡ୍ରୋଜେନକୁ ହ୍ରାସ କରିବ। ଅଧିକନ୍ତୁ, ଯେତେବେଳେ ଭବିଷ୍ୟତରେ ନବୀକରଣୀୟ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଖର୍ଚ୍ଚ $0.03/kWh ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ $2.3/kg ସହିତ ମିଶ୍ରିତ ହେବ, FA ଅପବ୍ୟବହୃତ ଜଳ ଲକ୍ଷ୍ୟ 1.3 ନିୟୁତକୁ ହ୍ରାସ ପାଇବ, ଯାହାର ଫଳସ୍ୱରୂପ ଏକ ଚୂଡ଼ାନ୍ତ ଉତ୍ପାଦନ ଖର୍ଚ୍ଚ US$0.66/kg43 ହେବ। ଏହା ବର୍ତ୍ତମାନର ବଜାର ମୂଲ୍ୟ ସହିତ ତୁଳନୀୟ। ତେଣୁ, ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସାମଗ୍ରୀ ଏବଂ ଗଠନ ଉପରେ କେନ୍ଦ୍ରିତ ଭବିଷ୍ୟତର ପ୍ରୟାସଗୁଡ଼ିକ ଆନୋଡାଇଜେସନ୍‌କୁ ଆହୁରି ହ୍ରାସ କରିପାରିବ ଏବଂ ନିମ୍ନ କୋଷ ଭୋଲଟେଜରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରି ଉଚ୍ଚ LC ସାନ୍ଦ୍ରତା ଉତ୍ପାଦନ କରିପାରିବ।
ସଂକ୍ଷେପରେ, ଆମେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡକୁ CO2 ହ୍ରାସ ପାଇଁ ଅନେକ ଶୂନ୍ୟ-ବ୍ୟାବଧାନ MEA ଗଠନ ଅଧ୍ୟୟନ କରିଛୁ ଏବଂ ଫଳସ୍ୱରୂପ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ପାଇଁ ମେମ୍ବ୍ରାନ ମାସ୍ ଟ୍ରାନ୍ସଫର ଇଣ୍ଟରଫେସକୁ ସହଜ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ପର୍ଫୋରେଟେଡ୍ କ୍ୟାଟେସନ୍ ଏକ୍ସଚେଞ୍ଜ ମେମ୍ବ୍ରାନ (PECM) ସମେତ ଏକ କମ୍ପୋଜିଟ୍ ଫରୱାର୍ଡ-ବାୟାସ୍ଡ ବାଇପୋଲାର ମେମ୍ବ୍ରାନ ଧାରଣ କରିଥିବା ଏକ ଗଠନ ପ୍ରସ୍ତାବ ଦେଇଛୁ। ଏହି ବିନ୍ୟାସ 0.25 M ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ସାନ୍ଦ୍ରତାରେ >96% ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ସୃଷ୍ଟି କରେ (3.3 mL/ମିନିଟ୍ ର ଏକ ଆନୋଡ୍ DI ପ୍ରବାହ ହାରରେ)। ଉଚ୍ଚ DI ପ୍ରବାହ ହାରରେ (25 mL/ମିନିଟ୍), ଏହି ବିନ୍ୟାସ 25 cm2 କୋଷ କ୍ଷେତ୍ର ବ୍ୟବହାର କରି 1.7 V ରେ 200 mA/cm2 ର >80% FE ର ଏକ ବର୍ତ୍ତମାନ ଘନତା ପ୍ରଦାନ କରେ। ମଧ୍ୟମ ଆନୋଡିକ୍ DI ହାରରେ (10 mL/ମିନିଟ୍), PECM ବିନ୍ୟାସ 200 mA/cm2 ରେ 55 ଘଣ୍ଟା ପରୀକ୍ଷଣ ପାଇଁ ସ୍ଥିର ଭୋଲଟେଜ ଏବଂ ଉଚ୍ଚ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ FE ସ୍ତର ବଜାୟ ରଖିଥିଲା। ବାଣିଜ୍ୟିକ ଭାବରେ ଉପଲବ୍ଧ ଉତ୍ପ୍ରରକ ଏବଂ ପଲିମରିକ ମେମ୍ବ୍ରାନ ସାମଗ୍ରୀ ଦ୍ୱାରା ହାସଲ କରାଯାଇଥିବା ଉଚ୍ଚ ସ୍ଥିରତା ଏବଂ ଚୟନକୁ ଅପ୍ଟିମାଇଜ୍ଡ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକଟାଲିଷ୍ଟ ସହିତ ମିଶ୍ରଣ କରି ଆହୁରି ବଢ଼ାଯାଇପାରିବ। ପରବର୍ତ୍ତୀ କାର୍ଯ୍ୟ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଅକ୍ସିଡେସନକୁ ହ୍ରାସ କରିବା ପାଇଁ କାର୍ଯ୍ୟ ପରିସ୍ଥିତି, ଆନୋଡ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଚୟନ ଏବଂ MEA ଗଠନକୁ ସଜାଡ଼ିବା ଉପରେ ଧ୍ୟାନ ଦିଆଯିବ, ଯାହା ଫଳରେ କମ୍ କୋଷ ଭୋଲଟେଜରେ ଅଧିକ ଘନୀଭୂତ ପ୍ରବାହ ହେବ। ଏଠାରେ ଉପସ୍ଥାପିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପାଇଁ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରିବାର ସରଳ ପଦ୍ଧତି ଆନୋଲାଇଟ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଲାଇଟ୍ ଚାମ୍ବର, ସାଣ୍ଡୱିଚ୍ ଉପାଦାନ ଏବଂ ସ୍ୱତନ୍ତ୍ର ସାମଗ୍ରୀର ଆବଶ୍ୟକତାକୁ ଦୂର କରେ, ଯାହା ଦ୍ଵାରା କୋଷ ଶକ୍ତି ଦକ୍ଷତା ବୃଦ୍ଧି ହୁଏ ଏବଂ ସିଷ୍ଟମ ଜଟିଳତା ହ୍ରାସ ହୁଏ, ଯାହା ଫଳରେ ଏହାକୁ ବୃଦ୍ଧି କରିବା ସହଜ ହୁଏ। ପ୍ରସ୍ତାବିତ ବିନ୍ୟାସ ବୈଷୟିକ ଏବଂ ଆର୍ଥିକ ଦୃଷ୍ଟିରୁ ଉପଯୁକ୍ତ CO2 ରୂପାନ୍ତର ପ୍ଲାଣ୍ଟଗୁଡ଼ିକର ଭବିଷ୍ୟତ ବିକାଶ ପାଇଁ ଏକ ପ୍ଲାଟଫର୍ମ ପ୍ରଦାନ କରେ।
ଅନ୍ୟଥା ଉଲ୍ଲେଖ ନ ଥିଲେ, ସମସ୍ତ ରାସାୟନିକ ଗ୍ରେଡ୍ ସାମଗ୍ରୀ ଏବଂ ଦ୍ରାବକ ପ୍ରାପ୍ତ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ବିସମଥ ଅକ୍ସାଇଡ୍ ଉତ୍କର୍ଷ (Bi2O3, 80 nm) US Research Nanomaterials, Inc. ରୁ କିଣାଯାଇଥିଲା। ପଲିମର ପାଉଡର (AP1-CNN8-00-X) IONOMR ଦ୍ୱାରା ଯୋଗାଇ ଦିଆଯାଇଥିଲା। Omnisolv® ବ୍ରାଣ୍ଡ N-propanol (nPA) ଏବଂ ଅଲ୍ଟ୍ରାପ୍ୟୁର୍ ଜଳ (18.2 Ω, Milli–Q® Advantage A10 ଜଳ ବିଶୋଧନ ପ୍ରଣାଳୀ) ମିଲିପୋର ସିଗମା ରୁ କିଣାଯାଇଥିଲା। ACS ପ୍ରମାଣିତ ମିଥାନଲ୍ ଏବଂ ଆସିଟୋନ୍ ଯଥାକ୍ରମେ VWR କେମିକାଲ୍ସ BDH® ଏବଂ ଫିସର କେମିକାଲ୍ ରୁ କିଣାଯାଇଥିଲା। 6.5 wt. ର ସାନ୍ଦ୍ରତା ସହିତ ଏକ ପଲିମର ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା ପାଇବା ପାଇଁ ପଲିମର ପାଉଡରକୁ ଓଜନ ଅନୁସାରେ 1:1 ଅନୁପାତରେ ଆସିଟୋନ୍ ଏବଂ ମିଥାନଲ୍ ମିଶ୍ରଣ ସହିତ ମିଶ୍ରିତ କରାଯାଇଥିଲା। 30ml ଜାରରେ 20g Bi2O3, ଅଲ୍ଟ୍ରାପ୍ୟୁର୍ ଜଳ, nPA ଏବଂ ଆୟୋନୋମର ବିଚ୍ଛିନ୍ନତା ମିଶ୍ରଣ କରି ଉତ୍କର୍ଷକ କାଲି ପ୍ରସ୍ତୁତ କରନ୍ତୁ। ଏହି ରଚନାରେ 30 wt.% ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ, ଆୟନୋମର ଏବଂ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଏକ ଗଣ ଅନୁପାତ 0.02 ଏବଂ ଆଲକୋହଲର ଏକ ଗଣ ଅନୁପାତ ପାଣି 2:3 (40 wt.% nPA) ଥିଲା। ମିଶ୍ରଣ ପୂର୍ବରୁ, ମିଶ୍ରଣରେ 70 ଗ୍ରାମ ଗ୍ଲେନ୍ ମିଲ୍ସ 5mm ଜିରକୋନିଆ ଗ୍ରାଇଣ୍ଡିଂ ସାମଗ୍ରୀ ଯୋଡା ଯାଇଥିଲା। ନମୁନାଗୁଡ଼ିକୁ 80 rpm ରେ 26 ଘଣ୍ଟା ପାଇଁ Fisherbrand™ ଡିଜିଟାଲ୍ ବୋତଲ ରୋଲରରେ ରଖାଯାଇଥିଲା। ପ୍ରୟୋଗ କରିବା ପୂର୍ବରୁ କାଲିକୁ 20 ମିନିଟ୍ ପାଇଁ ବସିବାକୁ ଦିଅନ୍ତୁ। Bi2O3 କଲମକୁ 22°C ରେ 1/2″ x 16″ ପରୀକ୍ଷାଗାର ତାରବାଉଣ୍ଡ ରିଫିଲ୍ (RD ସ୍ପେଶାଲିଟିଜ୍ - 60 ମିଲ୍ ବ୍ୟାସ) ବ୍ୟବହାର କରି ଏକ Qualtech ସ୍ୱୟଂଚାଳିତ ଆପ୍ଲିକେଟର୍ (QPI-AFA6800) ରେ ପ୍ରୟୋଗ କରାଯାଇଥିଲା। 55 mm/sec ର ଏକ ସ୍ଥିର ହାରାହାରି ଗତିରେ ରଡ୍ ଜମା ଦ୍ୱାରା 7.5 x 8 ଇଞ୍ଚ ସିଗ୍ରାଏସେଟ୍ 39 BB କାର୍ବନ ଗ୍ୟାସ୍ ପ୍ରସାରଣ ବାହକ (ଇନ୍ଧନ କୋଷ ସଂରକ୍ଷଣ) ରେ 5 mL ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ କଲମକୁ ପ୍ରୟୋଗ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ଆବୃତ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡଗୁଡ଼ିକୁ ଏକ ଚୁଲିକୁ ସ୍ଥାନାନ୍ତର କରନ୍ତୁ ଏବଂ 80 °C ରେ ଶୁଖାନ୍ତୁ। ରଡ୍ ଆବରଣ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଏବଂ GDE ଆବରଣର ପ୍ରତିଛବିଗୁଡ଼ିକ ଚିତ୍ର S4a ଏବଂ b ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ଏକ ଏକ୍ସ-ରେ ଫ୍ଲୋରୋସେନ୍ସ (XRF) ଉପକରଣ (ଫିଶର୍ସ୍କୋପ୍® XDV-SDD, ଫିଶର୍-ଟେକ୍ନୋଲଜି ଇନକର୍ପୋରେଟେଡ୍ USA) ନିଶ୍ଚିତ କରିଛି ଯେ ଆବରଣିତ GDE ଲୋଡିଂ 3.0 mg Bi2O3/cm2 ଥିଲା।
ଆନାୟନ ବିନିମୟ ଝିଲ୍ଲୀ (AEM) ଏବଂ ପର୍ଫୋରେଟେଡ୍ CEM ଧାରଣ କରୁଥିବା କମ୍ପୋଜିଟ୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ବିନ୍ୟାସ ପାଇଁ। 15 µm ର ନାମମାତ୍ର ଘନତା ସହିତ Nafion NC700 (Chemours, USA) କୁ CEM ସ୍ତର ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। 0.83 ର ଆୟନୋମର ଏବଂ କାର୍ବନ ଅନୁପାତ ଏବଂ 25 cm2 କଭରେଜ୍ କ୍ଷେତ୍ର ସହିତ ଆନୋଡିକ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକକୁ ସିଧାସଳଖ FEM ଉପରେ ସ୍ପ୍ରେ କରାଯାଇଥିଲା। 0.25 mg Pt/cm2 ଲୋଡିଂ ସହିତ ଏକ ବଡ଼ ପୃଷ୍ଠ କ୍ଷେତ୍ର (50 wt.% Pt/C, TEC 10E50E, TANAKA ମୂଲ୍ୟବାନ ଧାତୁ) ସହିତ ସମର୍ଥିତ ପ୍ଲାଟିନମ୍ କୁ ଆନୋଡ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଆନୋଡ୍ ସ୍ତର ପାଇଁ Nafion D2020 (ଆୟନ ପାୱାର, USA) କୁ ଏକ ଆୟନୋମର ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। CEM ଫିଲ୍ମରେ 3mm ବ୍ୟବଧାନରେ ସମାନ୍ତରାଳ ରେଖା କାଟି CEM ଛିଦ୍ର କରାଯାଏ। ଛିଦ୍ର ପ୍ରକ୍ରିୟାର ବିବରଣୀ ଚିତ୍ର S12b ଏବଂ c ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ଏକ୍ସ-ରେ ଗଣନା କରାଯାଇଥିବା ଟୋମୋଗ୍ରାଫି ବ୍ୟବହାର କରି, ଏହା ନିଶ୍ଚିତ କରାଯାଇଥିଲା ଯେ ଚିତ୍ର S12d ଏବଂ e ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ପରି ଛିଦ୍ର ବ୍ୟବଧାନ 32.6 μm ଥିଲା। କୋଷ ସମାବେଶ ସମୟରେ, ଏକ 25 cm2 ଟୋରେ କାଗଜ (5 wt% PTFE ଚିକିତ୍ସା, ଫୁଏଲ ସେଲ୍ ଷ୍ଟୋର, USA) ଉପରେ ଏକ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ-ଆବୃତ ଛିଦ୍ରିତ CEM ପରଦା ରଖାଯାଇଥିଲା। CEM ଉପରେ ଏବଂ ତା'ପରେ GDE କ୍ୟାଥୋଡ ଉପରେ 25, 40 କିମ୍ବା 80 μm ଘନତା ସହିତ ଏକ AEM ପରଦା (PiperION, Versogen, USA) ରଖାଯାଇଥିଲା। ସମଗ୍ର ପ୍ରବାହ କ୍ଷେତ୍ରକୁ ଆଚ୍ଛାଦିତ କରିବା ପାଇଁ AEM ​​ପରଦାକୁ 7.5 × 7.5 ସେମି ଖଣ୍ଡରେ କାଟି 1 M ପୋଟାସିୟମ୍ ହାଇଡ୍ରୋକ୍ସାଇଡ୍ ଦ୍ରବଣରେ ରାତାରାତି ବୁଡ଼ାଇ ଦିଆଯାଇଥିଲା। ଆନୋଡ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡ ଉଭୟ PTFE ସ୍ପେସର ବ୍ୟବହାର କରନ୍ତି ଯାହା 18% ର ଏକ ସର୍ବୋତ୍ତମ GDE ସଙ୍କୋଚନ ହାସଲ କରିବା ପାଇଁ ଯଥେଷ୍ଟ ଘନ। ବ୍ୟାଟେରୀ ପରଦା ସଂଯୋଗ ପ୍ରକ୍ରିୟାର ବିବରଣୀ ଚିତ୍ର S12a ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି।
ପରୀକ୍ଷଣ ସମୟରେ, ସଂଗୃହିତ କୋଷକୁ 60 °C (ତାପମାତ୍ରା ନିର୍ଭରଶୀଳତା ଅଧ୍ୟୟନ ପାଇଁ 30, 60, ଏବଂ 80 °C) ରେ ରଖା ଯାଇଥିଲା, ଆନୋଡକୁ 0.8 L/ମିନିଟ୍ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଗ୍ୟାସ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡକୁ 2 L/ମିନିଟ୍ କାର୍ବନ ଡାଇଅକ୍ସାଇଡ୍ ଯୋଗାଇ ଦିଆଯାଇଥିଲା। ଆନୋଡିକ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡିକ୍ ବାୟୁ ପ୍ରବାହ ଉଭୟକୁ 100% ଆପେକ୍ଷିକ ଆର୍ଦ୍ରତା ଏବଂ 259 kPa ସମ୍ପୂର୍ଣ୍ଣ କ୍ୟାଥୋଡିକ୍ ଚାପରେ ଆର୍ଦ୍ର କରାଯାଇଥିଲା। କାର୍ଯ୍ୟ ସମୟରେ, କ୍ୟାଥୋଡ ଉତ୍ତାଳକ ବେଡ୍ ଏବଂ ଆୟନିୟ ପରିବହନର ବ୍ୟବହାରକୁ ପ୍ରୋତ୍ସାହିତ କରିବା ପାଇଁ କ୍ୟାଥୋଡ ଗ୍ୟାସ୍ ପ୍ରବାହକୁ 2 mL/ମିନିଟ୍ ହାରରେ 1 M KOH ଦ୍ରବଣ ସହିତ ମିଶ୍ରିତ କରାଯାଇଥିଲା। ଆନୋଡରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ବାହାର କରିବା ପାଇଁ 10 ml/ମିନିଟ୍ ହାରରେ ଡିଆୟୋନାଇଜ୍ଡ ପାଣି ସହିତ ଆନୋଡ ଗ୍ୟାସ୍ ର ଏକ ପ୍ରବାହ ମିଶ୍ରଣ କରନ୍ତୁ। ଡିଭାଇସ୍ ଇନପୁଟ୍ ଏବଂ ଆଉଟପୁଟ୍ ର ବିବରଣୀ ଚିତ୍ର S5 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। କ୍ୟାଥୋଡ ନିଷ୍କାସନ ଗ୍ୟାସରେ CO2 ଥାଏ ଏବଂ CO ଏବଂ H2 ସୃଷ୍ଟି କରେ। ଜଳୀୟ ବାଷ୍ପକୁ ଏକ କଣ୍ଡେନ୍ସର (2°C ରେ ନିମ୍ନ ତାପମାତ୍ରା ତାପ ବିନିମୟକାରୀ) ମାଧ୍ୟମରେ ଅପସାରିତ କରାଯାଏ। ଅବଶିଷ୍ଟ ଗ୍ୟାସ୍ ଗ୍ୟାସ୍ ସମୟ ବିଶ୍ଳେଷଣ ପାଇଁ ସଂଗ୍ରହ କରାଯିବ। ଆନୋଡ୍ ପ୍ରବାହ ମଧ୍ୟ ଏକ କଣ୍ଡେନ୍ସର ଦେଇ ଯିବ ଯାହା ଦ୍ୱାରା ତରଳ ପଦାର୍ଥକୁ ଗ୍ୟାସରୁ ପୃଥକ କରାଯିବ। ଅପଚୟ ଜଳକୁ ସଫା ଭାଏଲରେ ସଂଗ୍ରହ କରାଯିବ ଏବଂ ଉତ୍ପାଦିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପରିମାଣ କରିବା ପାଇଁ ତରଳ କ୍ରୋନୋମେଟ୍ରି ବ୍ୟବହାର କରି ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯିବ। ଗାର୍ମି ପୋଟେଣ୍ଟିଓଷ୍ଟାଟ୍ (ସନ୍ଦର୍ଭ ସଂଖ୍ୟା 30K, ଗାମ୍ରି, ଆମେରିକା) ବ୍ୟବହାର କରି ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। ଧ୍ରୁବୀକରଣ କର୍ଭ ମାପ କରିବା ପୂର୍ବରୁ, କୋଷକୁ 0 ରୁ 250 mA/cm2 ରେଞ୍ଜରେ 4 ଥର କଣ୍ଡିସନିଂ କରାଯାଇଥିଲା ଯାହାର ସ୍କାନ ହାର 2.5 mA/cm2 ଥିଲା। ଧ୍ରୁବୀକରଣ କର୍ଭଗୁଡ଼ିକୁ ଗାଲଭାନୋଷ୍ଟାଟିକ୍ ମୋଡ୍‌ରେ ପ୍ରାପ୍ତ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ କୋଷକୁ ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କରେଣ୍ଟ ଘନତାରେ 4 ମିନିଟ୍ ପାଇଁ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଗ୍ୟାସ୍ ଏବଂ ଆନୋଲାଇଟ୍ ତରଳ ନମୁନା ନେବା ପୂର୍ବରୁ ରଖାଯାଇଥିଲା।
ଆମେ କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଏବଂ ଆନୋଡିକ୍ ପୋଟେନସିଆଲ୍ସକୁ ପୃଥକ କରିବା ପାଇଁ MEA ରେ ଏକ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରୁ। ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ର ଗଠନ ଚିତ୍ର S6a ରେ ଦେଖାଯାଇଛି। MEA ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ ଏବଂ ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ସଂଯୋଗ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ଆୟୋନିକ ସେତୁ ଭାବରେ ଏକ ନାଫିଅନ୍ ମେମ୍ବ୍ରାନ୍ (ନାଫିଅନ୍ 211, ଆୟନପାୱାର, ଆମେରିକା) ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ନାଫିଅନ୍ ଷ୍ଟ୍ରିପର ଗୋଟିଏ ପ୍ରାନ୍ତ 0.25 mg Pt/cm2 (50 wt% Pt/C, TEC10E50E, TANAKA ପ୍ରଶିକ୍ଷିତ ଧାତୁ) ସହିତ ଲୋଡ୍ ହୋଇଥିବା 1 cm2 ଗ୍ୟାସ୍ ଡିଫ୍ୟୁଜନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ (GDE) ସହିତ ସଂଯୁକ୍ତ ଥିଲା ଯାହା 29BC କାର୍ବନ ପେପର (ଇନ୍ଧନ ସେଲ୍ ଷ୍ଟୋର, ଆମେରିକା) ଉପରେ ସ୍ପଟ୍ଟର ହୋଇଥିଲା। GDE ଏବଂ ନାଫିଅନ୍ ଷ୍ଟ୍ରିପ୍ ମଧ୍ୟରେ ଗ୍ୟାସ୍ ସିଲ୍ ଏବଂ ଭଲ ସମ୍ପର୍କ ସୁନିଶ୍ଚିତ କରିବା ପାଇଁ ଏବଂ ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ କୁ ଇନ୍ଧନ ସେଲ୍ ହାର୍ଡୱେର୍ ସହିତ ସଂଯୋଗ କରିବା ପାଇଁ ସ୍ୱତନ୍ତ୍ର ପଲିଏଥେରଥେରକେଟୋନ୍ (PEEK) ହାର୍ଡୱେର୍ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ନାଫିଅନ୍ ଷ୍ଟ୍ରିପର ଅନ୍ୟ ପ୍ରାନ୍ତ CEM ବ୍ୟାଟେରୀର ପ୍ରବାହୀ ଧାର ସହିତ ସଂଯୁକ୍ତ। ଚିତ୍ର S6b MEA ସହିତ ସଂଯୁକ୍ତ ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡର କ୍ରସ୍ ସେକ୍ସନକୁ ଦର୍ଶାଉଛି।
କଣ୍ଡେନ୍ସର ଏବଂ ଗ୍ୟାସ-ତରଳ ବିଭାଜକ ଦେଇ ନିଷ୍କାସନ ଗ୍ୟାସ ଯିବା ପରେ, କ୍ୟାଥୋଡରୁ ଗ୍ୟାସ ନମୁନା ନିଆଯାଏ। ସଂଗୃହିତ ଗ୍ୟାସକୁ 4900 ମାଇକ୍ରୋ GC (10 μm ଆଣବିକ ଚାଳନା, Agilent) ବ୍ୟବହାର କରି ଅତି କମରେ ତିନିଥର ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା। ନମୁନାଗୁଡ଼ିକୁ ନିର୍ଦ୍ଧିଷ୍ଟ ସମୟ (30 ସେକେଣ୍ଡ) ପାଇଁ ନିଷ୍କ୍ରିୟ ବହୁ-ସ୍ତର ଆଲୁମିନିୟମ ଫଏଲ୍ ଗ୍ୟାସ ନମୁନା ବ୍ୟାଗ Supel™ (Sigma-Aldrich) ରେ ସଂଗ୍ରହ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ସଂଗ୍ରହର ଦୁଇ ଘଣ୍ଟା ମଧ୍ୟରେ ମାନୁଆଲି ମାଇକ୍ରୋଗ୍ୟାସ୍ କ୍ରୋମାଟୋଗ୍ରାଫରେ ସନ୍ନିବେଶ କରାଯାଇଥିଲା। ଇଞ୍ଜେକ୍ସନ ତାପମାତ୍ରା 110°C ରେ ସେଟ୍ କରାଯାଇଥିଲା। କାର୍ବନ ମନୋକ୍ସାଇଡ୍ (CO) ଏବଂ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ (H2) କୁ ଏକ ଉତ୍ତପ୍ତ (105°C) ଚାପଯୁକ୍ତ (28 psi) 10 m MS5A ସ୍ତମ୍ଭରେ ଆର୍ଗନ୍ (ମାଥେସନ୍ ଗ୍ୟାସ-ମାଥେସନ୍ ପ୍ୟୁରିଟି) କୁ ବାହକ ଗ୍ୟାସ ଭାବରେ ବ୍ୟବହାର କରି ପୃଥକ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ସଂଯୋଗଗୁଡ଼ିକୁ ବିଲ୍ଟ-ଇନ୍ ଥର୍ମାଲ୍ କଣ୍ଡକ୍ଟିଭିଟି ଡିଟେକ୍ଟର (TCD) ବ୍ୟବହାର କରି ଚିହ୍ନଟ କରାଯାଇଛି। GC କ୍ରୋମାଟୋଗ୍ରାମ ଏବଂ CO ଏବଂ H2 କ୍ୟାଲିବ୍ରେସନ୍ କର୍ଭ ଚିତ୍ର S7 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି। ତରଳ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ନମୁନାଗୁଡ଼ିକୁ ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ସମୟ (120 ସେକେଣ୍ଡ) ପାଇଁ ଆନୋଡ୍ ରୁ ସଂଗ୍ରହ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ 0.22 μm PTFE ସିରିଞ୍ଜ ଫିଲ୍ଟର ବ୍ୟବହାର କରି 2 mL ଭାଏଲରେ ଫିଲ୍ଟର କରାଯାଇଥିଲା। ଭାଏଲରେ ଥିବା ତରଳ ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକୁ Agilent 1260 Infinity II ବାୟୋଇନାର୍ଟ ଉଚ୍ଚ-ପ୍ରଦର୍ଶିତ ତରଳ କ୍ରୋମାଟୋଗ୍ରାଫି (HPLC) ସିଷ୍ଟମ ବ୍ୟବହାର କରି ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା, ଯେଉଁଥିରେ 20 μl ନମୁନା ଏକ ଅଟୋସାମ୍ପଲର (G5668A) ମାଧ୍ୟମରେ 4 mM ସଲଫ୍ୟୁରିକ୍ ଏସିଡ୍ (H2SO4) ର ଏକ ମୋବାଇଲ୍ ଫେଜ୍ ସହିତ ଇଞ୍ଜେକ୍ଟ କରାଯାଇଥିଲା। ) 0.6 ml/ମିନିଟ୍ (କ୍ୱାଟରନାରୀ ପମ୍ପ G5654A) ପ୍ରବାହ ହାରରେ। ଉତ୍ପାଦଗୁଡ଼ିକୁ ଏକ ଗରମ (35°C, ସ୍ତମ୍ଭ ଓଭନ୍ G7116A) Aminex HPX-87H 300 × 7.8 mm (ବାୟୋ-ରାଡ୍) ରେ ପୃଥକ କରାଯାଇଥିଲା ଯାହା ପୂର୍ବରୁ ଏକ ମାଇକ୍ରୋ-ଗାର୍ଡ କାଟେସନ୍ H ଗାର୍ଡ ସ୍ତମ୍ଭ ଥିଲା। ଏକ ଡାୟୋଡ୍ ଆରେ ଡିଟେକ୍ଟର (DAD) ବ୍ୟବହାର କରି ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ଚିହ୍ନଟ କରାଯାଇଥିଲା। 210 nm ର ତରଙ୍ଗଦୈର୍ଘ୍ୟ ଏବଂ 4 nm ର ବ୍ୟାଣ୍ଡୱିଡଥ୍ ରେ। HPL କ୍ରୋମାଟୋଗ୍ରାମ ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ମାନକ କାଲିବ୍ରେସନ୍ କର୍ଭ ଚିତ୍ର S7 ରେ ଦର୍ଶାଯାଇଛି।
ଗ୍ୟାସ ଉତ୍ପାଦ (CO ଏବଂ H2) FE ନିମ୍ନଲିଖିତ ସମୀକରଣ ବ୍ୟବହାର କରି ଗଣନା କରାଯାଏ, ଏବଂ ଆଦର୍ଶ ଗ୍ୟାସ ସମୀକରଣ ବ୍ୟବହାର କରି ଗ୍ୟାସର ମୋଟ ମୋଲ ଗଣନା କରାଯାଏ:
ସେମାନଙ୍କ ମଧ୍ୟରେ: \({n}_{i}\): ଏକ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ରାସାୟନିକ ପ୍ରତିକ୍ରିୟାରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରନ ସଂଖ୍ୟା। \(F\): ଫାରାଡେଙ୍କ ସ୍ଥିରାଙ୍କ। \({C}_{i}\): HPLC ତରଳ ଉତ୍ପାଦ ସାନ୍ଦ୍ରତା। \(V\): ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ସମୟ ମଧ୍ୟରେ ସଂଗୃହୀତ ତରଳ ନମୁନାର ଆୟତନ t। \(j\): ଚଳନ୍ତି ଘନତା। \(A\): ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡର ଜ୍ୟାମିତିକ କ୍ଷେତ୍ରଫଳ (25 cm2)। \(t\): ନମୁନା ସମୟ ଅବଧି। \(P\): ପରମ ଚାପ। \({x}_{i}\): GC ଦ୍ୱାରା ନିର୍ଣ୍ଣିତ ଗ୍ୟାସର ମୋଲ ପ୍ରତିଶତ। \(R\): ଗ୍ୟାସ ସ୍ଥିରାଙ୍କ। \(T\): ତାପମାତ୍ରା।
ଆନୋଡିକ୍ କାଟେସନଗୁଡ଼ିକର ସାନ୍ଦ୍ରତାକୁ ଇଣ୍ଡକ୍ଟିଭ୍ କପଲଡ୍ ପ୍ଲାଜ୍ମା ଆଟମିକ୍ ଏମିସନ୍ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (ICP-OES) ବ୍ୟବହାର କରି ପରିମାଣ କରାଯାଇଥିଲା। ଆନୋଡରେ ଲିଚ୍ କିମ୍ବା ବିସ୍ତାରିତ ହେଉଥିବା କାଟେସନଗୁଡ଼ିକ ମଧ୍ୟରେ Ti, Pt, Bi ଏବଂ K ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। K ବ୍ୟତୀତ, ଅନ୍ୟ ସମସ୍ତ କାଟେସନଗୁଡ଼ିକ ଚିହ୍ନଟ ସୀମା ତଳେ ଥିଲା। ପ୍ରୋଟନ୍ କିମ୍ବା ଅନ୍ୟାନ୍ୟ କାଟେସନ ସହିତ ଯୋଡି ହେବା ପାଇଁ ଆନୋଡକୁ ଛାଡି ଦ୍ରବଣରେ ଆୟନ ଗଠନ କରେ। ତେଣୁ, ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଶୁଦ୍ଧତାକୁ ହିସାବ କରାଯାଇପାରିବ
ଫର୍ମେଟ୍/FA ଉତ୍ପାଦନ ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ MEA ବିନ୍ୟାସ ବ୍ୟବହାର କରି ବ୍ୟବହୃତ ପ୍ରତି kWh ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଉତ୍ପାଦିତ FA ପରିମାଣକୁ mol/kWh ରେ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ। ଏହା ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ କାର୍ଯ୍ୟ ପରିସ୍ଥିତିରେ ବିଦ୍ୟୁତ୍ ଘନତା, କୋଷ ଭୋଲଟେଜ୍ ଏବଂ ଫାରାଡେ ଦକ୍ଷତା ଉପରେ ଆଧାର କରି ଗଣନା କରାଯାଏ।
ସାମଗ୍ରିକ ବସ୍ତୁତ୍ୱ ସନ୍ତୁଳନ ଉପରେ ଆଧାର କରି ଆନୋଡରେ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ ହୋଇଥିବା ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ପରିମାଣ ଗଣନା କରନ୍ତୁ। କ୍ୟାଥୋଡରେ ତିନୋଟି ପ୍ରତିଦ୍ୱନ୍ଦ୍ୱୀ ପ୍ରତିକ୍ରିୟା ଘଟେ: ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ବିବର୍ତ୍ତନ, CO2 ରୁ CO ହ୍ରାସ, ଏବଂ CO2 ରୁ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ହ୍ରାସ। ଆଣ୍ଟନରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ଅକ୍ସିଡାସନ ପ୍ରକ୍ରିୟା ଥିବାରୁ, ଫର୍ମିକ ଏସିଡ FE କୁ ଦୁଇଟି ଭାଗରେ ବିଭକ୍ତ କରାଯାଇପାରିବ: ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ସଂଗ୍ରହ ଏବଂ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ ଅକ୍ସିଡାସନ। ସାମଗ୍ରିକ ବସ୍ତୁତ୍ୱ ସନ୍ତୁଳନକୁ ଏହିପରି ଲେଖାଯାଇପାରିବ:
HPLC ଦ୍ୱାରା ସଂଗୃହିତ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍, ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଏବଂ CO ପରିମାଣ ମାପ କରିବା ପାଇଁ ଆମେ GC ବ୍ୟବହାର କରିଥିଲୁ। ଏହା ଉଲ୍ଲେଖ କରିବା ଉଚିତ ଯେ ଅଧିକାଂଶ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ପରିପୂରକ ଚିତ୍ର S5 ରେ ଦେଖାଯାଇଥିବା ସେଟଅପ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ଆନୋଡ୍ ରୁ ସଂଗ୍ରହ କରାଯାଇଥିଲା। କ୍ୟାଥୋଡ୍ ଚାମ୍ବରରୁ ସଂଗୃହିତ ଫର୍ମେଟ୍ ପରିମାଣ ନଗଣ୍ୟ, ପ୍ରାୟ ଦୁଇ ପରିମାଣ କମ୍, ଏବଂ SC ର ମୋଟ ପରିମାଣର 0.5% ରୁ କମ୍।
ଏଠାରେ ବ୍ୟବହୃତ ନିରନ୍ତର ପରିବହନ ମଡେଲ୍ ସମାନ ସିଷ୍ଟମ 34 ଉପରେ ପୂର୍ବ କାର୍ଯ୍ୟ ଉପରେ ଆଧାରିତ। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନିକ୍ ଏବଂ ଆୟନିକ ଭାବରେ ପରିଚାଳିତ ପର୍ଯ୍ୟାୟଗୁଡ଼ିକରେ ଜଳ ସାନ୍ଦ୍ରତା ଏବଂ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଷ୍ଟାକ୍ଟିକ୍ ବିଭବ ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରିବା ପାଇଁ ପୋଇସନ୍-ନର୍ଷ୍ଟ-ପ୍ଲାଙ୍କ୍ (PNP) ସମୀକରଣର ଏକ ଯୁଗ୍ମ ସିଷ୍ଟମ ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। SI ରେ ଅନ୍ତର୍ନିହିତ ସମୀକରଣ ଏବଂ ମଡେଲ୍ ଜ୍ୟାମିତିର ଏକ ବିସ୍ତୃତ ସାରାଂଶ ଦିଆଯାଇଛି।
ଏହି ସିଷ୍ଟମ ଆଠଟି ଜଳୀୟ ପଦାର୍ଥର ସାନ୍ଦ୍ରତା ନିର୍ଣ୍ଣୟ କରେ (\({{{{{{\rm{C}}}}}}}}{{{{{{\rm{O}}}}}}}_{2 \left ({{{{{{\rm{aq}}}}}}}}\right)}\), \({{{{{{\rm{H}}}}}}^{+ }\), \ ({{{{{{\rm{O}}}}}}}}^{-}\), \({{{{{{\rm{HCO}}}}}}_{3}^{-}\), \({{{{{\rm{CO}}}}}}_{3}^{ 2-} \ ), \ ({{{{{\rm{HCOOH}}}}}}}}}), \({{{{{{{\rm{HCOO}}}}}}}^{-) }\) ଏବଂ \({{{{{{{\rm{K}}}}}^{+}}), ଆୟନିକ ପରିଚାଳନ ପର୍ଯ୍ୟାୟ (\({\phi }_{I}\)) ଏବଂ ଆନୋଡିକ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡିକ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ ପରିଚାଳନାରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଷ୍ଟାଟିକ୍ ବିଭବ। ପର୍ଯ୍ୟାୟ (\({\phi }_{A}\) ଏବଂ \({\phi }_{C}\) ରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଷ୍ଟାଟିକ୍ ବିଭବ ଯଥାକ୍ରମେ)। ଏହା ବଦଳରେ, ସ୍ଥାନୀୟ ବୈଦ୍ୟୁତିକ ନିରପେକ୍ଷତା କିମ୍ବା ଚାର୍ଜ ବଣ୍ଟନ କାର୍ଯ୍ୟଗୁଡ଼ିକ ସାକାର ହୁଏ ନାହିଁ, ସ୍ପେସ୍ ଚାର୍ଜ କ୍ଷେତ୍ରକୁ ସିଧାସଳଖ ପୋଇସନଙ୍କ ସମୀକରଣ ବ୍ୟବହାର କରି ସମାଧାନ କରାଯାଏ; ଏହି ପଦ୍ଧତି ଆମକୁ CEM|AEM, CEM|ପୋର, ଏବଂ AEM|ପୋର ଇଣ୍ଟରଫେସରେ ଡୋନାନ୍ ବିକର୍ଷଣ ପ୍ରଭାବକୁ ସିଧାସଳଖ ମଡେଲ୍ କରିବାକୁ ଅନୁମତି ଦିଏ। ଏହା ସହିତ, ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଆନୋଡିକ୍ ଏବଂ କ୍ୟାଥୋଡିକ୍ ସ୍ତରଗୁଡ଼ିକରେ ଚାର୍ଜ ପରିବହନକୁ ବର୍ଣ୍ଣନା କରିବା ପାଇଁ ପୋରସ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ତତ୍ତ୍ୱ (PET) ବ୍ୟବହୃତ ହୁଏ। ଲେଖକଙ୍କ ଜ୍ଞାନର ସର୍ବୋତ୍ତମ ଅନୁସାରେ, ଏହି କାର୍ଯ୍ୟ ଏକାଧିକ ସ୍ପେସ୍ ଚାର୍ଜ କ୍ଷେତ୍ର ସହିତ ସିଷ୍ଟମରେ PET ର ପ୍ରଥମ ପ୍ରୟୋଗକୁ ପ୍ରତିନିଧିତ୍ୱ କରେ।
8.0 keV ଏକ୍ସ-ରେ ଉତ୍ସ, ଅବଶୋଷଣ ଏବଂ ପ୍ରଶସ୍ତ କ୍ଷେତ୍ର ମୋଡ୍ ଏବଂ ପ୍ରତିଛବି ମିଶ୍ରଣ ସହିତ Zeiss Xradia 800 Ultra ବ୍ୟବହାର କରି GDE BOT ଏବଂ EOT କ୍ୟାଥୋଡ୍ ନମୁନାଗୁଡ଼ିକୁ ପରୀକ୍ଷା କରାଯାଇଥିଲା। 50 ସେକେଣ୍ଡର ଏକ୍ସପୋଜର ସମୟ ସହିତ -90° ରୁ 90° ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ 901 ପ୍ରତିଛବି ସଂଗ୍ରହ କରାଯାଇଥିଲା। 64 nm ର ଭୋକ୍ସେଲ ଆକାର ସହିତ ଏକ ବ୍ୟାକ୍ ପ୍ରୋଜେକ୍ସନ ଫିଲ୍ଟର ବ୍ୟବହାର କରି ପୁନଃନିର୍ମାଣ କରାଯାଇଥିଲା। ସ୍ୱତନ୍ତ୍ର ଭାବରେ ଲିଖିତ କୋଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ବିଭାଜନ ଏବଂ କଣିକା ଆକାର ବଣ୍ଟନର ବିଶ୍ଳେଷଣ କରାଯାଇଥିଲା।
ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପିକ୍ ଚରିତ୍ରୀକରଣରେ ଏକ ହୀରା ଛୁରୀ ସାହାଯ୍ୟରେ ଅଲ୍ଟ୍ରାଥିନ୍ ସେକ୍ସନିଂ ପାଇଁ ପ୍ରସ୍ତୁତି ପାଇଁ ପରୀକ୍ଷଣ MEAଗୁଡ଼ିକୁ ଇପୋକ୍ସି ରେଜିନରେ ଏମ୍ବେଡ୍ କରିବା ଅନ୍ତର୍ଭୁକ୍ତ। ପ୍ରତ୍ୟେକ MEAର କ୍ରସ୍ ସେକ୍ସନକୁ 50 ରୁ 75 nm ଘନତାରେ କଟାଯାଇଥିଲା। ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (STEM) ଏବଂ ଶକ୍ତି-ବିସ୍ତାରକ ଏକ୍ସ-ରେ ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି (EDS) ମାପ ସ୍କାନିଂ ପାଇଁ ଏକ Talos F200X ଟ୍ରାନ୍ସମିସନ୍ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋନ୍ ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପି (ଥର୍ମୋ ଫିସର ସାଇଣ୍ଟିଫିକ୍) ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ମାଇକ୍ରୋସ୍କୋପଟି 4ଟି ଝରକାହୀନ SDD ଡିଟେକ୍ଟର ସହିତ ଏକ EDS ସୁପର-X ସିଷ୍ଟମ ସହିତ ସଜ୍ଜିତ ଏବଂ 200 kV ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ।
40 kV ଏବଂ 40 mA ରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା Ni-ଫିଲ୍ଟରଯୁକ୍ତ Cu Kα ବିକିରଣ ସହିତ ଏକ Bruker Advance D8 ପାଉଡର X-ରେ ଡିଫ୍ରାକ୍ଟମିଟରରେ ପାଉଡର ଏକ୍ସ-ରେ ଡିଫ୍ରାକ୍ଟ ପ୍ୟାଟର୍ଣ୍ଣ (PXRD) ପ୍ରାପ୍ତ ହୋଇଥିଲା। ସ୍କାନିଂ ପରିସର 10° ରୁ 60°, ପଦକ୍ଷେପ ଆକାର 0.005°, ଏବଂ ତଥ୍ୟ ଅଧିଗ୍ରହଣ ଗତି ପ୍ରତି ପଦକ୍ଷେପ 1 ସେକେଣ୍ଡ।
Bi2O3 Bi L3 ଉତ୍ପ୍ରକାଶକର ଧାରରେ ଥିବା RAS ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ କୁ ଏକ ଘରୋଇ କୋଷ ବ୍ୟବହାର କରି ବିଭବ କାର୍ଯ୍ୟ ଭାବରେ ମାପ କରାଯାଇଥିଲା। Bi2O3 ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଆୟନୋମର କାଳି 26.1 mg Bi2O3 ସହିତ 156.3 μL ଆୟନୋମର ଦ୍ରବଣ (6.68%) ମିଶ୍ରିତ କରି ପ୍ରସ୍ତୁତ କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ 1 M KOH, ଜଳ (157 μL) ଏବଂ ଆଇସୋପ୍ରୋପିଲ୍ ଆଲକୋହଲ (104 μL) ସହିତ ନିରପେକ୍ଷ କରାଯାଇଥିଲା ଯାହା ଦ୍ୱାରା ଆୟୋନୋମର କାଳି ପାଇଥିଲା। ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଗୁଣାଙ୍କ 0.4। Bi2O3 ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ଲୋଡିଂ 0.5 mg/cm2 ରେ ପହଞ୍ଚିବା ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଆୟତାକାର ସ୍ଥାନ (10×4 mm) ରେ ଗ୍ରାଫିନ ସିଟ୍ ଉପରେ କାଳି ପ୍ରୟୋଗ କରାଯାଇଥିଲା। ଏହି ଅଞ୍ଚଳଗୁଡ଼ିକୁ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ରୁ ପୃଥକ କରିବା ପାଇଁ ଗ୍ରାଫିନ ସିଟ୍ ର ଅବଶିଷ୍ଟ ଅଂଶକୁ କାପଟନ୍ ସହିତ ଆବୃତ କରାଯାଇଥିଲା। ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ-ଆବୃତ ଗ୍ରାଫିନ ସିଟ୍ ଦୁଇଟି PTFE ମଧ୍ୟରେ ଭର୍ତି କରାଯାଇଥିଲା ଏବଂ ସ୍କ୍ରୁ ସହିତ କୋଷ ଶରୀର (PEEK) ରେ ସୁରକ୍ଷିତ କରାଯାଇଥିଲା, ଚିତ୍ର S8। Hg/HgO (1 M NaOH) ରେଫରେନ୍ସ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିଥିଲା, ଏବଂ କାର୍ବନ କାଗଜ କାଉଣ୍ଟର ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରିଥିଲା। ସମସ୍ତ ମାପ କରାଯାଇଥିବା ବିଭବକୁ ଏକ ପ୍ରତିବର୍ତ୍ତନୀୟ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ (RHE) ସ୍କେଲରେ ରୂପାନ୍ତରିତ କରିବା ପାଇଁ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ-ସାଚୁରେଟେଡ୍ 0.1 M KOH ରେ ବୁଡ଼ାଯାଇଥିବା ପ୍ଲାଟିନମ୍ ତାର ବ୍ୟବହାର କରି Hg/HgO ସନ୍ଦର୍ଭ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍‌କୁ କ୍ୟାଲିବ୍ରେଟ୍ କରାଯାଇଥିଲା। 0.1 M KOH ରେ ବୁଡ଼ାଯାଇଥିବା Bi2O3/ଗ୍ରାଫିନ୍ ସିଟ୍ କାମ କରୁଥିବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍‌ର ବିଭବକୁ 30 °C ରେ ଗରମ କରି XRD ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରା ପ୍ରାପ୍ତ କରାଯାଇଥିଲା। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ବ୍ୟାଟେରୀରେ ପରିକ୍ରମା କରେ, କୋଷର ତଳ ଭାଗରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଇନଲେଟ୍ ଏବଂ ଉପର ଭାଗରେ ଆଉଟଲେଟ୍ ସହିତ ନିଶ୍ଚିତ କରେ ଯେ ବବଲ୍ ଗଠନ ହେବା ସମୟରେ ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଲାଇଟ୍ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ତର ସହିତ ଯୋଗାଯୋଗ କରେ। କାର୍ଯ୍ୟ କରୁଥିବା ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡ୍ ବିଭବକୁ ନିୟନ୍ତ୍ରଣ କରିବା ପାଇଁ ଏକ CH ଉପକରଣ 760e ପୋଟେଣ୍ଟିଓଷ୍ଟାଟ୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ବିଭବ କ୍ରମ ଏକ ଖୋଲା ସର୍କିଟ୍ ବିଭବ ଥିଲା: -100, -200, -300, -400, -500, -800, -850, -900, -1000, -1100, -1500 ଏବଂ +700 mV RHE ଉପରେ ନିର୍ଭର କରେ। ସମସ୍ତ iR ବିଭବକୁ ଆଡଜଷ୍ଟ କରାଯାଇଛି।
Bi L3 ଧାର (~13424 eV Bi ଧାତୁ ପାଇଁ) ଏକ୍ସ-ରେ ଅବଶୋଷଣ ସୂକ୍ଷ୍ମ ଗଠନ (XAFS) ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରୋସ୍କୋପି ଚ୍ୟାନେଲ 10-ID, ଆଡଭାନ୍ସଡ୍ ଫୋଟନ୍ ସୋର୍ସ (APS), ଆର୍ଗୋନ୍ ନ୍ୟାସନାଲ୍ ଫ୍ଲୋରୋସେନ୍ସ ଲାବୋରେଟୋରୀରେ କରାଯାଇଥିଲା। ନ୍ୟାସନାଲ୍ ମଡେଲ୍ ମାପ ଲାବୋରେଟୋରୀ। ଏକ୍ସ-ରେ ଶକ୍ତିକୁ ଟ୍ୟୁନ୍ କରିବା ପାଇଁ ତରଳ ନାଇଟ୍ରୋଜେନ୍ ସହିତ ଥଣ୍ଡା ହୋଇଥିବା ଏକ ଦୁଇ-କ୍ରିଷ୍ଟାଲ୍ Si(111) ମୋନୋକ୍ରୋମେଟର୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା, ଏବଂ ହାର୍ମୋନିକ୍ ବିଷୟବସ୍ତୁକୁ କମ କରିବା ପାଇଁ ଏକ ରୋଡିଆମ୍-ଆବୃତ ଦର୍ପଣ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। ସ୍କାନ ଶକ୍ତି 13200 ରୁ 14400 eV ପର୍ଯ୍ୟନ୍ତ ଭିନ୍ନ ଥିଲା, ଏବଂ ଫିଲ୍ଟର କିମ୍ବା ସୋଲର ସ୍ଲିଟ୍ ବିନା 5 × 5 ସିଲିକନ୍ PIN ଡାୟୋଡ୍ ଆରେ ବ୍ୟବହାର କରି ଫ୍ଲୋରୋସେନ୍ସ ମାପ କରାଯାଇଥିଲା। ଦ୍ୱିତୀୟ ଡେରିଭେଟିଭ୍‌ର ଶୂନ୍ୟ କ୍ରସିଂ ଶକ୍ତି Pt ଫଏଲ୍‌ର L2 ଧାର ଦେଇ 13271.90 eV ରେ କ୍ୟାଲିବ୍ରେଟ୍ କରାଯାଇଛି। ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋକେମିକାଲ୍ କୋଷର ଘନତା ଯୋଗୁଁ, ରେଫରେନ୍ସ ମାନକର ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରାମକୁ ଏକକାଳୀନ ମାପ କରିବା ସମ୍ଭବ ନଥିଲା। ତେଣୁ, ପରୀକ୍ଷଣ ସମୟରେ ବାରମ୍ବାର ମାପ ଉପରେ ଆଧାରିତ ଘଟଣା ଏକ୍ସ-ରେ ଶକ୍ତିରେ ଗଣନା କରାଯାଇଥିବା ସ୍କାନ-ଟୁ-ସ୍କାନ ପରିବର୍ତ୍ତନ ±0.015 eV। Bi2O3 ସ୍ତରର ଘନତା ଫ୍ଲୋରୋସେନ୍ସର ଏକ ନିର୍ଦ୍ଦିଷ୍ଟ ଡିଗ୍ରୀ ସ୍ୱ-ଅଶୋଷଣକୁ ନେଇଯାଏ; ଇଲେକ୍ଟ୍ରୋଡଗୁଡ଼ିକ ଘଟଣା ବିମ୍ ଏବଂ ଡିଟେକ୍ଟର ସାପେକ୍ଷରେ ଏକ ସ୍ଥିର ଦିଗ ବଜାୟ ରଖେ, ଯାହା ସମସ୍ତ ସ୍କାନକୁ ପ୍ରାୟ ସମାନ କରିଥାଏ। ଆଥେନା ସଫ୍ଟୱେର୍ (ସଂସ୍କରଣ 0.9.26) ର ରେଖୀୟ ମିଶ୍ରଣ ଫିଟିଂ ଆଲଗୋରିଦମ ବ୍ୟବହାର କରି Bi ଏବଂ Bi2O3 ମାନକର XANES କ୍ଷେତ୍ର ସହିତ ତୁଳନା କରି ନିକଟ-କ୍ଷେତ୍ର XAFS ସ୍ପେକ୍ଟ୍ରମ୍ ବ୍ୟବହାର କରାଯାଇଥିଲା। IFEFFIT 44 କୋଡ୍ ଦ୍ୱାରା।
ଏହି ପ୍ରବନ୍ଧରେ ଥିବା ସଂଖ୍ୟାଗୁଡ଼ିକୁ ସମର୍ଥନ କରୁଥିବା ତଥ୍ୟ ଏବଂ ଏହି ଅଧ୍ୟୟନର ଅନ୍ୟାନ୍ୟ ନିଷ୍କର୍ଷ ସମ୍ପୃକ୍ତ ଲେଖକଙ୍କ ଠାରୁ ଯୁକ୍ତିଯୁକ୍ତ ଅନୁରୋଧରେ ଉପଲବ୍ଧ।
କ୍ରାଣ୍ଡାଲ୍ ବିଏସ୍, ବ୍ରିକ୍ସ ଟି., ୱେବର ଆରଏସ୍ ଏବଂ ଜିଆଓ ଏଫ୍. ସବୁଜ ଗଣମାଧ୍ୟମ ଯୋଗାଣ ଶୃଙ୍ଖଳର ଟେକ୍ନୋ-ଅର୍ଥନୈତିକ ମୂଲ୍ୟାଙ୍କନ H2. ଶକ୍ତି ଇନ୍ଧନ 37, 1441–1450 (2023)।
ୟୁନାସ୍ ଏମ୍, ରେଜାକାଜେମି ଏମ୍, ଆରବାବ୍ ଏମ୍ଏସ୍, ଶାହ ଜେ ଏବଂ ରେହମାନ ଭି. ଗ୍ରୀନ୍ ହାଇଡ୍ରୋଜେନ୍ ଷ୍ଟୋରେଜ୍ ଏବଂ ଡେଲିଭରି: ଅତ୍ୟନ୍ତ ସକ୍ରିୟ ସମଜାତୀୟ ଏବଂ ବିଷମ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ବ୍ୟବହାର କରି ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଡିହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନ୍। ଆନ୍ତର୍ଜାତୀୟତା। ଜେ. ଗିଡ୍ରୋଗ୍। ଏନର୍ଜି 47, 11694–11724 (2022)।
ନି, ଆର. ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ। ବିଷମ ପରିବର୍ତ୍ତନ ଧାତୁ ଉତ୍ପ୍ରକାଶକଙ୍କ ଉପରେ ଫର୍ମିକ ଏସିଡର ଉତ୍ପ୍ରକାଶକ ସ୍ଥାନାନ୍ତର ହାଇଡ୍ରୋଜେନେସନରେ ସାମ୍ପ୍ରତିକ ପ୍ରଗତି। AKS ତାଲିକା। 11, 1071–1095 (2021)।
ରହିମି, ଏ., ଉଲବ୍ରିଚ୍, ଏ., କୁହନ୍, ଜେଜେ, ଏବଂ ଷ୍ଟାହଲ୍, ଏସଏସ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍-ପ୍ରେରିତ ଡିପଲିମରାଇଜେସନ୍ ଅକ୍ସିଡାଇଜ୍ଡ ଲିଗ୍ନିନ୍‌କୁ ସୁଗନ୍ଧିତ ଯୌଗିକରେ ପରିଣତ କରିବା। ପ୍ରକୃତି 515, 249–252 (2014)।
ସ୍କୁଲର ଇ. ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ। ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ CO 2 ବ୍ୟବହାର ପାଇଁ ଏକ ପ୍ରମୁଖ ମଧ୍ୟବର୍ତ୍ତୀ ଭାବରେ କାର୍ଯ୍ୟ କରେ। ସବୁଜ। ରାସାୟନିକ। 24, 8227–8258 (2022)।
ଝୋଉ, ଏଚ୍. ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ। କାର୍ବୋହାଇଡ୍ରେଟ୍ ଏବଂ ଲିଗ୍ନିନ୍ ପରିମାଣର ସାମଗ୍ରିକ ବୃଦ୍ଧି ପାଇଁ ପ୍ରବାହ-ମାଧ୍ୟମ ଫର୍ମିକ ଏସିଡ୍ ବ୍ୟବହାର କରି ବାୟୋମାସର ଦ୍ରୁତ ଅଣ-ବିନାଶକାରୀ ଅଂଶକରଣ (≤15 ମିନିଟ୍)। ରସାୟନ ଏବଂ ରସାୟନ ବିଜ୍ଞାନ 12, 1213–1221 (2019)।
କାଲଭି, ସିଏଚ୍ ଏବଂ ଅନ୍ୟାନ୍ୟ। ଅନୁକୂଳିତ ପରୀକ୍ଷାଗାର ବିକାଶମୂଳକ ସୂଚନା ଇଞ୍ଜିନିୟରିଂ ବ୍ୟବହାର କରି ଫର୍ମେଟରେ କପ୍ରିଆଭିଡସ୍ ନେକେଟର୍ H16 ର ବର୍ଦ୍ଧିତ ଅଭିବୃଦ୍ଧି। ମେଟାବୋଲାଇଟ୍ସ। ଇଞ୍ଜିନିୟର। 75, 78-90 (2023)।
ଇସାଇ, ଓ. ଏବଂ ଲିଣ୍ଡନର, ଏସଏନ ଗୋଞ୍ଜାଲେଜ୍ ଡେ ଲା କ୍ରୁଜ୍, ଜେ., ଟେନେନବୋଇମ୍, ଏଚ୍. ଏବଂ ବାର୍-ଇଭେନ୍, ଏ. ଫର୍ମାଟେଡ୍ସଙ୍କ ଜୈବ ଅର୍ଥନୀତି। ବର୍ତ୍ତମାନ। ମତ। ରାସାୟନିକ। ଜୀବବିଜ୍ଞାନ। ୩୫, ୧-୯ (୨୦୧୬)।