Летучая зола усилила электрокаталитические свойства противоэлектродов PEDOT:PSS для восстановления трийодидов в красителе.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6012 (2023) Цитировать эту статью

588 Доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Твердые отходы летучей золы электростанции впервые были применены в солнечных батареях. Ракельный нож использовался для покрытия FTO-стекла композитной пленкой из смеси летучей золы и PEDOT:PSS (FP). Анализы XRD, FTIR, SEM, EDX и BET использовались для выяснения кристаллической структуры, морфологии и функциональных групп летучей золы в текущем исследовании. С использованием летучей золы был изготовлен значительно более эффективный солнечный элемент. Анализы CV, Tafel и EIS показали снижение сопротивления переносу заряда и повышение каталитической активности в противоэлектродах. Характеристики DSSC, изготовленных из противоэлектродов FP, варьировались в зависимости от процентного содержания частиц летучей золы. Летучая зола, смешанная с PEDOT:PSS в соотношении концентраций 2:5 г/мл, показала высокую эффективность - 4,23%, что сопоставимо с Pt DSSC (4,84%). Более того, FP-2:5 представляет собой более высокоэффективный электрод, чем противоэлектроды, изготовленные из PEDOT:PSS, смешанного с MoO (3,08%) и CoO (3,65%). Пригодность этого недорогого CE-материала для использования в DSSC была установлена.

Сенсибилизированные красителем солнечные элементы (DSSC), альтернативная форма планирующих кремниевых солнечных элементов, широко исследовались из-за их низкой стоимости, простоты изготовления, простоты и универсальности конструкции. В DSSC рабочий электрод (РЭ) обычно формируется из пористых наночастиц диоксида титана с красителем N719 в качестве сенсибилизатора, йодида (\({\text{I}}^{ - } \))/трийодида (\({ \text{I}}_{3}^{ - }\)) окислительно-восстановительный электролит и платина (Pt) в качестве противоэлектрода (CE)1,2,3,4.

В настоящее время целью разработки DSSC является достижение высокой эффективности и снижение производственных затрат, что является новой задачей для исследователей. Углеродная сажа5, многостенные углеродные нанотрубки6, проводящие полимеры7, активный уголь8 и металлооксидные материалы9,10, а также сульфидные материалы11 использовались для замены дорогой каталитической платины из-за их высокой электропроводности, химической стойкости, электрокаталитических свойств и низкой стоимости. Наши исследования сосредоточены на разработке новых недорогих и экологически чистых материалов CE, не содержащих Pt, а также на рассмотрении переработки отходов путем включения твердых отходов электростанций. В провинции Лампанг на севере Таиланда электростанция Мае Мох использует большое количество угля в качестве источника энергии. В результате образуется большое количество твердых отходов в виде летучей золы, зольного остатка и гипса. Однако количество золы и гипса обычно намного меньше, чем летучей золы12. Разработка методов удаления или эффективной эксплуатации летучей золы была непростой задачей для исследователей. В настоящее время летучая зола в основном используется в качестве сырья для производства цемента, бетона и наращивания грунта благодаря ее превосходной адгезии, устойчивости к коррозии и прочности на сжатие13,14. С другой стороны, нет исследований, в которых бы применялась летучая зола электростанции для использования в солнечных элементах. Это может быть связано с его плохой проводимостью. Однако его высокая стойкость к электролитной коррозии и легкость образования связей делают его привлекательным материалом. Более того, сообщалось, что использование летучей золы в качестве композиционного материала может повысить стабильность и электрокаталитические свойства. Например, по данным Thirumalai et al.15, загруженный летучей золой оксид цинка демонстрирует более высокую электрокаталитическую активность и электрохимическую стабильность, чем голый катализатор ZnO, из-за его увеличенной эффективной площади поверхности. Кроме того, нанокомпозиты летучей золы и TiO2 (FA-TiO2), разработанные Алталхи и др.16, продемонстрировали превосходные электрохимические каталитические характеристики для реакции выделения водорода (HER) в щелочном растворе. В результате приготовленный катализатор FA-TiO2 имеет больше активных каталитических центров, которые могут производить H2 и катодную активацию. Таким образом, более высокие электрохимические свойства и стабильность катализаторов на основе летучей золы имеют решающее значение в их применениях DSSC. Одним из подходов к улучшению свойств летучей золы является объединение ее с проводящими полимерами17. Во многих предыдущих исследованиях сообщалось об использовании проводящих полимеров для КЭ в DSSC, таких как поли(3,4-этилендиокситиофен) (PEDOT)18, полипиррол (PPy)19, поли(3,4-этилендиокситиофен):полистиролсульфонат (PEDOT:PSS). )20, поливинилиденфторид (ПВДФ)21 или поли(винилпирролидон)/полианилин (ПВП/ПАНИ)22. Эти полимеры обладают хорошими противоэлектродными свойствами для DSSC. В других ранних исследованиях23,24 для улучшения электрокаталитической активности CE к проводящим полимерным пленкам добавлялись наночастицы и микрочастицы оксидов металлов или оксидов неметаллов. В 2012 году Майогри и др.25 разработали противоэлектрод, состоящий из TiO2, смешанного с PEDOT:PSS. Его наносили с помощью ракеля, что дало высокую эффективность 8,49%, что сравнимо с Pt CE (7,50%), поскольку наночастицы TiO2 могут увеличить поверхность полимера для усиления окислительно-восстановительных реакций пленки. ЭЭ с высокой эффективностью 6,50% (Pt CE составляло 6,48%) был создан Сюй и др.26 с использованием нанопористой композитной пленки TiO2/SnO2 в сочетании с PEDOT:PSS. Благодаря более активным центрам восстановления \({\text{I}}_{3}^{ - }\) полученная композитная пленка TiO2/SnO2/PEDOT:PSS проявляет лучшую каталитическую активность при восстановлении трииодидов, чем исходный PEDOT. :PSS фильм. Это приводит к значительному увеличению коэффициента заполнения материала и эффективности ячеек. Пористый rGO/ZnSe/CoSe2 в сочетании с противоэлектродом PEDOT:PSS, созданным Тапа и др.27, имел высокую эффективность солнечного элемента 8,60% и превосходил платинированные CE (7,14%) с точки зрения каталитической активности для \({\text {I}}^{ - } /{\text{I}}_{3}^{ - }\) окислительно-восстановительная реакция. Ахмед и др.28 создали композит MoS2/NC с PEDOT:PSS. PCE устройства с композитным ЭЭ MoS2/NC-PEDOT:PSS с большей площадью поверхности было на 7,67% выше, что привело к более высоким электрокаталитическим характеристикам, чем у простых ЭЭ PEDOT:PSS (4,11%). Недавно в нашем исследовании использовался активированный уголь из сельскохозяйственных отходов в сочетании с PEDOT:PSS с эффективностью DSSC 5,85%, более высокой электрокаталитической активностью для \({\text{I}}_{3}^{ - }\) восстановления, проводимости и более высокой проводимости. эффективность, чем Pt CE (5,43%)29. Таким образом, смешивание летучей золы с PEDOT:PSS может увеличить количество активных центров, каталитические свойства и эффективность DSSC.