Photo-Fuel-Cells: An Alternative Route for Solar Energy Conversion

Αντωνιάδου, Μαρία; Lianos, Panagiotis

doi:10.1007/978-1-4939-1628-3_7

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“…A sinergia existente de adicionar Glc e H2O2 na solução eletrolítica ocorreria pelo incremento da velocidade de oxidação da glicose pelo peróxido de hidrogênio, que permite sequestrar uma maior quantidade de buracos fotogerados no W-BiVO4/V2O5 quando é iluminado, o que foi demonstrado através da cronoamperometria que teve um decaimento menor ao 0,02%. De forma geral, como explicado nas Equações 4.7 e 4.8, quando é utilizado Glc em meio básico os íons − podem capturar os buracos fotogerados em uma proporção de 24 h + por cada molécula de Glc (ANTONIADOU; LIANOS, 2014;LIANOS, 2011). Por outro lado, o incremento da velocidade de oxidação da glicose, pela sinergia com H2O2, permitiria injetar uma maior quantidade de elétrons desde a interface eletrodo/eletrólito passando pelo fotoanodo até o circuito externo, desta forma criando um efeito potenciador que incrementa a geração de fotocorrente de forma exponencial "Powered Current", que dependeria da oxidação constante de Glc, para formas mais oxidadas, e que uma incrementada fotocorrente somente poderia manter-se até o esgotamento da Glc como combustível.…”

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Desenvolvimento de fotocélulas de glicose/H2O2 usando fotoanodos à base de W-BiVO4/V2O5 para geração de eletricidade

Piñas¹,

Agustin²

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A crescente preocupação sobre os impactos ambientais associados à utilização de combustíveis fósseis que, também em razão da crescente demanda energética global, vem ganhado escala e tem desafiado pesquisas ao desenvolvimento de fontes energéticas não convencionais. Nos últimos anos, pesquisas relacionadas ao aproveitamento de bagaço de cana-de-açúcar têm sido intensificadas, principalmente com enfoque na produção de etanol de segunda geração (E2G). Impõe-se, pois, a diversificação de opções energéticas para o aproveitamento da glicose proveniente do hidrolisado celulósico do bagaço de cana-de-açúcar. Por outro lado, as fotocélulas a combustível (PFC) têm atraído interesse especial pela sua capacidade de aproveitar a energia solar e a energia da biomassa simultaneamente para a geração de eletricidade. Assim, o emprego de fotoanodos à base do semicondutor W-BiVO4/V2O5 tem recentemente se apresentado como uma alternativa em dispositivos fotoeletroquímicos. Diferentes estratégias foram utilizadas para conseguir a melhora física do material semicondutor e elevadas densidades de fotocorrente no dispositivo. Nesse sentido, a utilização de sequestradores de buracos que podem ser utilizados, por sua vez, como combustíveis em PFC, apresentam-se como uma alternativa, que, além de possíveis melhoras físicas do semicondutor, podem incrementar a fotocorrente e, consequentemente, melhorar os parâmetros de desempenho das PFC. A presente pesquisa tem por objetivo o desenvolvimento de uma PFC capaz de aproveitar glicose (Glc) e H2O2, com a finalidade de gerar eletricidade para ser aproveitada em dispositivos elétricos. Metodologicamente a pesquisa está baseada, num primeiro momento, na síntese e caracterização do semicondutor W-BiVO4/V2O5; posteriormente, os testes fotoeletroquímicos buscam atingir parâmetros ótimos de geração de fotocorrente. Finalmente, os melhores sistemas baseados na utilização da Glc e H2O2 foram testados para avaliar os parâmetros de desempenho da PFC, a partir do qual pode ser realizado o teste robusto e pode-se propor um sistema em configurações de 1,5 V e 12 V, visando a geração de eletricidade. Para os experimentos foi utilizada lâmpada de Xe, 100 mW cm -2 . Os resultados mostram que a utilização de Glc e H2O2 de forma isolada incrementou notavelmente a geração de fotocorrente em 103% e 46%, respectivamente, em referência à utilização da amostra que serve de referência (branco). Por outro lado, o uso simultâneo de Glc/H2O2 revela uma sinergia que permite potencializar a geração de fotocorrente, devido ao sequestro de buracos, oxidação da Glc e, consequentemente, injeção de elétrons ao sistema, permitindo um incremento da fotocorrente de 1700%. Baseado nestes resultados foram alcançados parâmetros de desempenho numa PFC de voltagem de circuito aberto, Voc de 0,48 V, corrente de curto circuito, Jsc de 9,28 mA cm -2 , potência da fotocélula, Pmax de 1,16 mW cm -2 , com uma eficiência de conversão de energia solar em energia elétrica, η de 1,16%, sendo estes resultados muito superiores às pesquisas que envo...

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Desenvolvimento de fotocélulas de glicose/H2O2 usando fotoanodos à base de W-BiVO4/V2O5 para geração de eletricidade

Piñas¹,

Agustin²

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Influence of supporting electrolyte in electricity generation and degradation of organic pollutants in photocatalytic fuel cell

Khalik

Ong

et al. 2016

Environ Sci Pollut Res

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This study investigated the effect of different supporting electrolyte (Na2SO4, MgSO4, NaCl) in degradation of Reactive Black 5 (RB5) and generation of electricity. Zinc oxide (ZnO) was immobilized onto carbon felt acted as photoanode, while Pt-coated carbon paper as photocathode was placed in a single chamber photocatalytic fuel cell, which then irradiated by UV lamp for 24 h. The degradation and mineralization of RB5 with 0.1 M NaCl rapidly decreased after 24-h irradiation time, followed by MgSO4, Na2SO4 and without electrolyte. The voltage outputs for Na2SO4, MgSO4 and NaCl were 908, 628 and 523 mV, respectively, after 24-h irradiation time; meanwhile, their short-circuit current density, J SC, was 1.3, 1.2 and 1.05 mA cm(-2), respectively. The power densities for Na2SO4, MgSO4 and NaCl were 0.335, 0.256 and 0.245 mW cm(-2), respectively. On the other hand, for without supporting electrolyte, the voltage output and short-circuit current density was 271.6 mV and 0.055 mA cm(-2), respectively. The supporting electrolyte NaCl showed greater performance in degradation of RB5 and generation of electricity due to the formation of superoxide radical anions which enhance the degradation of dye. The mineralization of RB5 with different supporting electrolyte was measured through spectrum analysis and reduction in COD concentration.

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Influence of supporting electrolyte in electricity generation and degradation of organic pollutants in photocatalytic fuel cell

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