Water electrolysis holds great potential as a method for producing renewable hydrogen fuel at large-scale, and to replace the fossil fuels responsible for greenhouse gases emissions and global climate change. To reduce the cost of hydrogen and make it competitive against fossil fuels, the efficiency of green hydrogen production should be maximized. This requires superior electrocatalysts to reduce the reaction energy barriers. The development of catalytic materials has mostly relied on empirical, trial-and-error methods because of the complicated, multidimensional, and dynamic nature of catalysis, requiring significant time and effort to find optimized multicomponent catalysts under a variety of reaction conditions. The ultimate goal for all researchers in the materials science and engineering field is the rational and efficient design of materials with desired performance. Discovering and understanding new catalysts with desired properties is at the heart of materials science research. This process can benefit from machine learning (ML), given the complex nature of catalytic reactions and vast range of candidate materials. This review summarizes recent achievements in catalysts discovery for the hydrogen evolution reaction (HER) and oxygen evolution reaction (OER). The basic concepts of ML algorithms and practical guides for materials scientists are also demonstrated. The challenges and strategies of applying ML are discussed, which should be collaboratively addressed by materials scientists and ML communities. The ultimate integration of ML in catalyst development is expected to accelerate the design, discovery, optimization, and interpretation of superior electrocatalysts, to realize a carbon-free ecosystem based on green hydrogen.
Guanghui Wang;Yaorui Li ;Mingjian He ;Meng Zhang ;Yang Gao ;Hui He ;Caishan Jiao
Nuclear Engineering and Technology
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v.55
no.5
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pp.1644-1650
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2023
In spent fuel reprocessing, UO2(DBP)2 (U-DBP) can be deposited in stainless steel equipment. U-DBP must be removed by dissolution and the process must not cause corrosion to stainless steel. This study was conducted to find the best scheme for dissolution. U-DBP was manufactured by the titrimetric sedimentation method. The effects of different factors on the dissolution of U-DBP were investigated. For example, solid-liquid ratio, hydrazine carbonate solutions with different mass components, mixed solutions containing different concentrations of H2O2, and different carbonates. The results indicated that U-DBP does not have a regular crystal morphology. With the increase of the solid-liquid ratio and the mass fraction of hydrazine carbonate, the concentration of U(VI) at the dissolution equilibrium increases gradually. The addition of H2O2 has a great promotion effect on the dissolution. However, when the concentration of H2O2 is greater than 0.5 M, the dissolution solution may have an erosive effect on the stainless steel. (NH4)2CO3 can increase the dissolution capacity of dissolved U-DBP, but it may also accelerate the corrosion of stainless steel.
The urania-gadolinia fuels were dissolved with nitric acid. The analytical conditions of ICP-AES for the direct determinations of gadolinium in the uranium matrices without separation process were investigated. Based on the effect of uranium on gadolinium intensity, the best wavelength for gadolinium was 336.223 nm. The relative deviation of two methods, direct and indirect measurements with anion exchange chromatography, was less than 5 %. Therefore it was possible for this procedure directly to measure 5~10 wt.% of gadolinium in urania-gadolinia fuels without separation by ICP-AES.
MI-HWA LEE;DONGGEUN YOO;HYE-RI LEE;IL-CHAI NA;KWONPIL PARK
Journal of Hydrogen and New Energy
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v.34
no.6
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pp.673-681
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2023
Hydrocarbon-based polymer membranes to replace perfluorinated polymer membranes are being continuously researched. However, hydrocarbon-based membranes have a problem in that they are less durable than fluorine-based membranes. In this study, we sought to compare the annealing effect to improve the durability of sulfonated poly(ether ether ketone) (SPEEK). After membranes formation, thermogravimetric analysis and tensile strength were measured to compare changes in membranes properties due to annealing. After manufacturing the membrane and electrode assembly (MEA), the initial performance and chemical durability was compared with unit cell operation. During the 24-hour annealing process, the strength increased due to the increase in-S-O-S-crosslinking, and the sulfonic acid group decreased, leading to a decrease in I-V performance. By annealing, the hydrogen permeability was reduced to less than 1/10 of that of the nafion membrane, and as a result, open circuit voltage (OCV) and durability was improved. The SPEEK membranes annealed for 24 hours showed higher durability than the nafion 211 membranes of the same thickness.
In this work, we performed a comparative study examining two coatings on Ti Gr.1 for use in fuel cell bipolar plates. The coatings consisted of carbon black as the conductor along with acrylic polymer and Ti Sol-Gel binder as the binder. Ti Sol-Gel that had precipitated as TiO2 in areas impregnated between carbon black gaps, thereby acting as a binder for carbon black and serving as a polymer coating. Neither of the coatings peeled off during the 90° bend test to check formability. The contact resistance of the TiO2 coating was found to be lower than that of the polymer binder coating. Moreover, due to coating shrinkage (denser) that occurred during the heat treatment process, the TiO2 binder coating showed almost the same level of corrosion resistance, as measured by potentiostatic and EIS tests, despite being thinner than the polymer coating. However, both the polymer binder coating and the TiO2 binder coating had many pores and irregularities internally (around 10 ~ 100 nm) and on the surface (0.1 ~ 2 ㎛). We considered that these pores and irregularities contributed to the lower corrosion resistance.
Puji Wahyuningsih;Karna Wijaya;Aulia Sukma Hutama;Aldino Javier Saviola;Indra Purnama;Won-Chun Oh;Muhammad Aziz
Korean Journal of Materials Research
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v.34
no.5
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pp.223-234
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2024
This review explores the potential of pillared bentonite materials as solid acid catalysts for synthesizing diethyl ether, a promising renewable energy source. Diethyl ether offers numerous environmental benefits over fossil fuels, such as lower emissions of nitrogen oxides (NOx) and carbon oxides (COx) gases and enhanced fuel properties, like high volatility and low flash point. Generally, the synthesis of diethyl ether employs homogeneous acid catalysts, which pose environmental impacts and operational challenges. This review discusses bentonite, a naturally occurring alumina silicate, as a heterogeneous acid catalyst due to its significant cation exchange capacity, porosity, and ability to undergo modifications such as pillarization. Pillarization involves intercalating polyhydroxy cations into the bentonite structure, enhancing surface area, acidity, and thermal stability. Despite the potential advantages, challenges remain in optimizing the yield and selectivity of diethyl ether production using pillared bentonite. The review highlights the need for further research using various metal oxides in the pillarization process to enhance surface properties and acidity characteristics, thereby improving the catalytic performance of bentonite for the synthesis of diethyl ether. This development could lead to more efficient, environmentally friendly synthesis processes, aligning with sustainable energy goals.
Jian Li;Jing Zhao;Zhihong Liu;Ding She;Heng Xie;Lei Shi
Nuclear Engineering and Technology
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v.56
no.1
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pp.147-159
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2024
Plutonium-238 has always been considered as the one of the promising radioisotopes for space nuclear power supply, which has long half-life, low radiation protection level, high power density, and stable fuel form at high temperatures. The industrial-scale production of 238Pu mainly depends on irradiating solid 237NpO2 target in high flux reactors, however the production process faces problems such as large fission loss and high requirements for product quality control. In this paper, a conceptual design study of producing 238Pu in a multi-purpose high flux reactor was evaluated and analyzed, which includes a sensitivity analysis on 238Pu production and a further study on the irradiation scheme. It demonstrated that the target structure and its location in the reactor, as well as the operation scheme has an impact on 238Pu amount and product quality. Furthermore, the production efficiency could be improved by optimizing target material concentration, target locations in the core and reflector. This work provides technical support for irradiation production of 238Pu in high flux reactors.
Environmental awareness is rising worldwide. however, cement manufacturing facilities use recycled resources to improve raw material and fuel substitution rates, contributing to environmental issues such as waste disposal. The emission of sulfur oxides (SOx), an air pollutant, has been regulated by limestone as raw material in cement manufacturing. However, the impact of increasing use of recycled resources on future facility processes and environmental changes is unclear. Therefore, the cement manufacturing facilities require desulfurization-related technologies and research. In this study, we investigated the applicability of desulfurization technology to cement manufacturing facilities and demonstrated various approaches to applying this technology using byproducts generated in cement manufacturing.
Park, Hwan-Seo;Kim, In-Tae;Kim, Hwan-Young;Kim, Joon-Hyung
Journal of Nuclear Fuel Cycle and Waste Technology(JNFCWT)
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v.5
no.3
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pp.171-177
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2007
This study suggested a new method to stabilize molten salt wastes generated from the pyre-process for the spent fuel treatment. Using conventional sol-gel process, $SiO_2-Al_2O_3-P_2O_5$ (SAP) inorganic material that is reactive to metal chlorides were prepared. In this paper, the reactivity of SAP with the metal chlorides at $650{\sim}850$, the thermal stability of reaction products and their leach-resistance under the PCT-A test method were investigated. Alkali metal chlorides were converted into metal aluminosilicate($LixAlxSi1-_xO_{2-x}$) and metal phosphate($Li_3PO_4\;and\;Cs_2AlP_3O_{10}$) While alkali earth and rare earth chlorides were changed into only metal phosphates ($Sr_5(PO_4)_3Cl\;and\;CePO_4$). The conversion rate was about $96{\sim}99%$ at a salt waste/SAP weight ratio of 0.5 and a weight loss up to $1100^{\circ}C$ measured by thermogravimetric analysis were below 1wt%. The leach rates of Cs and Sr under the PCT-A test condition were about $10^{-2}g/m^2\;day\;and\;10^{-4}g/m^2\;day$. From these results, it could be concluded that SAP can be considered as an effective stabilizer for metal chlorides and the method using SAP will give a chance to reduce the volume of salt wasteform for the final disposal through further researches.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.30
no.9
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pp.961-972
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2008
In 2004, total emissions of Greenhouse Gases(GHGs) in Korea was estimated to be about 590 million metric tons, which is the world's 10th largest emissions. Considering the much amount of nation's GHG emissions and growing nation's position in the world, GHG emissions in Korea should be reduced in near future. The CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector in Korea, such as thermal power plant and industry section(including manufacturing and construction industries), was about 300 million metric tons in 2004 and this is 53.3% of total GHG emissions in Korea. So, the mitigation of CO$_2$ emissions in these two section is more important and more effective to reduce the nation's total GHGs than any other fields. In addition, these two section have high potential to qualitatively and effectively apply the CCS(Carbon Capture and Storage) technologies due to the nature of their process. There are several CCS technologies applied to these two section. In short term, the chemical absorption technology using amine as a absorbent could be the most effectively used. In middle or long term, pre-combustion technology equipped with ATR(Autothermal reforming), or MSR-$H_2$(Methane steam reformer with hydrogen separation membrane reactor) unit and oxyfuel combustion such as SOFC+GT(Solid oxide fuel cell-Gas turbine) process would be the promising technologies to reduce the CO$_2$ emissions in two areas. It is expected that these advanced CCS technologies can reduce the CO$_2$ avoidance cost to $US 8.5-43.5/tCO$_2$. Using the CCS technologies, if the CO$_2$ emissions from two sub-sections of energy sector could be reduced to even 10% of total emissions, the amount of 30 million metric tons of CO$_2$ could be mitigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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