Challenges and strategies for integrated system design towards practical H2O2 electrosynthesis

系统设计 工程类 系统工程 计算机科学 制造工程 一体化设计 钥匙(锁) 系统集成 设计要素和原则 风险分析(工程)
作者
Haiming Li,Yangdong Zhou,Yanhui Tang,Xun Huang,Li Li,Zidong Wei
出处
期刊: [Elsevier BV]
卷期号:2 (2): 100058-100058 被引量:1
标识
DOI:10.1016/j.esen.2026.100058
摘要

Electrochemical synthesis of H 2 O 2 via the two-electron oxygen reduction reaction (2e − ORR) presents a transformative opportunity for decentralized, on-demand production of this essential chemical, providing a sustainable, carbon-neutral replacement for the energy-intensive anthraquinone method. Although there have been major strides forward in catalyst development and mechanistic insights, a persistent gap remains between laboratory-level performance metrics and the requirements for large-scale industrial deployment. In this review, we begin by providing a detailed overview of the 2e − ORR, covering the reaction mechanism, catalyst tuning, and developments in catalyst performance, noting that different experimental and reporting conditions often prevent a proper comparison of available information from the literature. This is followed by a critical assessment of the energy penalty incurred from the anodic oxygen evolution reaction, and advocacy for incorporating alternative, value-added oxidation reactions as an important strategy to improve the overall process economy and energy efficiency. Lastly, we note that moving from basic electrocatalysis to the practical scale-up of H 2 O 2 production requires an integrated, system-level approach that incorporates reactor design, membrane engineering, and product separation, guided by rigorous techno-economic analysis. Our work thus provides a holistic roadmap to bridge the gap between catalyst-centric research and integrated system engineering, which is vital for practical and sustainable H 2 O 2 electrosynthesis. • This review summarizes recent advances in the integrated design of systems for practical H 2 O 2 electrosynthesis, encompassing catalyst engineering, microenvironment regulation, and alternative anodic reactions. • Techno-economic analysis is positioned as a critical guide for system design, linking energy efficiency, electricity cost, and downstream separation to industrial viability. • Opportunities and challenges in translating laboratory-scale catalysts into economically viable H 2 O 2 production are critically assessed.
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