大数跨境

汪昊田团队Nature Catalysis:一种用于CO2RR的固态电解质反应器设计

汪昊田团队Nature Catalysis:一种用于CO2RR的固态电解质反应器设计 科学材料站
2022-04-20
2
导读:电化学CO2还原技术的实际实施,受到CO2渗透crossover到阳极侧的极大挑战。在传统CO2电解器中,透

电化学CO2还原技术的实际实施,受到CO2渗透crossover到阳极侧的极大挑战。在传统CO2电解器中,透过来的CO2与O2混合,会在界面处形成碳酸盐,引起碳流失。

今日,美国 莱斯大学(Rice University) Haotian Wang团队Jung Yoon ‘Timothy’ Kim等,在Nature Catalysis上发文,报道了一种多孔固体电解质反应器策略,以有效地回收这些碳损失。通过在阴极和阳极之间产生作为缓冲层的可渗透的和离子传导磺化聚合物电解质,渗透碳酸盐可以与从阳极产生的质子结合,以重新形成CO2气体用于再利用,而不与阳极O2混合。使用银纳米线催化剂,将CO2还原为CO,研究证明了,超高气体纯度形式(>99%) 渗透crossed-over CO2回收率高达90%,同时在200mAcm-2电流下,提供超过90%CO法拉第效率。通过将回收CO2再循环至CO2输入流,实现了超过90%的高连续CO2转化效率。

Recovering carbon losses in CO2 electrolysis using a solid electrolyte reactor.
固体电解质反应器回收CO2电解中的碳损失。


图1:阴离子质子交换膜燃料电池membrane electrode assembly MEA,CO2渗透crossover现象的示意图。


图2:传统CO2 质子交换膜燃料电池MEA电解槽中的大量碳损失。


图3:渗透crossover CO2回收的多孔固体电解质porous solid electrolyte,PSE反应器设计及其气体分析系统。



图4:银纳米线 Ag nanowire NW固体电解质反应器中渗透crossover CO2回收表征。


图5:多孔固体电解质porous solid electrolyte PSE反应器的渗透crossover CO2回收的广泛适用性。


图6:连续CO2气体回收的DI水循环和稳定性试验。


图7:通过循环渗透crossover CO2提高CO2转化率。


该项研究,展示了使用多孔固体电解质,porous solid electrolytePSE反应器设计,回收在CO2还原反应reduction reaction,RR电解过程中损失的CO2气体,同时保持高催化性能。研究表明,传统电解槽CO2利用效率较低,并传统工艺不可持续。然而,添加多孔和离子传导固体电解质缓冲层表明,能够有效地回收这些碳损失,以确保高CO2使用效率。


该技术策略,避免了使用额外的气体分离设备,或从杂质(特别是氧气)中分离渗透CO2所需的能量。未来的研究,可以进一步改进多孔固体电解质PSE反应器中的每个组件,以使其在CO2原反应RR电解过程中,实际CO2回收更加可行,包括优化固体电解质层的厚度以最小化欧姆降,以及通过设计不同的固体离子导体,改善阴极和阳极之间的离子传导。


文献链接:https://www.nature.com/articles/s41929-022-00763-w
DOI: https://doi.org/10.1038/s41929-022-00763-w
本文译自Nature。
【声明】内容源于网络
0
0
科学材料站
内容 0
粉丝 0
科学材料站
总阅读0
粉丝0
内容0