Electro-reducción selectiva y de alta corriente de CO2 a productos multicarbónicos en electrolitos KCl casi neutros

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Energía renovable

Sus antecedentes:

• La reducción del CO2 atmosférico es crucial para mitigar el cambio climático.
• La reducción electrocatalítica de CO2 (CO2R) a productos multicarbónicos (C2+) se enfrenta a desafíos de selectividad y estabilidad, especialmente a altas densidades de corriente.
• Los métodos de RR de CO2 existentes a menudo luchan con la degradación del catalizador en medios alcalinos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un electrocatalizador estable y selectivo para los productos de RR a C2.
• Para investigar el rendimiento de un electrocatalizador de cobre en un electrodo de capa hidrofóbica de difusión de gas (GDL).
• Para comparar el rendimiento RR de CO2 en electrolitos casi neutrales y alcalinos.

Principales métodos:

• Electrodeposición de un catalizador de cobre en una capa de difusión de gas porosa hidrófoba (GDL).
• Prueba del electrodo Cu/GDL en configuraciones de célula H y célula de flujo utilizando electrolitos de KCl casi neutros y KOH alcalinos.
• Construcción y funcionamiento de un electrolizador de dos electrodos CO2 con ajuste periódico del pH.

Principales resultados:

• El electrodo Cu/GDL logró altas densidades de corriente parcial de C₂₊ cerca de 100 mA cm^-2 en un electrolito KCl casi neutro.
• Se observó un rendimiento estable de la RR en KCl, superior al de KOH, con inestabilidad del catalizador en medios alcalinos atribuida al grabado/corrosión de Cu.
• Un electrolizador de célula de flujo demostró actividad y selectividad RR estables a 150 mA cm-2 durante 30 horas, logrando ~ 75% de eficiencia Faradaic y 40% de eficiencia energética para productos C2+.

Conclusiones:

• Un simple electrodo Cu/GDL depositado proporciona una plataforma prometedora para productos estables y selectivos de CO2 RR a C2+.
• Los electrolitos casi neutrales mejoran significativamente la estabilidad del catalizador en comparación con los medios alcalinos al suprimir la corrosión del cobre.
• El sistema de electrolizar CO2 desarrollado muestra potencial para tecnologías eficientes de captura y utilización de carbono.