Conversión duradera de CO2 en el sistema de membrana de intercambio de protones

Área de la Ciencia:

• La electroquímica
• Catálisis
• Química sustentable

Sus antecedentes:

• La electrólisis de dióxido de carbono (CO2) ofrece un camino hacia la producción química sostenible, pero se enfrenta a desafíos con la precipitación de carbonato en medios alcalinos.
• Las estrategias existentes para mitigar la precipitación de CO2 tienen limitaciones, lo que dificulta la utilización eficiente del carbono y la estabilidad del sistema.
• La electrólisis en electrolitos ácidos se explora como una alternativa más robusta para evitar la formación de carbonatos.

Objetivo del estudio:

• Desarrollar un sistema de membrana de intercambio de protones (PEM) para una eficiente electrólisis del CO2 en ácido fórmico.
• Para utilizar un nuevo catalizador derivado de residuos de baterías de plomo-ácido.
• Investigar un mecanismo de activación de carbono en celosía para una mayor reducción de CO2.

Principales métodos:

• Desarrollo de un sistema de electrólisis de membrana de intercambio de protones.
• Preparación de catalizadores a partir de residuos de baterías de plomo-ácido con un enfoque en la activación del carbono en celosía.
• Acoplamiento de la reducción de CO2 con la oxidación de hidrógeno.
• Evaluación del rendimiento, incluida la eficiencia Faradaic, la conversión de un solo paso, la densidad de corriente y la estabilidad a largo plazo.

Principales resultados:

• Se obtiene una eficiencia Faradaic superior al 93% para la producción de ácido fórmico cuando se combina la reducción de CO2 con la oxidación de hidrógeno.
• Se ha demostrado una eficiencia de conversión de CO2 de paso único de casi el 91% a 600 mA cm-2 y 2,2 V.
• Mostró el funcionamiento continuo durante más de 5.200 horas, destacando la robustez del sistema.
• Utilizó un catalizador derivado de baterías de plomo-ácido de desecho con un mecanismo de activación de carbono en celosía.

Conclusiones:

• El sistema PEM desarrollado convierte efectivamente el CO2 en ácido fórmico con alta eficiencia y estabilidad.
• El uso de un catalizador derivado de baterías recicladas y un mecanismo de activación de carbono en celosía es clave para el rendimiento.
• Esta tecnología es prometedora para el avance de la producción química neutral en carbono y las soluciones de energía sostenible.