从烟气到合成气:基于离子液体和微孔聚合物的复合电极用于基于MEA的CO2电解

科学领域:

• 电化学 电化学 电化学
• 材料科学 材料科学 材料科学
• 化学工程是化学工程的重要组成部分.

背景情况:

• 电化学二氧化碳减排 (ECO2R) 将二氧化碳转化为有价值的产品,但通常需要纯二氧化碳料.
• 工业二氧化碳来源,如烟气是不纯的,需要在ECO2R之前进行昂贵的净化.
• 气体扩散电极 (GDE) 的设计对于高效的二氧化碳电解器至关重要.

研究的目的:

• 开发一种先进的GDE,能够直接处理不纯二氧化碳流.
• 通过使二氧化碳与混合气体在现场分离,提高 ECO2R 的性能.
• 通过消除上游净化过程来提高ECO2R的经济可行性.

主要方法:

• 用二氧化碳选择性中间层制造复合GDE (CGDE).
• 介层由内在微孔聚合物 (PIM-1) 组成,用CO2型离子液体 ([Emim][BF4]) 增强.
• 在模拟的烟气中测试CGDE (15%CO2,5%O2在N2) 并执行多物理模拟.

主要成果:

• 使用20 wt% [Emim][BF4]/PIM-1的CGDE在模拟烟气中在100 mA cm-2时实现了>70%的CO法拉达效率.
• 在相同的条件下,原始的GDE仅显示了~20%的CO法拉代克效率.
• 多物理模拟证实了选择性CO2输送和通过中间层的最小O2透.

结论:

• 开发的CGDE可以直接混合气体ECO2R,绕过CO2净化需求.
• 该研究确定了用于二氧化碳电解的GDE中选择性中间层的设计标准.
• 通过整合这项技术,可实现CO生产的显著成本降低 (高达50%).