一个通过接口调节和梯度可湿性工程实现的自呼吸电极,用于工业H2O电合成

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:

• 传统的气体扩散电极 (GDE) 用于电化学氧化物 (H2O2) 生产面临着催化剂层 (CL) 设计的挑战.
• 传统的CL中的PTFE合封装和无序的孔隙阻碍了质量传输,并限制了三相接口 (TPI).

研究的目的:

• 引入一种新的催化剂/结合剂接口,以改善GDE中的TPI形成.
• 通过使用先进的分析技术,阐明管理TPI形成的机制.
• 开发一种高性能,稳定的电化学H2O2生成系统.

主要方法:

• 开发了一个非化颗粒包装的催化剂/粘合剂接口.
• 利用3D重建和中尺度格子博尔茨曼法 (LBM) 分析来研究TPI形成.
• 构建了一个有序透度和可调节的湿度的等级梯度CL.
• 采用了多尺度模拟,现场突破和微流体实验.

主要成果:

• 证明了毛细体驱动的电解质位移和定向的H2O2自我运输.
• 在300小时的时间内,在300 mA cm-2下实现了稳定的法拉代效率>85%.
• 开发了一个400平方厘米的四个单元自呼吸的流通式堆,用于连续生成H2O2.
• 证实了无氧低成本H2O2电合成的商业可行性.

结论:

• 新的GDE设计为先进的电极开发提供了一个基本框架.
• 集成的自呼吸H2O2电合成系统代表了具有商业潜力的重大进步.
• 这种方法克服了传统CL的局限性,为更高效的电化学H2O2生产铺平了道路.