一种二氧化碳电还原仿生电解池及其运行方法技术

本发明专利技术属于二氧化碳电化学还原技术领域，涉及一种二氧化碳电还原仿生电解池及其运行方法，适用于片状、网状和颗粒状催化剂电极的电化学活性测试、气相产物分析与液相产物分析。该电解池能够通过“撞击换气”式传质强化，实现电极/溶液界面的传质困境，兼具MEA构型与固定床构型两种二氧化碳反应器的优点。其特征优势有：三电极体系，界面电势可控；温度、压力可控；电解质溶液易循环更新；阴阳极距离近，内阻较小；阴极电极结构易设计更改。该电解池可实现CH4法拉第效率7.66％～56.43％，在CO2电化学转化的规模化实现中具有较好的应用前景。化学转化的规模化实现中具有较好的应用前景。化学转化的规模化实现中具有较好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种二氧化碳电还原仿生电解池及其运行方法


[0001]本专利技术属于二氧化碳电化学还原
，涉及一种二氧化碳电还原仿生电解池及其运行方法。

技术介绍

[0002]工业革命以来，由大量化石能源(煤、石油、天然气)利用所导致的大量碳排放，已引起了温室效应、海洋酸化等一系列的全球气候与环境问题。当前，碳减排相关技术研发已成为本世纪减缓气候变化的重要举措之一。
[0003]二氧化碳化学性质稳定，其活化、转化需要施加额外的能量。在各转化技术中，二氧化碳电还原反应(CO2RR)由于具有反应条件温和、系统结构简单和易于模块化等优势，近年来受到越来越多研究者的关注。随着CO2RR电催化剂研发的大量投入，面向不同产物CO2RR的选择性与转化电流密度均有大幅提升(De Luna et al.What would it take for renewably powered electrosynthesis to displace petrochemical processes？Science,2019,364,350[J])。日益成熟的催化剂正驱动着CO本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的电解池包括阳极组件、阴极组件以及分隔两者的聚合物电解质膜(15)；所述的阳极组件包括阳极电解质溶液、析氧阳极(16)、阳极流场板(17)、阳极集流体(19)以及用于阳极固定和阳极室密封的连接件；所述的阴极组件包括阴极电解质溶液、参比电极(1)、反应器盖(4)、阴极腔体(5)、阴极集流连接件(7)、反应器温控夹套(9)、阴极集流体(21)、阴极CO2RR催化剂电极(22)、气体分散器(23)、阴极腔体绝缘层(24)以及实现阴极室密封与电极固定的连接件；所述的反应器盖(4)，其中心设有螺纹孔A(2
‑
1)，参比电极(1)穿过管板接头(2)，管板接头(2)通过螺纹孔A(2
‑
1)与反应器盖(4)螺纹连接，从而固定参比电极(1)；螺纹孔A(2
‑
1)旁设有螺纹孔B(2
‑
2)，用于安装接口A(3)，实现产物排出；所述的阴极腔体(5)为筒体结构，底部设有边沿，边沿上对称开有多个通孔A(3
‑
1)；阴极腔体(5)的上部设有两个通孔分别用于安装接口B(6)和阴极集流连接件(7)，下部设有一个通孔用于安装接口E(11)，接口E(11)连接泵的入口，接口B(6)连接泵的出口，实现阴极腔体(5)内部电解液的循环更新，接口E(11)还可以连接热电偶温度计，实现阴极腔体(5)内部温度检测；底部侧壁上设有一个通孔用于安装接口F(12)，其中，气体分散器(23)位于阴极腔体(5)内部，且通过接口F(12)与外部的气瓶连接用于输入CO2混合气；阴极腔体绝缘层(24)与阴极腔体(5)内壁紧密贴合；阴极集流体(21)通过阴极集流连接件(7)固定在阴极腔体(5)内，阴极CO2RR催化剂电极(22)通过阴极集流体(21)固定于阴极腔体(5)内的下部且位于气体分散器(23)的上方；阴极集流连接件(7)与电源负极连接；所述的反应器温控夹套(9)套在阴极腔体(5)上，且二者之间留有空隙，反应器温控夹套(9)上设有两个通孔分别用于安装接口C(8)和接口D(10)，分别用于循环冷凝水的输入和排出，实现阴极腔体(5)温度的控制；所述的阳极流场板(17)，其边缘设有多个通孔B(4
‑
1)，与通孔A(3
‑
1)一一对应，通过通孔B(4
‑
1)、通孔A(3
‑
1)以及螺丝组件将阳极流场板(17)固定在阴极腔体(5)的底部，固定片(14)、聚合物电解质膜(15)和析氧阳极(16)从上到下依次布置，固定在阴极腔体(5)和阳极流场板(17)之间，且阳极流场板(17)上表面与阴极腔体(5)下表面之间设有密封垫片(13)；阳极流场板(17)底面设有三个螺纹孔，其中，中心的螺纹孔E(4
‑
4)用于螺纹连接阳极集流体(19)，阳极集流体(19)与电源正极连接，两侧螺纹孔C(4
‑
2)和螺纹孔D(4
‑
3)分别用于安装接口G(18)和接口H(20)，用于实现阳极电解液输入和排出。2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的管板接头(2)的材质为聚四氟乙烯；所述的固定片(14)的材质为泡沫钛；所述的密封垫片(13)的材质为橡胶；所述的反应器盖(4)和阴极腔体(5)的材质为不锈钢；所述的阴极集流连接件(7)和阴极集流体(21)为紫铜镀金材质。3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的聚合物电解质膜(15)为阳离子交换膜、阴离子交换膜或多孔膜。4.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的阳极流场板(17)的材质为钛板或钛板镀箔，表面为点状流场或蛇形流场；所述的析氧阳极(16)材料由载体和催化剂两部分构成，其中，载体为泡沫钛或钛毡，催化剂为Pt的氧化物、Ir的氧化物、Ru的氧化物或RuIr合金的氧化物。5.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的阴
极CO2RR催化剂电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：毛庆，周士宗，陈绍云，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
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