本申请涉及二氧化碳电解领域，具体提供一种二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。所述电解装置包括具有两腔体结构的电解池，电解池包括依次相对设置的阴极板、阴极电极、阴极液流板、隔膜、阳极电极和阳极板；阴极电极的一侧紧贴所述阴极板，两者分别设有开孔，以在阴极电极和阴极板内共同形成第一进料通道和第一出料通道，阴极电极与隔膜之间形成供阴极电解液流通的第一腔体，在阳极板与阳极电极之间形成供阳极电解液流通的第二腔体；第一进料通道上连接有气液混合器，用于进行气液混合，形成多相流。本申请的电解装置能够在不低于气体扩散型电极电流密度的条件下长时间稳定实施。散型电极电流密度的条件下长时间稳定实施。散型电极电流密度的条件下长时间稳定实施。
【技术实现步骤摘要】
二氧化碳电解装置和二氧化碳的电解方法
[0001]本申请涉及二氧化碳电解领域，特别地，涉及一种二氧化碳电解装置和二氧化碳电解方法。
技术介绍
[0002]二氧化碳减排技术日益受到人们的关注，其中，二氧化碳电还原被广泛认为是最具有前景的技术之一。
[0003]在二氧化碳电解中，气体扩散型电极常被用于促进反应的传质速率进而加快反应速率。现有的二氧化碳还原的研究与工业实践多采用气体扩散型电极促进二氧化碳的传质，以支撑工业级的电流密度。但是，事实上，气体扩散型电极原本是为氢燃料电池、电解水装置等设计，用于促进氢气、水等物质的传质，并非为二氧化碳电解装置设计，由于二氧化碳还原反应的电极电势较高且需要大量接触电解液，导致气体扩散电极无法在其设计电流密度(＞10kA/m2)下稳定运行，而其长时间稳定运行的电流密度小于1kA/m2，电流密度过小导致能量效率低，规模化后成本增加。
[0004]此外，由于气体扩散型电极的多孔特殊结构，导致其在运行过程中需要严格控制气液的两相平衡、电解液酸碱度和浓度等，以避免碳酸盐/碳酸氢盐析出或电解液阻塞气体传质孔道所导致的电极失活，这样极大地增加了运行成本。因此，气体扩散型电极在二氧化碳电解过程中存在无法达到设计活性、实际活性较低、运行成本高、操作繁琐等问题，使得气体扩散型电极的局限性大。
[0005]因此，有必要开发一种能替代气体扩散型电极的二氧化碳电解装置与电解方法。
技术实现思路
[0006]考虑到气体扩散电极因上述缺陷所导致的实际活性较低、运行成本高、操作繁琐等问题，本申请的专利技术人提供一种新的二氧化碳电解装置和电解方法。本申请的电解装置通过引入多相流结合控压来代替气体扩散型电极，使本申请能够在不低于气体扩散型电极电流密度的条件下长时间稳定实施。
[0007]第一方面，本申请提供一种二氧化碳电解装置，该电解装置包括电解池，所述电解池具有两腔体结构，包括依次相对设置的阴极板、阴极电极、阴极液流板、隔膜、阳极电极和阳极板；
[0008]所述阴极电极的一侧紧贴所述阴极板，两者分别设有开孔，以在所述阴极电极和所述阴极板内分别共同形成第一进料通道和第一出料通道；
[0009]所述阴极液流板具有镂空的流道，以在所述阴极板与所述隔膜之间形成供阴极电解液流通的第一腔体；
[0010]所述阳极电极的一侧固定在所述阳极板上，所述阳极板朝向所述阳极电极的一侧设有沟槽，以在所述阳极板与所述阳极电极之间形成供阳极电解液流通的第二腔体，所述阳极板上设有用于形成第二进料通道和第二出料通道的开孔；
[0011]所述第一进料通道上连接有气液混合器，用于将二氧化碳气体与阴极电解液进行气液混合，形成多相流。
[0012]第二方面，本申请提供一种二氧化碳的电解方法，该方法在所述二氧化碳电解装置中进行，包括：
[0013]1)二氧化碳气体与阴极电解液进入所述气液混合器中进行气液混合，形成多相流；
[0014]2)所述多相流进入所述电解池的第一腔体，阳极电解液进入所述电解池的第二腔体，在接通电解电源的情况下，所述多相流中的二氧化碳在所述第一腔体内发生还原反应，所述阳极电解液在所述第二腔体发生氧化反应。
[0015]本申请结合多相流技术并能调控压力来增强二氧化碳的传质并补充反应中消耗的二氧化碳，由此在保证传质效果的情况下从根源上避免气体扩散型电极带来的“水淹”现象、孔道堵塞等问题，本申请的电解装置具有较高的运行稳定性。此外，本申请的电解方法无需严格平衡气液相压力，操作简便，运行维护成本低。
[0016]本申请的其它特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
[0017]图1为本申请一种实施方式的电解池(未安装)的示意图；
[0018]图2为本申请一种实施方式电解池的剖面示意图；
[0019]图3为本申请一种实施方式的电解装置的示意图；
[0020]图4为本申请一种实施方式的气液混合器的示意图；
[0021]图5为本申请一种实施方式的阴极液流板的流道结构示意图；
[0022]图6为本申请另一种实施方式的阴极液流板的流道结构示意图；
[0023]图7为实施例1的装置运行时间与电压、产物选择性的关系图。
[0024]附图标记说明
[0025]100：电解池；
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1：阴极板；
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2：阴极电极；
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3：阴极液流板；
[0026]4：隔膜；
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5：阳极电极；
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6：阳极板；
ꢀꢀꢀꢀꢀ7‑
1：第一密封圈；
[0027]7‑
2：第二密封圈；
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8：气液混合器；
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9：阴极泵；
[0028]10：二氧化碳流量控制器；
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11：阴极背压阀；
[0029]12：阳极泵；
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13：阳极背压阀；
[0030]a：第一进料通道；
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a
‑
1：第一进料口；
[0031]b：第一出料通道；
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b
‑
1：第一出料口；
[0032]c：第二进料通道；
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c
‑
1：第二进料口；
[0033]d：第二出料通道；
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d
‑
1：第二出料口。
具体实施方式
[0034]为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
[0035]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。
[0036]在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
[0037]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种二氧化碳电解装置，其特征在于，包括电解池(100)，所述电解池(100)具有两腔体结构，包括依次相对设置的阴极板(1)、阴极电极(2)、阴极液流板(3)、隔膜(4)、阳极电极(5)和阳极板(6)；所述阴极电极(2)的一侧紧贴所述阴极板(1)，两者分别设有开孔，以在所述阴极电极(2)和所述阴极板(1)内共同形成第一进料通道(a)和第一出料通道(b)；所述阴极液流板(3)具有镂空的流道，以在所述阴极板(1)与所述隔膜(4)之间形成供阴极电解液流通的第一腔体；所述阳极电极(5)的一侧固定在所述阳极板(6)上，所述阳极板(6)朝向所述阳极电极(5)的一侧设有沟槽，以在所述阳极板(6)与所述阳极电极(5)之间形成供阳极电解液流通的第二腔体，所述阳极板(6)设有用于形成第二进料通道(c)和第二出料通道(d)的开孔；所述第一进料通道(a)连接有气液混合器(8)，用于将二氧化碳气体与阴极电解液进行气液混合，形成多相流。2.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其特征在于，所述阴极电极(2)选自金属薄片电极或负载型导电薄片电极；可选地，所述金属薄片电极中的金属选自锡、银、铜、金、铅、铋和铟中的一种或两种以上；可选地，所述负载型导电薄片电极包括导电基材和负载在其上的金属或金属氧化物，所述金属选自锡、银、铜、金、铅、铋和铟中的一种或两种以上，所述金属氧化物选自氧化锡、氧化银、氧化铜、氧化金、氧化铅、氧化铋和氧化铟中的一种或两种以上，所述导电基材选自碳基材、锡基材、银基材、铜基材、钛基材或铁基材。3.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其特征在于，所述阴极液流板(3)的厚度为0.5～5mm，所述阴极液流板(3)的流道为单蛇形流道、多蛇形流道或多条直型平行流道，流道的宽度为0.5～5mm；可选地，所述阴极液流板(3)的材质为聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醚醚酮或氯化聚氯乙烯。4.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其特征在于，所述阳极电极(5)选自金属毡、泡沫金属、负载阳极催化剂的泡沫金属或负载阳极催化剂的金属毡；可选地，所述阳极催化剂选自钛、铂、钯、镍、氧化铱、氧化镍、氧化钴、氧化锡、氧化铟、氧化铑、氧化钌和氧化铁中的一种或两种以上；可选地，所述阳极电极(5)选自钛毡、泡沫钛、泡沫镍、负载氧化铱的钛毡、负载氧化铱的泡沫钛或负载氧化镍的钛毡。5.根据权利要求1所述的二氧化碳电解装置，其特征在于，所述阳极板(6)内由沟槽形成的流道为单蛇形流道、多蛇形流道或多条直型平行流道，流道的宽度为0.5～3mm，流道的深度为0.5～5mm。...
【专利技术属性】
技术研发人员：陆奇，何铭，徐冰君，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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