基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，涉及CO2催化还原技术领域，该系统主要包括阴阳极室，三维多孔阴极、隔膜、三维多孔阳极；通过阴极室特殊流道设计使CO2与阴极电解液以气液共混形式进入阴极室；通过三维多孔阴极的设计，使该阴极具有CO2气体扩散功能且能够自发原位形成气液固三相界面，以使电催化系统能够还原气液共混中的二氧化碳；通过阴极侧极板和阳极侧极板能够形成电催化系统反应池，进行CO2还原。本发明专利技术能够兼具克服CO2的溶解度问题，克服还原过程中碳酸盐析出的问题，提高系统运行电流密度，提高CO2转化效率，最终增强体系稳定性，扩大其应用范围。大其应用范围。大其应用范围。

【技术实现步骤摘要】
基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统


[0001]本专利技术涉及CO2催化还原
，特别是涉及一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统。

技术介绍

[0002]化石能源的燃烧，使大量的二氧化碳(CO2)产生并进入大气中，从而引发全球变暖、温室效应等一系列问题。
[0003]通过电化学手段催化CO2发生还原反应，能够将CO2转化为有价值的燃料和化学品。在产生的一系列化学增值产品中，CO2催化还原为CO的研究受到广泛关注。
[0004]H型电解池催化还原CO2是常用的手段之一，利用H型电解池在催化还原CO2可达到很高的CO法拉第效率同时避免碳酸盐的形成。然而，H型电解池并不能在高电流密度下的达到很高的CO2还原效率。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，旨在克服现有系统CO2的溶解度问题，克服还原过程中碳酸盐析出的问题，提高系统运行电流密度，提高CO2转化效率，最终增强体系稳定性，扩大其应用范围。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，包括：极板、三维多孔阴极、三维多孔阳极和隔膜；所述极板包括阴极侧极板和阳极侧极板；所述阴极侧极板与所述三维多孔阴极形成电催化系统的阴极室，所述阳极侧极板与所述三维多孔阳极形成电催化系统的阳极室；所述三维多孔阴极和所述三维多孔阳极之间有隔膜；通过所述阴极侧极板和所述阳极侧极板能够形成电催化系统反应池；
[0008]所述阴极侧极板能够使二氧化碳与阴极电解液以气液共混形式进入所述阴极室，所述阳极侧极板能够使阳极电解液进入所述阳极室，所述三维多孔阴极具有二氧化碳气体扩散功能且能够自发原位形成气液固三相界面，以使电催化系统能够还原气液共混中的二氧化碳。
[0009]可选地，所述阴极室和所述阳极室通过组装形成气液共混还原二氧化碳的电催化系统。
[0010]可选地，所述三维多孔阴极的材料的多孔结构必须有利于气体扩散，尤其是以扩散二氧化碳为主的气体。
[0011]可选地，所述三维多孔阴极的材料能够自发原位创造气液固三相界面，促进电催化CO2还原的效率。
[0012]可选地，所述三维多孔阴极具有承担气体扩散支撑功能和催化功能。
[0013]可选地，所述三维多孔阴极的材料能够实现在CO2和电解液共混情况下，在电极表面形成大范围多位点气液固三相界面，实现高CO2还原效率。
[0014]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0015]与现有技术相比，本专利技术提供的基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，因为工作过程中，阴阳极都有电解液持续通入，可以抑制碳酸(氢)盐的生成，可以在低析氢状态下稳定上百个小时，可高效抑制析氢，同时还达到高电流密度下的CO2还原效率，即本专利技术能够兼具克服CO2的溶解度问题，克服还原过程中碳酸盐析出的问题，提高系统运行电流密度，提高CO2转化效率，最终增强体系稳定性，扩大其应用范围。
附图说明
[0016]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0017]图1为本专利技术实施例提供的一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统的示意图；
[0018]图2为本专利技术实施例提供的外壳主体示意图；
[0019]图3为本专利技术实施例提供的外壳导电极板示意图；
[0020]图4为本专利技术实施例提供的三维多孔阴极实物图；
[0021]图5为本专利技术实施例提供的三维多孔铜阴极SEM图；
[0022]图6为本专利技术实施例提供的三维多孔银阴极SEM图；
[0023]图7为本专利技术实施例提供的基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统的工作结果示意图。
具体实施方式
[0024]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0025]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0026]如图1所示，本实施例提供的一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统包括：极板、三维多孔阴极5、三维多孔阳极7和隔膜6；所述极板包括阴极侧极板和阳极侧极板；所述阴极侧极板与所述三维多孔阴极5形成电催化系统的阴极室，所述阳极侧极板与所述三维多孔阳极7形成电催化系统的阳极室；所述三维多孔阴极5和所述三维多孔阳极7之间有隔膜6；通过所述阴极侧极板和所述阳极侧极板能够形成电催化系统反应池。
[0027]所述阴极室和所述阳极室通过组装形成气液共混还原二氧化碳的电催化系统。
[0028]所述阴极侧极板能够使二氧化碳与阴极电解液以气液共混形式进入所述阴极室，所述阳极侧极板能够使阳极电解液进入所述阳极室，所述三维多孔阴极5具有二氧化碳气体扩散功能且能够自发原位形成气液固三相界面，以使电催化系统能够还原气液共混中的
二氧化碳。
[0029]在本实施例中，所述阴极侧极板和所述阳极侧极板基本呈现对称设置，且所述阴极侧极板和所述阳极侧极板均能够持续通入电解液和气体。
[0030]在本实施例中，所述阴极侧极板包括阴极侧外层极板1和阴极侧内层导电极板3；所述阴极侧外层极板1上设置有入口和出口，可供液体气体流入流出；所述阴极侧外层极板1与所述阴极侧内层导电极板3之间设置有胶垫2。所述阳极侧极板包括阳极侧外层极板9和阳极侧内层导电极板8；所述阳极侧外层极板9上设置有入口和出口，可供液体气体流入流出；所述阳极侧外层极板9与所述阳极侧内层导电极板8之间设置有胶垫2。
[0031]所述阴极侧内层导电极板3与所述三维多孔阴极5之间设置有特定形状的阴极侧垫片，防止液体泄露。所述阳极侧内层导电极板8与所述三维多孔阳极7之间同样设置有特定形状的阳极侧垫片，同样防止液体泄露。
[0032]在图1中，所述阴极侧垫片和所述阳极侧垫片均用标号4表示。外壳主体和外壳导电极板如图2和图3所示。
[0033]所述三维多孔阴极的材料的多孔结构必须有利于气体扩散，尤其是以扩散二氧化碳为主的气体。
[0034]所述三维多孔阴极的材料能够自发原位创造气液固三相界面，促进电催化CO2还原的效率。
[0035]所述三维多孔阴极的材料能够实现自支撑，所述三维多孔阴极具有承担气体扩散支撑功能和催化功能。
[0036]所述三维多孔阴极的材料能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，其特征在于，包括：极板、三维多孔阴极、三维多孔阳极和隔膜；所述极板包括阴极侧极板和阳极侧极板；所述阴极侧极板与所述三维多孔阴极形成电催化系统的阴极室，所述阳极侧极板与所述三维多孔阳极形成电催化系统的阳极室；所述三维多孔阴极和所述三维多孔阳极之间有隔膜；通过所述阴极侧极板和所述阳极侧极板能够形成电催化系统反应池；所述阴极侧极板能够使二氧化碳与阴极电解液以气液共混形式进入所述阴极室，所述阳极侧极板能够使阳极电解液进入所述阳极室，所述三维多孔阴极具有二氧化碳气体扩散功能且能够自发原位形成气液固三相界面，以使电催化系统能够还原气液共混中的二氧化碳。2.根据权利要求1所述的一种基于三维多孔阴极的气液共混还原二氧化碳的电催化系统，其特征在于，所述阴极室和所述阳极室通过组装形成气液共混还原...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗景山，沈照熙，华航，
申请(专利权)人：三碳安徽科技研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：