[发明专利]一种基于熔融碳酸盐电解池的电解CO2和H2O制取合成气的方法

说明书

技术领域

本发明属于熔融碳酸盐电解技术领域，特别涉及一种基于熔融碳酸盐电解池的电解CO₂和H₂O制取合成气的方法。

背景技术

目前，以气候变化为核心的全球环境问题日益严重，已经成为威胁人类可持续发展的主要因素之一，削减温室气体排放以减缓气候变化成为当今国际社会关注的热点。随着全球对温室气体排放越来越关注，《京都议定书》、《巴厘岛路线图》的召开，进一步明确了全球CO₂捕集和利用的时间表，推动了全球低碳经济的发展。利用可再生能源(风能、太阳能等)，通过电化学方法将CO₂和H₂O电解转化为合成气、烃类等工业原料或燃料，不仅能够实现CO₂的转化利用，而且能够实现可再生能源的转化，对减少CO₂排放及提高可再生能源利用率具有重要意义。

为了实现CO₂的转化，一般采用基于质子交换膜电解质的低温电解池，采用金属铂作为催化剂，成本较高，而且对产物的组分调控困难。进而，为了能够降低催化剂成本，控制产物组分，一些学者提出了采用基于陶瓷材料的固体氧化物电解池转化CO₂，但是固体氧化物电解池电池面积难于放大，工作温度高达800℃，增大了对密封、集流等的要求。采用熔盐作为电解质构建熔盐电解池，其工作温度较大可达600℃-700℃、无须采用贵金属作为催化剂，而且电池面积易于放大，在军事、航空航天等领域有着广阔的应用前景。但是已有的研究中，多采用熔盐电解质直接电解CO₂，易于发生积碳等问题，使得电解池性能下降。因此，降低电极积碳，提高电解池寿命，能够降低CO₂的转化成本，进一步促进CO₂的转化利用。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种基于熔融碳酸盐电解池(Molten Carbonate Fuel Cell,MCEC)的电解CO₂和H₂O制取合成气的方法，能够降低电解池阴极积碳，提高电解池寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于熔融碳酸盐电解池的电解CO₂和H₂O制取合成气的方法，包括如下步骤：

将碳酸盐电解质填充到阳极双极板1的流道中，然后将阳极双极板1、阳极Ni电极2、隔膜3、阴极Ni电极4以及阴极双极板5按照自上到下的顺序组装构成熔融碳酸盐电解池单体；

将电解池单体放置到加热炉中，加热至600℃-700℃，使碳酸盐电解质从固体融化为液体，并浸润到隔膜3中，一方面起到传导碳酸根离子的作用，另一方面还可以阻隔气体穿透；

通过外电路对电解池单体通电，使电解池单体工作在工作电压下；

将CO₂与H₂O的混合气通入到电解池单体阴极流道中，将空气和/或N₂通入到电解池单体阳极流道中；

其反应过程为：

CO₂与H₂O的混合气在工作电压作用下发生电解反应生成CO和H₂，并生成碳酸根离子，碳酸根离子通过电解质隔膜3，在阳极Ni电极2处生成O₂和CO₂。与此同时，电解池单体阳极流道通入的空气和/或N₂将生成的O₂和CO₂携带出阳极，从而实现CO₂的转化。

最后在电解池单体阴极流道出口收集由CO、H₂、H₂O和CO₂组成的合成气。

所述碳酸盐电解质由Li₂CO₃、Na₂CO₃和K₂CO₃中的两种或者三种混合构成，混合比例满足所得混合物的共熔点低于600℃。

所述阳极双极板1和阴极双极板5采用不锈钢材料制成，两侧具有气体流道，一侧用于阳极流道，另一侧用于阴极流道，用作气体分布和导电。

所述阳极Ni电极2和阴极Ni电极4，采用流延法制得，并经过900℃的高温烧结。