[发明专利]一种膜电极构型CO

说明书

本发明公开了一种用于电催化还原二氧化碳电解池。包括阴极组件、阳极组件以及分割两者的隔膜。在阳极组件中，阳极端板、阳极集流板、阳极流体分配板、阳极流场板、与阳极电极板依次相连；在阴极组件中，电解质支撑层、溶液电极板、阴极气体扩散电极、阴极流场板、阴极流体分配板、阴极集流板以及阴极端板依次相连。该电解池可通过改变溶液电极板的厚度，降低CO₂电还原用电解质的使用量；同时，电解池有供电解质流动用的进料口与出料口，可以连续或间歇式的更新解质，且电解质浓度可调，提升二氧化碳电还原长时间运行的稳定性。本发明设计膜电极构型电解池具有运行压力可控、反应温度可控以及可规模化实现CO₂转化等优势，具有较广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学技术领域，涉及一种膜电极构型CO₂电还原电解池。

背景技术

当前，全球社会能源消费结构仍普遍依赖于石油、天然气、煤炭和木材等化石资源，随着全球经济的发展、能源需求的日益增长，化石燃料的过度使用不可避免地为我们赖以生存的环境带来一些有害化合物，主要包括氮氧化物、硫氧化物、放射性化合物、重金属、挥发性有机化合物以及二氧化碳等。大量排放的二氧化碳是目前造成温室效应的主要因素。为此，围绕二氧化碳过度排放问题，CO₂的捕获、吸收与转化的相关技术已成为当前研究的热点。其中，CO₂的电催化转化技术由于具有系统结构简单、环境友好、反应条件温和等优势而受到广泛关注。

CO₂在电场作用下可被还原生成CO、CH₄、C₂H₄等气相产物及甲酸、乙醇等液相产物。当前，专利技术主要集中于电催化剂的设计。专利CN 104846393 A 曾公开了一种含Ag的工作电极表面实现CO₂电化学还原的方法，具体步骤为：首先通过离子液体和超纯水混合液制备电解液，以金属Ag电极为工作电极并进行CO₂电化学还原，产物CO的法拉第效率可以达到90％。CN 104959135 A提供了一种纳米锌催化剂的的制备技术，以及基于该催化剂实现CO₂电还原制备 CO的方法。具体步骤是：通过电沉积技术构筑纳米锌催化剂，在恒电位下还原CO₂，控制电位范围为-1.4～-1.8V，其还原产物CO的电流效率高达93％。

相比于对阴极侧催化剂的关注，围绕CO₂电还原新型电解池的设计则少有报道。通常，实验室采用H型电解池作为电还原二氧化碳的反应器，其包括阳极室、阴极室以及将两者分开的质子交换膜，质子交换膜用于降低产物在阳极室与阴极室间反应物及产物的扩散。诸如中国专利CN 204097577A公开了一种电化学还原二氧化碳反应用电解池。该电解池包括阳极室、阴极室和气液分离器，阳极室可分为上下两个腔体，下腔体为上端开口的容器，上腔体置于下腔体的上方，与两个腔体的开口端均设有第一法兰盘，两个腔体通过第一法兰盘连接；工作电极位于上下两个腔体开口端的第一法兰盘之间。但是上述这种电解池在应用过程中存在槽电压高、液相产物有效浓度低等缺点。