[发明专利]一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置

说明书

本发明公开了一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置；包括依次设置的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。本发明可根据需求选择槽板组装实现两种电解池的切换，其中端板结构组件的S型流道槽板中间具有一个类十字架，形成四个小窗口，使得通入的气体形成扰动停留时间长，并且以碳纸作为气体扩散层与气室流道槽板、阴极室流通槽板配合使用，加强气体向碳纸扩散，减少液体向气室滲透。并且阳/阴极室流通槽板都开有气液进出口，外接蠕动泵可以实现电解质的实时更新，同时，可通过气相色谱和离子色谱检测手段实现实时在线检测分析。

技术领域

本发明涉及电催化二氧化碳还原技术领域，涉及一种多功能电催化二氧化碳还原(CO₂RR)的电解池装置，尤其涉及一种可通过实际需求自由组装成T-EC两室 (液-液)和T-GDE三室(气-液-液)的多功能电解池装置。

背景技术

电催化CO₂转化为燃料或其他有用的化学物质被认为是一种可控的、环保高效的最有希望的途径。然而，CO₂固有的化学惰性及其高的键能使其活化过程特别困难，CO₂电还原过程中同时伴随着H₂等副产物的产生，导致了CO₂电还原的法拉第效率低等问题。

电催化反应的装置是重要的影响因素，例如电解质溶液的pH，气体的溶解与扩散，产物的分离检测，以及反应效率等，因此电解池装置对反应具有极为重要的影响。常用的的H型电解池是典型的两室电解池，但是阴阳两极相隔较远，传质距离大，能量损耗高，以及电解质溶度的变化，导致反应效率低，同时原料气CO₂需要溶解在电解液中，而三室电解池增加了气室可以实现反应气体直接进样，常用的三室电解池是燃料电池改装的，气体流场小，有效催化面积小，会发生渗液现象，导致反应效率低。

发明内容

为解决上述问题，本发明一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置；可根据需求选择槽板组装实现两种电解池的切换，可以大大缩短阴阳两极的距离，减少传质距离和能量损耗，实时更新电解液，增加气体流场及停留时间，增大接触面积，减少渗液现象，极大增强催化反应效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明涉及一种多功能电催化二氧化碳还原的电解池装置，所述装置包括依次设置且通过密封垫片实现密封的阳极室流通槽板、质子交换膜、阴极室流通槽板和端板部件；

阳极室流通槽板上设有凹部，形成阳极腔室；在阳极室流通槽板上分别开有气体进出口、液体进出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入对电极；气体进出口的设置为下进上出；阳极腔室内液体为下进上出；

阴极室流通槽板内设中空的阴极腔室，在阴极室流通槽板上分别开有气体进、出口，液体进、出口和两个安装了中空螺丝的通孔，其中一个中空螺丝处插入参比电极；阴极腔室内气液均为下进上出；

端板部件为端板，或为具备与阴极腔室相通的二氧化碳通道且可内置工作电极的端板结构组件。

作为本发明的一个实施方案，端板部件为端板时，阴极室流通槽板的另一个中空螺丝处插入工作电极，工作时，二氧化碳按照下进上出的原则接入气体进、出口。

作为本发明的一个实施方案，所述端板结构组件由气室流道槽板、工作电极固定板和工作电极组成；

气室流道槽板上设置有两层凹形导流槽：矩形导流槽和气体导流槽，气体导流槽设置于矩形导流槽下层；气体导流槽内设置有挡块，能够延长气体在气体导流槽内的停留时间；气室流道槽板的两侧上、下部分别开有一个与槽板内气体流道相连通的孔(孔上安装气体流通快接头)；

工作电极固定板上与工作电极上碳纸扩散层接触的位置均开有与所述气体导流槽相通的窗口；