[发明专利]一种用于二氧化碳电解的电解池结构

说明书

本发明公开了一种用于二氧化碳电解的电解池结构，包括中空筒状多孔催化阴极，保水层，分离膜和柱状多孔阳极，上述中空筒状多孔催化阴极上开设有纵向孔道和横向孔道，所述柱状多孔阳极位于所述中空筒状多孔催化阴极的中空结构内设置，所述分离膜分布于所述中空筒状多孔催化阴极和所述柱状多孔阳极之间，所述保水层则设置于所述中空筒状多孔催化阴极和所述分离膜之间。本发明电解池结构简单，二氧化碳的供给速度高、量大，成本可控，电解性能的稳定性好，操作简便。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学技术领域，具体涉及一种用于二氧化碳电解的电解池结构。

背景技术

利用谷电或废电驱动电化学二氧化碳还原生产碳基化学品和燃料，能提高能源利用效率，减少二氧化碳，替代传统石油化工生产，将经济发展与化石资源脱钩，实现可持续人类发展的一种可行之策。

传统电化学二氧化碳还原反应在H型电解池中的阴极表面发生，阴极利用水中溶解的二氧化碳分子进行反应。因此反应电流受限于二氧化碳气体在水中的溶解度。目前对于H型电解池的改进，主要是以板式流体电解池为主。有文献(Science 2018,360,783)使用板式流体电解池适配以气体扩散层为基底的阴极，从而在阴极室分隔出一个二氧化碳气流层和一个阴极液流层，因此实现向催化剂直接供给大量二氧化碳气体而不是通过阴极液溶解再传递到催化剂表面，从而实现高浓度二氧化碳供应和快速传质，进而实现大电流二氧化碳电解。板式流体电解池虽然能实现大电流二氧化碳电解，但是严重依赖气体扩散层。而现有商业气体扩散层价格昂贵，且在大电流电解条件下难以维持其疏水性，导致催化剂所在平面被阴极液完全淹没，二氧化碳电解性能下降，且析氢竞争增强，不能满足实际应用需求。

因此，需要发展新型电解池结构，提高二氧化碳传质速率和电解电流。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种用于二氧化碳电解的电解池结构。

本发明通过以下技术方案来实现：一种用于二氧化碳电解的电解池结构，包括中空筒状多孔催化阴极，保水层，分离膜和柱状多孔阳极，上述中空筒状多孔催化阴极上开设有纵向孔道和横向孔道，所述柱状多孔阳极、分离膜和保水层均位于所述中空筒状多孔催化阴极的中空结构内设置，所述分离膜分布于所述中空筒状多孔催化阴极和所述柱状多孔阳极之间，所述保水层则设置于所述中空筒状多孔催化阴极和所述分离膜之间。

较佳的，所述中空筒状多孔催化阴极或所述柱状多孔阳极为金属或导电非金属。

较佳的，所述柱状多孔阳极为圆柱形多孔阳极。

较佳的，所述保水层的为无纺布、玻璃纤维纸、聚丙烯睛等耐酸碱的无机或有机材料。

较佳的，所述中空筒状多孔催化阴极侧面的外表面具有疏水层。

较佳的，还包括气液分离器，所述气液分离器与所述中空筒状多孔催化阴极相连通。

较佳的，所述柱状多孔阳极和所述分离膜之间放置有阳极液，所述中空筒状多孔催化阴极和所述分离膜之间则放置有阴极液。

较佳的，所述保水层能够容纳高于室温的阴极液。

与现有二氧化碳电解池结构相比较，本发明的电解池结构具有如下有益效果：

第一，本发明电解池结构简单，二氧化碳的供给速度高、量大，尤其相对于传统H型电解池，本发明能向催化位点的多孔道直接提供气态二氧化碳，且传质速度远高于在液相中的扩散速度，因而能提高二氧化碳电解电流；相对于板式电解池中将催化剂涂覆于气体扩散层上形成薄层，本发明构建立体的中空筒状多孔催化阴极，催化剂并不只是分布在与阴极液接触的界面上，因而能基于更丰富的催化位点，提高二氧化碳电解电流。