Karbonat oluşumunu ortadan kaldırarak etilen sistemine dayanıklı elektrokatalitik CO2 azaltımı

Saf Su Beslemeli MEA Sistemi: Saf su beslemeli membran elektrot düzeneği (MEA) sistemi, bir anyon değişim membranı (AEM) ve bir proton değişim membranı (PEM) düzeneğinden (APMA, Şekil 1) oluşur. Bu yenilikçi sistem, etkili ECO için gerekli olan alkalin katot ortamını korur.2R. İleri eğilim altında, ECO’ya katılan katot ve anotta suyun ayrışması meydana gelir.2R ve oksijen evrimi reaksiyonu (OER). Geriye kalan OH ve H+ iyonlar sırasıyla AEM ve PEM yoluyla taşınır ve arayüzlerinde su oluşur.

Şekil 1. (a) ECO için saf su beslemeli APMA-MEA sistem mimarisinin şeması2R. (b) EKO2Saf H’de SS-Cu’da R performansı2O-beslemeli APMA-MEA hücresi ve karşılık gelen hücre voltajları BenR tazminatı.

Sonuçlar: Yüksek performanslı yüzey adımlı zengin Cu (SS-Cu) kullanan ECO2Saf su beslemeli APMA-MEA sistemindeki R ürün dağılımı incelenmiştir (Şekil 1b). Sonuçlar dikkat çekiciydi; yaklaşık %66’lık bir tepe Faradaik verimliliği (FE), C’ye karşı %43’lük önemli bir FE dahil2H4 (etilen). Hücre voltajı 4,3 V civarındaydı ve ECO için tam hücre enerji verimliliği %18,2’ye ulaştı2R.

Karbonat Oluşumunun Önlenmesi: ECO’daki en büyük zorluklardan biri2R, karbonatların oluşumu ve tuz çökelmesidir. Ancak saf su beslemeli APMA-MEA sistem mimarisi bu reaksiyonların olasılığını büyük ölçüde azaltır. Elektrostatik alanın etkisi altında katyonların yokluğu, (bi)karbonat tuzu oluşumunu etkili bir şekilde bastırır ve tuzun çökelmesini önler.

Deneysel kanıt: Yerinde Raman ölçümleri, saf H’de SS-Cu yüzeyinde karbonat oluşumunun etkili bir şekilde bastırıldığını doğrudan gösterdi.2O-beslemeli APMA sistemi (Şekil 2a). Ek olarak H kullanılarak bir izotop etiketleme deneyi218Anolit olarak O, CO’nun doğrulandığını doğruladı2 elektrojenlenmiş OH ile reaksiyona girmedi karbonata dönüştürülür (Şekil 2b). Bu bulgular, saf suyla beslenen APMA-MEA sistem konfigürasyonunun karbonat oluşumunu ve anyon geçişini başarılı bir şekilde önlediğine dair güçlü kanıtlar sağlar.

incir. 2. (A) Yerinde ECO’nun Raman spektrumları20,1 M KOH’da SS-Cu üzerinde R, saf H2~20 dakika ECO sonrasında O ve çıplak elektrot2R. (b) ECO’nun kütle spektrumları2H kullanarak R218APMA sisteminde anolit olarak O. (c) ECO’nun sistem kararlılığı performansı2R’den C’ye2H4 saf-H’de SS-Cu üzerinde210 A sabit akımda 6 APMA-MEA hücresi içeren O-beslemeli APMA-MEA hücre yığını.

Dayanıklılık ve Pratiklik: Saf suyla beslenen APMA-MEA mimarisinin dayanıklılığını ve pratikliğini değerlendirmek için altı MEA hücresi içeren bir hücre yığını tasarlandı (Şekil 2c). Sonuçlar son derece umut vericiydi; C’ye doğru ~%50 FE2H4 toplam 10 A akımda elde edildi (Şekil 2d). Sistem 1000 saatin üzerinde stabil kalarak uzun vadeli uygulanabilirliğini ve endüstriyel ölçekte uygulama potansiyelini ortaya koydu.

Çözüm: Saf su beslemeli MEA sistemi, CO alanında önemli bir atılımı temsil ediyor2 kesinti. Karbonat oluşumunu ve tuz çökelmesini etkili bir şekilde baskılayan bu yenilikçi teknoloji, ECO’ya daha istikrarlı ve verimli bir yaklaşım sunuyor.2R. Fosil yakıtlar ile sürdürülebilir enerji arasındaki boşluğu doldurma potansiyeline sahip bu sistem, bizi daha yeşil ve daha sürdürülebilir bir geleceğe bir adım daha yaklaştırıyor.

Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi edinmek için lütfen Nature Energy’deki son yayınımıza bakın: “Saf su beslemeli elektrokatalitik CO2 10 A’de 1000 saatlik stabilitenin ötesinde etilene indirgeme.

https://www.nature.com/articles/s41560-023-01415-4.pdf

https://doi.org/10.1038/s41560-023-01415-4

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir