High-yield electrochemical upgrading of CO2 into CH4 using large-area protonic ceramic electrolysis cells

电解 产量(工程) 电化学 材料科学 高温电解 化学工程 甲烷化 电力转天然气 催化作用 工艺工程 化学 电极 冶金 有机化学 物理化学 工程类 电解质
作者
Zehua Pan,Chuancheng Duan,Tyler Pritchard,Amogh Thatte,Erick A. White,Robert J. Braun,Ryan O’Hayre,Neal P. Sullivan
出处
期刊:Applied Catalysis B-environmental [Elsevier]
卷期号:307: 121196-121196 被引量:83
标识
DOI:10.1016/j.apcatb.2022.121196
摘要

Electrochemical production of commodity chemicals via CO2–H2O co-electrolysis using solid oxide electrolysis cells presents a promising cost-effective energy-storage approach. Here, we harness the unique property of protonic ceramic electrolysis cells (PCEC) and demonstrate direct electrochemical production of CH4 from CO2–H2O in a PCEC unit-cell stack. An exceptional CH4-yield ratio of 34.6% from only CO2–H2O reactants and greater than 70% with exhaust H2 recycle were achieved under an electrolysis current of –1 A cm–2 at 450 °C. Additionally, the electrochemical co-conversion of CO2–H2O offered a higher CH4-yield ratio compared to the thermochemical conversion of CO2–H2 under certain operating conditions, indicating possible electrochemical promotion of catalytic CO2 methanation. Techno-economic analyses were conducted to reveal potential operating conditions that yield a promising levelized cost of fuel production. The demonstrated good performance of the unit-cell stack shows promising scalability of PCECs for practical application from a system-level viewpoint.
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