Membrane-free electrochemical CO2 conversion using serially connected porous flow-through electrodes

电解 电解质 阴极 电极 电化学 材料科学 阳极 化学工程 水溶液 碳酸氢盐 聚合物电解质膜电解 化学 物理化学 有机化学 工程类 生物化学
作者
Xueqi Pang,Sumit Verma,Chao Liu,Daniel V. Esposito
出处
期刊:Joule [Elsevier]
卷期号:6 (12): 2745-2761 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.joule.2022.11.003
摘要

Bicarbonate electrolysis offers a promising approach to conducting electrochemical carbon dioxide (CO2) conversion using aqueous carbon capture solutions as the electrolyte. However, conventional membrane-based electrolyzers face risks associated with membrane degradation as well as challenges to scale up that arise from concentration gradients that develop laterally along electrodes as the electrolyte flows parallel to their surfaces. Herein, we present a membrane-free electrolyzer concept based on porous flow-through electrodes for which the aqueous bicarbonate electrolyte flows sequentially through alternating cathodes and anodes. As shown by colorimetric imaging recorded during electrolysis, this configuration facilitates rapid re-balancing of pH between adjacent electrodes while promoting in situ generation of CO2 immediately upstream of cathodes. Results also show that CO2 utilization increases monotonically with the number of cells incorporated into a multi-cell device, and modeling predicts that CO2 utilization rates >80% are possible for optimized multi-cell devices.

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