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近日，燃料電池研究所章俊良教授團(tuán)隊(duì)在ACS Energy Letters上發(fā)表關(guān)于流場(chǎng)對(duì)二氧化碳還原電解槽性能影響機(jī)制的研究論文“Flow Field Design Matters for High Current Density Zero-Gap CO2 Electrolyzers”，博士研究生袁述和碩士研究生王榮熠為共同第一作者，章俊良教授、沈水云教授和閆曉暉副教授為通訊作者。
CO2電解槽流場(chǎng)核心優(yōu)化策略示意圖
將二氧化碳電化學(xué)還原成碳基（CO2RR）高附加值產(chǎn)品，在減少溫室氣體排放的同時(shí)生產(chǎn)有價(jià)值的化學(xué)品是一項(xiàng)前景廣闊的技術(shù)。在各種二氧化碳還原技術(shù)中，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為一氧化碳的電化學(xué)技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了可工業(yè)化應(yīng)用的階段。提高CO2電還原的電流密度和能效對(duì)于降低CO2電解槽的成本和促進(jìn)規(guī)模應(yīng)用至關(guān)重要。
文章圍繞二氧化碳電化學(xué)還原技術(shù)，聚焦“zero-gap CO2 electrolyzer”設(shè)計(jì)，闡明了流場(chǎng)對(duì)CO2電解性能的影響機(jī)制，并指出了在工業(yè)級(jí)電流密度運(yùn)行工況下流場(chǎng)對(duì)CO2電解槽內(nèi)部水-氣傳輸過程的重要性。通過實(shí)驗(yàn)和模擬分析不同流場(chǎng)構(gòu)型對(duì)CO2電解槽性能和耐久的影響，闡明了CO2電解槽流場(chǎng)的核心優(yōu)化設(shè)計(jì)策略：即提高CO2面向分布均勻性、促進(jìn)CO2法向傳輸?shù)耐瑫r(shí)抑制排水。基于該設(shè)計(jì)策略，文章設(shè)計(jì)了一種簡(jiǎn)易的改進(jìn)型流場(chǎng)，相比傳統(tǒng)流場(chǎng)電解性能提升43.5%。該工作說明了加強(qiáng)CO2電解槽的中水-氣傳質(zhì)過程研究的必要性，對(duì)未來商業(yè)化CO2電解槽的開發(fā)具有指導(dǎo)作用。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目、上海市市級(jí)科技重大專項(xiàng)的資助。
論文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02534
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