[發明專利]一種電解系統以及一種電解二氧化碳的方法

有效

• 申請號: 201810356541.6
• 申請日: 2018-04-19
• 公開（公告）號: CN110387554B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 吳傲路;官萬兵;王成田;楊鈞;王建新
• 申請（專利權）人: 中國科學院寧波材料技術與工程研究所;中國科學院大學
• 主分類號: C25B1/02
• 分類號: C25B1/02;C25B1/23;C25B11/031;C25B11/053;C25B9/17
• 代理公司: 寧波元為知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 33291
• 代理人: 單英

本發明提供一種電解系統，該系統包括直流電源、電解池單元，以及用于加熱電解池單元的加熱單元，其中電解池單元采用具有中空對稱結構的基于陶瓷電解質的固體氧化物電解池，具有結構簡單、穩定性高的優點。利用該電解系統，將二氧化碳或水通入電解池單元的支撐燃料極，空氣接觸非支撐空氣極，并將電解池單元加熱至600℃以上，開啟直流電源，能夠將二氧化碳和水高溫電解為一氧化碳和氫氣，具有操作簡單、低成本、安全高效、在相對較低的電解電壓下實現了水和二氧化碳電解轉化的優點。

技術領域

本發明屬于電化學技術領域，具體涉及一種電解系統以及一種電解二氧化碳的方法

背景技術

自工業革命以來，全球化石能源消耗增長迅猛，CO₂排放不斷增加，對環境造成的污染和破壞日趨嚴重，如何有效控制溫室氣體的排放量，減緩環境問題已成為人類社會面臨的一個不可避免的難題。

由于過度依賴于煤火電廠提供電力，我國已成為溫室氣體的排放大國。作為《巴黎氣候變化協定》的締約國，我國在二氧化碳排放方面承諾在2030年單位國內生產總值二氧化碳排放比2005年下降60％-65％。因此，如何有效實現二氧化碳的減排工作，創造額外的經濟環境效益是亟待解決的一個問題。

通過電化學方法將二氧化碳和水電解轉化為合成氣或者其他烴類能源，對減少二氧化碳的排放和提高可再生資源的轉化利用具有十分重要的意義。

目前，為實現二氧化碳的轉化，使用較多的是基于質子交換膜電解質的中低溫電解池，采用較為昂貴的鉑金屬作為催化劑，成本較高，而且對產物的分離調控非常困難。為了降低成本，也有學者提出了基于熔融鹽電解池的二氧化碳轉化法，但熔融鹽電解池在直接電解二氧化碳時，經常會發生陰極積碳的問題，從而導致電解池性能的下降；另一方面，由于熔融鹽電解池采用的是熔融液態電解質，不僅增大了對密封的要求，而且也帶來了電解液泄露的風險。

發明內容

針對上述技術現狀，本發明提供了一種電解系統，該系統采用基于陶瓷電解質的固體氧化物電解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)，具有結構簡單、穩定性高的優點，利用該電解系統能夠對二氧化碳進行電解。

本發明提供的技術方案是：一種電解系統，包括直流電源、電解池單元，以及用于加熱電解池單元的加熱單元；

所述的電解池單元包括支撐層、電解質層以及非支撐層；電解質層包括第一電解質層與第二電解質層，第一電解質層位于支撐層的上表面，第二電解質層位于支撐層的下表面；非支撐層包括第一非支撐層與第二非支撐層，第一非支撐層位于第一電解質層的上表面，第二非支撐層位于第二電解質層的下表面；支撐層設置中空連通孔道，該孔道在支撐電極層側面設置與所述孔道相連通的孔道入口與孔道出口，用于燃料氣體通入孔道；

所述的直流電源正極與第一陰極層電連接，負極與第二陰極該層電連接。

作為優選，所述電解質材料為YSZ、SSZ、LSGM等，厚度1μm～15μm。

作為優選，所述支撐層材料可以是Ni-YSZ、LSM-YSZ、LSCF-YSZ等，厚度優選為2μm～50μm。

作為優選，所述的非支撐層材料可以是LSM、LSCF、BSFC等，厚度優選為5μm～100μm。

作為優選，第一電解質層與第一陰極層之間優選設置第一阻擋層，第二電解質層與第二陰極層之間優選設置第二阻擋層。

作為優選，所述支撐層與非支撐層均具有多孔結構，孔隙率優選為30～75％，平均孔徑優選為0～2μm。

作為優選，所述非支撐層具有氣體流道，用作氣體流通以及導電作用。