[發明專利]一種H型固定床二氧化碳還原電解池及應用

有效

• 申請號: 202010189480.6
• 申請日: 2020-03-18
• 公開（公告）號: CN111304672B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 毛慶;曹自強;郭唱;劉松;徐可一;毛媛欣;李冰玉;趙健;黃延強
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25B1/00
• 分類號: C25B1/00;C25B3/26;C25B9/19;C25B11/075;C25B11/02
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 陳玲玉

1.一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，該電解池包括陽極組件、陰極組件以及分割兩者的電解質膜三部分；陽極組件包括陽極腔體(9)、析氧陽極(19)以及用于陽極固定和陽極室密封的連接件；陰極組件包括陰極腔體(8)、參比電極(13)、固定床蓋(1)、流體分布器(2)、陰極顆粒狀CO₂RR催化劑、固定床腔體(3)和固定床底座(4)、集流桿(18)、以及實現陰極室密封與電極固定的連接件；其中，固定床蓋(1)的側方設置兩個螺紋孔連接管板接頭，分別用于電解質溶液的更新和CO₂氣體的輸入；固定床蓋(1)的上方中間設置螺紋孔用于放置集流桿(18)；固定床蓋(1)的上方設另一螺紋孔用于產物氣體排出；

固定床腔體(3)上、下端分別與固定床蓋(1)、固定床底座(4)經螺紋連接，陰極顆粒狀CO₂RR催化劑填充在固定床腔體(3)內，催化劑填料上方設置流體分布器(2)，流體分布器(2)固定于固定床腔體(3)內部且位于CO₂氣體輸入口的下方；固定床底座(4)固定于陰極腔體(8)上方，參比電極(13)設置于陰極腔體(8)側方。

2.根據權利要求1所述的一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，所述陰極顆粒狀CO₂RR催化劑形狀為球狀催化劑或圓柱狀催化劑；種類為金屬顆粒催化劑或碳顆粒催化劑。

3.根據權利要求1所述的一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，所述的電解質膜為陽離子交換膜、多孔膜或陰離子交換膜中的一種。

4.根據權利要求1所述的一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，固定床腔體(3)為上、下兩端具有外螺紋的管；固定床底座(4)上端內側設有內螺紋用于與固定床腔體(3)的緊配合；固定床底座(4)底部設有倒角結構，其與陰極腔體(8)形成的溝槽用于收集電解質溶液內形成的氣體；固定床底座(4)側邊方槽放置O圈，用于與陰極腔體(8)之間的密封；固定床底座(4)底部設有均勻分布的通孔，用于支撐陰極顆粒狀CO₂RR催化劑。

5.根據權利要求1所述的一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，陽極腔體(9)側方設有石英玻璃片(15)作為觀察窗口；析氧陽極(19)為Pt箔或Ir箔電極。

6.根據權利要求1所述的一種H型固定床二氧化碳還原電解池，其特征在于，流體分布器(2)通過壓簧固定于固定床蓋(1)上。

7.權利要求1-6任一所述H型固定床二氧化碳還原電解池的應用，其特征在于，陰極側電解質經參比電極固定件位置流出，經蠕動泵驅動，再經固定床蓋(1)側方螺紋孔返回陰極腔體(8)；CO₂氣體經固定床蓋(1)另一側方螺紋孔進入固定床腔體(3)中流體分布器(2)上部空間，飽和陰極側電解質溶液，再流經陰極顆粒狀CO₂RR催化劑，生成的產物氣經固定床蓋(1)頂端螺紋孔流出，進入色譜儀；應用電化學工作站，控制H型固定床CO₂RR電解池運行，以固定床陰極為工作電極，飽和甘汞電極為參比電極，Pt片為對電極，驅動H型固定床CO₂RR電解池的CO₂電還原反應。