[發明專利]一種可同時作流動和膜電極電解池的二氧化碳電解反應器

在審

• 申請號: 202210102802.8
• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114672832A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 肖春輝;陳昊煊;魏遠韜;王陽
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B9/01;C25B3/26;C25B3/03;C25B3/07;C25B1/23
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

一種可同時作流動和膜電極電解池的二氧化碳電解反應器，擠壓式旋蓋依次將陰極氣體輸運餅第一密封橡膠墊、陰極氣體擴散電極、第二密封橡膠墊、交換輸運餅、第三密封橡膠墊、隔膜、第四密封橡膠墊、陽極液體輸運餅、第五密封橡膠墊、陽極電極和第六密封橡膠墊擠壓封裝在反應器殼體內；電解時，二氧化碳氣體由第一氣體流動管道進入第一反應槽，與陰極氣體擴散電極接觸發生反應后，由第二氣體流動管道排出，由此得到氣體種類與含量數據；在電化學工作站上可獲得電壓電流關系；電解液進入第二反應槽，可與陰極氣體擴散電極、隔膜和陽極電極接觸發生反應；本發明解決現有反應器存在的適用性差，密封性差，操作困難而導致的測試性能不佳的問題。

技術領域

本發明涉及電解還原裝置技術領域，尤其涉及一種可同時作流動和膜電極電解池的二氧化碳電解反應器。

背景技術

現代人類活動顯著加大了空氣中“溫室氣體”CO2含量，對全球氣候變化、空氣質量以及能源安全等造成了嚴重的負面影響。

CO2電化學還原(CO2 electrochemical reaction,CO2ER)高值化生成碳氫/碳氧化合物等有用產品和燃料有較好的研究價值和應用前景。其優點可歸納為：(1)可在溫和條件下進行，無需高溫高壓，不受陽光和氣候等限制；(2)可耦合光伏、風力和核能等清潔能源并易于大規模化；(3) 通過電極電勢可以間接控制反應速率和產物選擇性，為探尋可控可選擇的固碳方式提供方案。

目前，有別于傳統的H型電解池(H-type cell)，用于CO2電化學還原的新型電解池有以下兩種，流動電解池(Flow-cell)和膜電極電解池 (MEA-cell)，其中流動電解池采用三通道模式，分別為一條氣相與兩條液相通道，氣相通道用于傳輸反應物CO2以及氣相產物，兩條液相通道分別用于陰極電解液和陽極電解液的流動；而膜電極電解池選用電極-隔膜復合材料，因而采用雙通道模式，分別為一條氣相與一條液相通道；模式的多樣性導致裝置的多樣性，市場上現存的各類裝置均只能適配一種測試模式，有待找到良好的解決方案。

傳統的CO2電催化還原反應器結構具有以下缺陷：(1)結構單一，模塊間依賴性強，無法做到“一器兩用”，不具備拓展性；(2)采用四螺釘式固定結構，無法控制四個邊角同步旋緊，常常因不能均勻壓緊而導致漏液現象；(3)模塊松散，安裝操作難度大，各模塊在安裝過程中無處固定，易散落，不易于獨自安裝。

由此，如何改善上述缺陷，成為本領域技術人員亟待解決的問題。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺陷，本發明的目的在于提供了一種可同時作流動和膜電極電解池的二氧化碳電解反應器，解決了現有反應器存在的適用性差，密封性差，操作困難，而導致的測試性能不佳的問題。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種可同時作流動和膜電極電解池的二氧化碳電解反應器，包括反應器殼體14以及與其相配置的擠壓式旋蓋1，擠壓式旋蓋1依次將陰極氣體輸運餅2、第一密封橡膠墊3、陰極氣體擴散電極4、第二密封橡膠墊5、交換輸運餅6、第三密封橡膠墊7、隔膜8、第四密封橡膠墊9、陽極液體輸運餅10、第五密封橡膠墊11、陽極電極12和第六密封橡膠墊13擠壓封裝在反應器殼體14內；其中陰極氣體擴散電極4、陽極電極12和交換輸運餅6通過引線與電化學工作站電極相連；陰極氣體輸運餅2上連通氣流軟管；交換輸運餅6和陽極液體輸運餅10的管道連接電解液瓶。

所述的陰極氣體輸運餅2，第一密封橡膠墊3，陰極氣體擴散電極4和第二密封橡膠墊5由上至下緊密貼合構成了陰極反應模塊，第一密封橡膠墊3和第二密封橡膠墊5中間均設有氣體擴散電極開口。

所述的交換輸運餅6、第三密封橡膠墊7、隔膜8、第四密封橡膠墊9由上至下緊密貼合構成了隔膜交換模塊，第三密封橡膠墊7和第四密封橡膠墊9中間均設有電解所需隔膜的開口。