[發明專利]一種二氧化碳電還原仿生電解池及其運行方法

有效

• 申請號: 202210195052.3
• 申請日: 2022-03-01
• 公開（公告）號: CN114540852B
• 公開（公告）日: 2023-10-24
• 發明（設計）人: 毛慶;周士宗;陳紹云
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C25B9/19
• 分類號: C25B9/19;C25B9/60;C25B11/00;C25B15/02;C25B15/08
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 隋秀文

1.一種二氧化碳電還原仿生電解池，其特征在于，所述的電解池包括陽極組件、陰極組件以及分隔兩者的聚合物電解質膜(15)；所述的陽極組件包括陽極電解質溶液、析氧陽極(16)、陽極流場板(17)、陽極集流體(19)以及用于陽極固定和陽極室密封的連接件；所述的陰極組件包括陰極電解質溶液、參比電極(1)、反應器蓋(4)、陰極腔體(5)、陰極集流連接件(7)、反應器溫控夾套(9)、陰極集流體(21)、陰極CO₂RR催化劑電極(22)、氣體分散器(23)、陰極腔體絕緣層(24)以及實現陰極室密封與電極固定的連接件；

所述的反應器蓋(4)，其中心設有螺紋孔A(2-1)，參比電極(1)穿過管板接頭(2)，管板接頭(2)通過螺紋孔A(2-1)與反應器蓋(4)螺紋連接，從而固定參比電極(1)；螺紋孔A(2-1)旁設有螺紋孔B(2-2)，用于安裝接口A(3)，實現產物排出；

所述的陰極腔體(5)為筒體結構，底部設有邊沿，邊沿上對稱開有多個通孔A(3-1)；陰極腔體(5)的上部設有兩個通孔分別用于安裝接口B(6)和陰極集流連接件(7)，下部設有一個通孔用于安裝接口E(11)，接口E(11)連接泵的入口，接口B(6)連接泵的出口，實現陰極腔體(5)內部電解液的循環更新，接口E(11)還可以連接熱電偶溫度計，實現陰極腔體(5)內部溫度檢測；底部側壁上設有一個通孔用于安裝接口F(12)，其中，氣體分散器(23)位于陰極腔體(5)內部，且通過接口F(12)與外部的氣瓶連接用于輸入CO₂混合氣；陰極腔體絕緣層(24)與陰極腔體(5)內壁緊密貼合；陰極集流體(21)通過陰極集流連接件(7)固定在陰極腔體(5)內，陰極CO₂RR催化劑電極(22)通過陰極集流體(21)固定于陰極腔體(5)內的下部且位于氣體分散器(23)的上方；陰極集流連接件(7)與電源負極連接；

所述的反應器溫控夾套(9)套在陰極腔體(5)上，且二者之間留有空隙，反應器溫控夾套(9)上設有兩個通孔分別用于安裝接口C(8)和接口D(10)，分別用于循環冷凝水的輸入和排出，實現陰極腔體(5)溫度的控制；

所述的陽極流場板(17)，其邊緣設有多個通孔B(4-1)，與通孔A(3-1)一一對應，通過通孔B(4-1)、通孔A(3-1)以及螺絲組件將陽極流場板(17)固定在陰極腔體(5)的底部，固定片(14)、聚合物電解質膜(15)和析氧陽極(16)從上到下依次布置，固定在陰極腔體(5)和陽極流場板(17)之間，且陽極流場板(17)上表面與陰極腔體(5)下表面之間設有密封墊片(13)；陽極流場板(17)底面設有三個螺紋孔，其中，中心的螺紋孔E(4-4)用于螺紋連接陽極集流體(19)，陽極集流體(19)與電源正極連接，兩側螺紋孔C(4-2)和螺紋孔D(4-3)分別用于安裝接口G(18)和接口H(20)，用于實現陽極電解液輸入和排出。

2.根據權利要求1所述的一種二氧化碳電還原仿生電解池，其特征在于，所述的管板接頭(2)的材質為聚四氟乙烯；所述的固定片(14)的材質為泡沫鈦；所述的密封墊片(13)的材質為橡膠；所述的反應器蓋(4)和陰極腔體(5)的材質為不銹鋼；所述的陰極集流連接件(7)和陰極集流體(21)為紫銅鍍金材質。

3.根據權利要求1或2所述的一種二氧化碳電還原仿生電解池，其特征在于，所述的聚合物電解質膜(15)為陽離子交換膜、陰離子交換膜或多孔膜。

4.根據權利要求1或2所述的一種二氧化碳電還原仿生電解池，其特征在于，所述的陽極流場板(17)的材質為鈦板或鈦板鍍箔，表面為點狀流場或蛇形流場；所述的析氧陽極(16)材料由載體和催化劑兩部分構成，其中，載體為泡沫鈦或鈦氈，催化劑為Pt的氧化物、Ir的氧化物、Ru的氧化物或RuIr合金的氧化物。