當(dāng)前位置 : 
服務(wù)熱線
010-63716865
電催化CO?還原中氣體擴(kuò)散電極的傳質(zhì)優(yōu)化
發(fā)布時(shí)間：2026-04-29 瀏覽量：99
電催化CO?還原在常溫常壓下進(jìn)行，易于與可再生能源電力耦合。然而，CO?在水溶液中的溶解度極低（約34 mM），限制了傳統(tǒng)H型電解池的電流密度（通常<50 mA/cm2），難以達(dá)到工業(yè)應(yīng)用水平。氣體擴(kuò)散電極（GDE）通過(guò)將CO?氣體直接輸送到催化劑層，突破了傳質(zhì)限制，使電流密度可提升至200-500 mA/cm2。北京中教金源科技有限公司提供氣體擴(kuò)散電極測(cè)試用的流動(dòng)電解池，助力高效CO?電還原研究。
氣體擴(kuò)散電極通常由三部分組成：氣體擴(kuò)散層（多為碳紙或碳布）、微孔層（炭黑+PTFE）和催化劑層。氣體擴(kuò)散層具有疏水性和多孔結(jié)構(gòu)，使CO?氣體能夠滲透到催化劑層表面，同時(shí)防止電解液淹水。微孔層進(jìn)一步改善氣液分布。催化劑層（如Au、Ag、Cu、Sn等）沉積在微孔層上，是CO?還原的活性位點(diǎn)。
疏水處理是GDE的關(guān)鍵。PTFE（聚四氟乙烯）是最常用的疏水添加劑，含量一般在10-30 wt%。PTFE含量過(guò)低，電極易被電解液浸沒，氣體通道堵塞；含量過(guò)高，催化劑被包裹，電子導(dǎo)通性下降。優(yōu)化后的GDE應(yīng)具有穩(wěn)定的三相界面（氣-液-固），CO?、電子和質(zhì)子同時(shí)在該界面反應(yīng)。
流場(chǎng)板設(shè)計(jì)同樣影響傳質(zhì)和產(chǎn)物分布。蛇形流場(chǎng)和交指流場(chǎng)是常見類型。蛇形流場(chǎng)簡(jiǎn)單可靠，但易產(chǎn)生濃度梯度；交指流場(chǎng)強(qiáng)制氣體從一側(cè)通道流經(jīng)電極擴(kuò)散層進(jìn)入另一側(cè)通道，增強(qiáng)了對(duì)流傳質(zhì)。對(duì)于CO?還原，交指流場(chǎng)可獲得更高的轉(zhuǎn)化率。
氣體擴(kuò)散電極的長(zhǎng)期穩(wěn)定性受鹽析和催化劑脫落影響。高電流密度下，陰極局部pH升高可能導(dǎo)致碳酸鹽沉淀，堵塞孔道。采用脈沖電解或流動(dòng)酸性電解液可緩解此問(wèn)題。北京中教金源科技有限公司的流動(dòng)電解池測(cè)試系統(tǒng)，可精確控制電解液流速、CO?流量和溫度，支持氣體擴(kuò)散電極的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行評(píng)價(jià)。