二氧化碳(温室气体)可以转化为有价值的碳氢化合物通过电解的过程。在这个过程中,电解槽的设计是至关重要的。所谓的零距离细胞尤其适合工业过程。然而,仍然有一些限制:阴极可以阻塞,而迅速。
谱测量表明,在更高浓度的钾化合物溶解在电解液,钾晶体沉积在阴极上角(右)。图片来源:©HZB
马修·梅尔博士和他的团队的HZB现在探索原因以及这不必要的过程是可以预防的。
二氧化碳,或公司2,生产石油、煤或天然气燃烧。这个著名的温室气体是全球变暖的主要原因之一,但它也是一个原料。从技术上讲,它是可行的改变有限公司2成可用的碳化合物。然而,这个过程需要能源、水、适当的电极,和特殊的催化剂。
有限公司2可以被转换成一氧化碳电化学原理、甲酸或甲烷,乙烯,丙醇,乙酸和乙醇。然而,工业过程必须设计为高度选择性和极其高效生产所需的产品,而不是产品的混合物。
转换公司2回燃料
通过以电解减少有限公司2有用的碳氢化合物,我们可以产生新的燃料不使用化石资源。我们因此把有限公司2回到循环,就像回收。
马修·迈尔博士领导,亥姆霍兹青年科学家小组“电化学转换”
电解过程可以更可持续使用风能或太阳能等可再生能源。
零距离细胞:许多层的三明治
学生经常在学校学习,电解可以执行基本的盛有水的烧杯中,这是H电池的进一步发展,形状像一个字母H。
然而,这些细胞并非设计用于工业使用。相反,工业电解槽用三明治制作的几层组成的体系结构:左和右的电极进行当前和涂有催化剂,含铜气体扩散层,允许在有限公司2气体分离膜。
电解液(称为阳极电解液阳极时提供)是由溶钾化合物和允许离子电极之间的旅行。膜允许带正电荷的离子通过而阻止带负电荷的钾离子。
问题:钾晶体
然而,电解液中的钾离子通过膜,形成微小晶体在阴极堵塞毛孔。
研究人员能够分析晶体形成的过程在阴极深度使用扫描电子显微镜和其他成像技术。
”这不该发生。能量色散x射线分析,我们能够找到哪里显示的各个元素和钾晶体形成博士,”植物胡安。学生在马太福音梅耶尔的团队。
根据研究结果,更多的钾电解质,阴极木屐。没有简单的解决方案:降低钾浓度是优秀的一方面,但有害因为反应平衡变化,产生一氧化碳,而不是所需的乙烯。
电解液是关键
最重要的观察是阳离子仍然可以穿透阴离子交换膜,但在某种程度上,取决于电解液的浓度。与电解液的浓度,我们同时调节产品形成的有限公司2。
Gumaa El Nagar博士,博士后研究员,Helmholtz-Zentrum柏林毛皮Materialien和科特布斯GmbH是一家
Gumaa El Nagar博士总结道,“在下一步中,我们想要使用operando和原位测量使用x射线详细了解如何在细胞内离子迁移影响化学反应的过程”。
期刊引用:
El-Nagar, g。,等。(2023)。意想不到的阳离子交换影响有限2减少选择性光谱线零距离电解槽。自然通讯。doi.org/10.1038/s41467 - 023 - 37520 - x。