In de afgelopen eeuw hebben menselijke activiteiten geleid tot een snelle verslechtering van het milieu op aarde, met nadelige effecten zoals klimaatverandering en een toename van CO2 in de atmosfeer₂ . Veel wetenschappers over de hele wereld hebben daarom geprobeerd nieuwe technologieën en oplossingen te bedenken die kunnen helpen om deze bestaande milieuproblemen aan te pakken.

Een mogelijke manier om de aanwezigheid van CO₂ . te verminderen in de atmosfeer is om effectieve strategieën te bedenken om CO₂ . te recyclen en omzetten in vloeibare brandstoffen of andere industriële materialen, idealiter met duurzaam geproduceerde elektriciteit. Om dit te doen, moeten onderzoekers echter zeer waardevolle producten kunnen maken van CO₂ bij stroomdichtheden op industriële schaal met een lage hoeveelheid elektrische energie.

Onderzoekers van de Universiteit van Wuhan hebben onlangs een nieuwe strategie geïntroduceerd die kan worden gebruikt om ethyleen, een ontvlambaar koolwaterstofgas, te synthetiseren uit CO₂ en zuiver water. Deze strategie, geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Nature Energy , omvat het gebruik van bifunctionele ionomeren, een reactief polymeer, als polymeerelektrolyten om CO₂ te activeren en zijn efficiënte co-elektrolyse met water mogelijk te maken om ethyleen te produceren.

"Veel CO₂ elektrolyzers in ontwikkeling gebruiken vloeibare elektrolyten (bijvoorbeeld KOH-oplossingen), maar het gebruik van vastestofpolymeerelektrolyten kan in principe de efficiëntie verbeteren en co-elektrolyse van CO₂ realiseren en zuiver water, waardoor corrosie en problemen met het elektrolytverbruik worden vermeden", schreven Wenzheng Li en zijn collega's in hun artikel. omgeving."

Om ethyleen te synthetiseren uit CO_2, Li en zijn collega's gebruikten een alkalische polymeerelektrolyt (APE), die de opening tussen kathoden en anodes kan verkleinen tot minder dan tientallen micrometers in membraanelektrodeassemblage-architecturen (MEA's). Dit kan op zijn beurt het zogenaamde interne ohmse verlies verminderen (d.w.z. spanningsdaling veroorzaakt door de overdracht van elektronen in circuits of beweging van ionen door elektrolyten en membranen), waardoor de energieconversie-efficiëntie van de technologie bij hoge stroomdichtheden wordt verbeterd.

"We gebruiken bifunctionele ionomeren als polymeerelektrolyten die niet alleen ionisch geleidend zijn, maar ook CO₂ kunnen activeren op het grensvlak tussen katalysator en elektrolyt en geven de voorkeur aan ethyleensynthese, terwijl ze op zuiver water werken", schreven Li en zijn collega's in hun artikel. polymeerketen, als de bifunctionele elektrolyt."

De door Li en zijn collega's voorgestelde polymeerelektrolyt zou aanzienlijk beter kunnen presteren dan vloeibare elektrolyten, die zijn geïntegreerd in de meeste bestaande CO₂ elektrolyzers, omdat het de energie-efficiëntie van de apparaten zou kunnen verbeteren. Het meest opvallende was dat het team in staat was om het ionomeer dat ze gebruikten bifunctioneel te maken, zodat het ionisch geleidend zou zijn en CO_2, zou activeren. interfereren met de reactie die nodig is om het terug te brengen tot ethyleen.

De onderzoekers evalueerden hun elektrolyt door het te integreren in een elektrolyse die op CO₂ . draait en zuiver water. In deze tests ontdekten ze dat hun polymeerelektrolyt de selectiviteit van ethyleen tot 50% verhoogde, zelfs in afwezigheid van een sterk alkalische omgeving.

"De elektrolyseur werkt op CO₂ en zuiver water vertoont een totale stroomdichtheid van 1.000 mA cm ⁻² bij celspanningen zo laag als 3,73 V. Bij 3,54 V," schreven Li en zijn collega's in hun artikel. "Ethyleen wordt geproduceerd met een partiële stroomdichtheid op industriële schaal van 420 mA cm ⁻² zonder enig elektrolytverbruik."

Het recente werk van dit team van onderzoekers opent nieuwe mogelijkheden voor de omzetting van CO₂ in ethyleen op industriële schaal. In de toekomst zou het kunnen inspireren tot vergelijkbare benaderingen voor het synthetiseren van koolwaterstoffen of andere industriële gassen uit CO₂ met behulp van alkalische polymeerelektrolyten. + Verder verkennen

Nieuwe hybride elektrolyt voor hoogwaardige Li-ion-batterijen

© 2022 Science X Network