[发明专利]一种电解系统以及一种电解二氧化碳的方法

说明书

本发明提供一种电解系统，该系统包括直流电源、电解池单元，以及用于加热电解池单元的加热单元，其中电解池单元采用具有中空对称结构的基于陶瓷电解质的固体氧化物电解池，具有结构简单、稳定性高的优点。利用该电解系统，将二氧化碳或水通入电解池单元的支撑燃料极，空气接触非支撑空气极，并将电解池单元加热至600℃以上，开启直流电源，能够将二氧化碳和水高温电解为一氧化碳和氢气，具有操作简单、低成本、安全高效、在相对较低的电解电压下实现了水和二氧化碳电解转化的优点。

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电解系统以及一种电解二氧化碳的方法

背景技术

自工业革命以来，全球化石能源消耗增长迅猛，CO₂排放不断增加，对环境造成的污染和破坏日趋严重，如何有效控制温室气体的排放量，减缓环境问题已成为人类社会面临的一个不可避免的难题。

由于过度依赖于煤火电厂提供电力，我国已成为温室气体的排放大国。作为《巴黎气候变化协定》的缔约国，我国在二氧化碳排放方面承诺在2030年单位国内生产总值二氧化碳排放比2005年下降60％-65％。因此，如何有效实现二氧化碳的减排工作，创造额外的经济环境效益是亟待解决的一个问题。

通过电化学方法将二氧化碳和水电解转化为合成气或者其他烃类能源，对减少二氧化碳的排放和提高可再生资源的转化利用具有十分重要的意义。

目前，为实现二氧化碳的转化，使用较多的是基于质子交换膜电解质的中低温电解池，采用较为昂贵的铂金属作为催化剂，成本较高，而且对产物的分离调控非常困难。为了降低成本，也有学者提出了基于熔融盐电解池的二氧化碳转化法，但熔融盐电解池在直接电解二氧化碳时，经常会发生阴极积碳的问题，从而导致电解池性能的下降；另一方面，由于熔融盐电解池采用的是熔融液态电解质，不仅增大了对密封的要求，而且也带来了电解液泄露的风险。

发明内容

针对上述技术现状，本发明提供了一种电解系统，该系统采用基于陶瓷电解质的固体氧化物电解池(Solid Oxide Electrolysis Cell，SOEC)，具有结构简单、稳定性高的优点，利用该电解系统能够对二氧化碳进行电解。

本发明提供的技术方案是：一种电解系统，包括直流电源、电解池单元，以及用于加热电解池单元的加热单元；

所述的电解池单元包括支撑层、电解质层以及非支撑层；电解质层包括第一电解质层与第二电解质层，第一电解质层位于支撑层的上表面，第二电解质层位于支撑层的下表面；非支撑层包括第一非支撑层与第二非支撑层，第一非支撑层位于第一电解质层的上表面，第二非支撑层位于第二电解质层的下表面；支撑层设置中空连通孔道，该孔道在支撑电极层侧面设置与所述孔道相连通的孔道入口与孔道出口，用于燃料气体通入孔道；

所述的直流电源正极与第一阴极层电连接，负极与第二阴极该层电连接。

作为优选，所述电解质材料为YSZ、SSZ、LSGM等，厚度1μm～15μm。

作为优选，所述支撑层材料可以是Ni-YSZ、LSM-YSZ、LSCF-YSZ等，厚度优选为2μm～50μm。

作为优选，所述的非支撑层材料可以是LSM、LSCF、BSFC等，厚度优选为5μm～100μm。

作为优选，第一电解质层与第一阴极层之间优选设置第一阻挡层，第二电解质层与第二阴极层之间优选设置第二阻挡层。

作为优选，所述支撑层与非支撑层均具有多孔结构，孔隙率优选为30～75％，平均孔径优选为0～2μm。

作为优选，所述非支撑层具有气体流道，用作气体流通以及导电作用。