[发明专利]一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器

说明书

本发明涉及一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器。该反应器中部设有零距离反应装置，该装置依次设有第一块硅胶垫片(1)、第二块硅胶垫片(2)、离子交换膜(5)、第三块硅胶垫片(3)、第四块硅胶垫片(4)，这四块硅胶垫片中间设有连通槽，第一块硅胶垫片(1)和第二块硅胶垫片(2)的连通槽中设置阴极(9)，第三块硅胶垫片(3)和第四块硅胶垫片(4)的连通槽中设置阳极(10)。该反应器能显著提高二氧化碳电化学还原进程中的电流密度，极大的减少了能量损耗。

技术领域

本发明属于二氧化碳电化学还原反应器领域，特别涉及一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器。

背景技术

工业革命以来，人口的急剧膨胀以及化石燃料的大量燃烧，使得大气中的二氧化碳浓度越来越高，目前已达到411ppm。过多的二氧化碳累积将造成温室效应和海平面上升等众多环境问题。因此，如何控制并减少大气中二氧化碳的含量已经成为人们研究和关注的焦点。其中有效手段之一是通过电化学反应将二氧化碳转化成为可以利用的能源燃料和化学品。新型催化剂材料是CO₂电催化还原的关键，而新型催化剂材料能否运用到CO₂电化学反应器中将是CO₂还原是否可以运用到工业实际中的关键(Energ Environ Sci.6(6),1711(2013))。因此，从更加长远的角度出发，CO₂电化学反应器的设计与开发新型催化剂材料同样重要。对于CO₂电催化还原而言，改进传统的H型反应器设计一个外部电路短、溶液传质阻力小的新型反应器对于提升体系能量效率至关重要。目前，大部分的CO₂电催化还原实验都是基于传统的H型反应器进行，而传统的H型反应器存在许多的不足，例如：电流效率低、电极之间距离过大、传质阻力过大、不能流动以及无法连续工作等问题，很难满足日益发展的CO₂电催化还原研究。因此，研究者们开始了关于CO₂电催化还原反应器的探索，设计出可以改善反应环境的反应器(J Electrochem Soc.160(1),F69(2013))。

据报道，流动式反应器可以很好的通过液体的流动减少浓差极化，而膜电极电极可以很好的减少电极之间的距离，从而降低能耗损失(Chem Eng J.207,278(2012))。值得注意的是膜电极(MEA)技术已被广泛应用在燃料电池领域，但是应用于二氧化碳电化学还原器研究还未受到广泛关注。中国专利CN109659571A公开了燃料电池膜电极(MEA)反应器不仅可以缩短电极之间的距离，增大二氧化碳与催化剂的接触面积，同时还可将生成的副产物有效传输出反应器之外，提高产物检测的灵敏度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器，以克服现有技术中二氧化碳电化学还原器电流效率低、电极之间距离过大等缺陷。

本发明提供一种连续式多隔室类燃料电池膜电极结构二氧化碳电化学还原反应器，该反应器中部设有零距离反应装置，所述零距离反应装置依次设有第一块硅胶垫片、第二块硅胶垫片、离子交换膜、第三块硅胶垫片、第四块硅胶垫片，所述第一块硅胶垫片、第二块硅胶垫片、第三块硅胶垫片和第四块硅胶垫片中间都设有连通槽，所述第一块硅胶垫片和第二块硅胶垫片的连通槽中设置阴极，所述阴极为气体扩散电极，所述第三块硅胶垫片和第四块硅胶垫片的连通槽中设置阳极；

所述零距离反应装置外侧设有多个隔室，所述隔室是由两块中间设有第五块硅胶垫片的板组成，所述多个隔室除最外面的板外的所有板与所有第五块硅胶垫片中间都设有连通槽。

所述阴极一侧的隔室中的第五块硅胶垫片的连通槽中设置有另外一个阴极，所述另外一个阴极为气体扩散电极。

所述阴极一侧的两块板的边缘分别设有用于放置参比电极和电解液的小孔。

所述板为特氟龙板。