[发明专利]一种二氧化碳电还原仿生电解池及其运行方法

权利要求书

1.一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的电解池包括阳极组件、阴极组件以及分隔两者的聚合物电解质膜(15)；所述的阳极组件包括阳极电解质溶液、析氧阳极(16)、阳极流场板(17)、阳极集流体(19)以及用于阳极固定和阳极室密封的连接件；所述的阴极组件包括阴极电解质溶液、参比电极(1)、反应器盖(4)、阴极腔体(5)、阴极集流连接件(7)、反应器温控夹套(9)、阴极集流体(21)、阴极CO₂RR催化剂电极(22)、气体分散器(23)、阴极腔体绝缘层(24)以及实现阴极室密封与电极固定的连接件；

所述的反应器盖(4)，其中心设有螺纹孔A(2-1)，参比电极(1)穿过管板接头(2)，管板接头(2)通过螺纹孔A(2-1)与反应器盖(4)螺纹连接，从而固定参比电极(1)；螺纹孔A(2-1)旁设有螺纹孔B(2-2)，用于安装接口A(3)，实现产物排出；

所述的阴极腔体(5)为筒体结构，底部设有边沿，边沿上对称开有多个通孔A(3-1)；阴极腔体(5)的上部设有两个通孔分别用于安装接口B(6)和阴极集流连接件(7)，下部设有一个通孔用于安装接口E(11)，接口E(11)连接泵的入口，接口B(6)连接泵的出口，实现阴极腔体(5)内部电解液的循环更新，接口E(11)还可以连接热电偶温度计，实现阴极腔体(5)内部温度检测；底部侧壁上设有一个通孔用于安装接口F(12)，其中，气体分散器(23)位于阴极腔体(5)内部，且通过接口F(12)与外部的气瓶连接用于输入CO₂混合气；阴极腔体绝缘层(24)与阴极腔体(5)内壁紧密贴合；阴极集流体(21)通过阴极集流连接件(7)固定在阴极腔体(5)内，阴极CO₂RR催化剂电极(22)通过阴极集流体(21)固定于阴极腔体(5)内的下部且位于气体分散器(23)的上方；阴极集流连接件(7)与电源负极连接；

所述的反应器温控夹套(9)套在阴极腔体(5)上，且二者之间留有空隙，反应器温控夹套(9)上设有两个通孔分别用于安装接口C(8)和接口D(10)，分别用于循环冷凝水的输入和排出，实现阴极腔体(5)温度的控制；

所述的阳极流场板(17)，其边缘设有多个通孔B(4-1)，与通孔A(3-1)一一对应，通过通孔B(4-1)、通孔A(3-1)以及螺丝组件将阳极流场板(17)固定在阴极腔体(5)的底部，固定片(14)、聚合物电解质膜(15)和析氧阳极(16)从上到下依次布置，固定在阴极腔体(5)和阳极流场板(17)之间，且阳极流场板(17)上表面与阴极腔体(5)下表面之间设有密封垫片(13)；阳极流场板(17)底面设有三个螺纹孔，其中，中心的螺纹孔E(4-4)用于螺纹连接阳极集流体(19)，阳极集流体(19)与电源正极连接，两侧螺纹孔C(4-2)和螺纹孔D(4-3)分别用于安装接口G(18)和接口H(20)，用于实现阳极电解液输入和排出。

2.根据权利要求1所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的管板接头(2)的材质为聚四氟乙烯；所述的固定片(14)的材质为泡沫钛；所述的密封垫片(13)的材质为橡胶；所述的反应器盖(4)和阴极腔体(5)的材质为不锈钢；所述的阴极集流连接件(7)和阴极集流体(21)为紫铜镀金材质。

3.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的聚合物电解质膜(15)为阳离子交换膜、阴离子交换膜或多孔膜。

4.根据权利要求1或2所述的一种二氧化碳电还原仿生电解池，其特征在于，所述的阳极流场板(17)的材质为钛板或钛板镀箔，表面为点状流场或蛇形流场；所述的析氧阳极(16)材料由载体和催化剂两部分构成，其中，载体为泡沫钛或钛毡，催化剂为Pt的氧化物、Ir的氧化物、Ru的氧化物或RuIr合金的氧化物。