Free-Standing Porous Composite Polyelectrolyte for Efficient CO 2 Electrolysis

电解 聚电解质 聚砜 化学工程 材料科学 电解质 复合数 离子电导率 电导率 多孔性 格式化 选择性 导电体 电解槽 澄清器 快离子导体 电极 电解水 电容
作者
Sarah Aderyani,Tae‐Ung Wi,Karolina Santos,Ahmad Elgazzar,Andrea Hicks,Haotian Wang,Rafael Verduzco
出处
期刊:Environmental Science & Technology [American Chemical Society]
卷期号:59 (49): 26819-26829 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acs.est.5c03612
摘要

Conventional CO2 reduction electrolyzers typically employ liquid-based electrolytes, resulting in expensive postsynthesis purification steps to recover the product. Solid-state reactors address product separation challenges, but current particle-based solid electrolytes face issues with long-term stability, scalability, reusability, and challenging cell assembly. Here, we report a free-standing and highly conductive porous composite polyelectrolyte for CO2 electrolysis produced by combining ion-exchange particles with sulfonated polysulfone as a binder. The resulting composite polyelectrolyte achieves an ionic conductivity as high as 10.4 mS cm-1 while maintaining excellent mechanical properties. When used in a CO2 electrolyzer, formate selectivity consistently exceeded 90% at current densities up to 200 mA cm-2, and the electrolyzer maintained a cell potential close to 3.5 V over 220 h at 100 mA cm-2. Technoeconomic and life cycle assessments further highlight the scalability and sustainability of this approach, advancing the development of large-scale, energy-efficient solid-state CO2 electrolyzers.
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