Bromide-mediated membraneless electrosynthesis of ethylene carbonate from CO2 and ethylene

电合成 碳酸乙烯酯 乙烯 溴化物 碳酸盐 化学 化学工程 高分子化学 无机化学 有机化学 催化作用 电解质 电化学 物理化学 电极 工程类
作者
Menglu Cai,Siyun Dai,Jun Xuan,Yiming Mo
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1): 3285-3285 被引量:19
标识
DOI:10.1038/s41467-025-58558-z
摘要

Cyclic carbonates, such as ethylene carbonate, are crucial in various applications, including lithium-ion batteries and polymers. Traditional production routes for ethylene carbonate rely on high-temperature thermocatalytic processes that use fossil-fuel-derived epoxides and carbon dioxide (CO2). Herein, we report a bromide-mediated membraneless electrosynthesis strategy for direction conversion of ethylene and CO2 into ethylene carbonate. This method leverages electrolyte engineering to modulate the kinetics of solution chemistry to proceed at rates that match the high-current bromide electrooxidation, and cathode protection with chromium hydroxide film to suppress the parasitic bromine reduction reaction. These enable the system to operate at 10–250 mA/cm2 current density with 47–78% Faraday efficiency towards ethylene carbonate. The system’s practicality is underscored by achieving an ethylene carbonate product concentration of 0.86 M and maintaining stability for over 500 hours. Furthermore, we demonstrate the integration of this process with CO2 electroreduction to ethylene, enabling a cascade ethylene carbonate electrosynthesis using only CO2 and water as feedstocks. A comprehensive techno-economic analysis confirms the strong economic potential of this method for future applications. Ethylene carbonate is an important component of lithium-ion battery electrolytes with a large market demand. Here, authors report a bromide-mediated membraneless electrosynthesis strategy to synthesize ethylene carbonate using the cheaply available feedstocks of ethylene and CO2.
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