A Guide to the Design and Testing of a Lab-Scale Flow Cell CO2 Electrolyzer with Gas-Diffusion Electrodes

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作者
Robert Haaring,Jae‐Won Lee,Sun Seo Jeon,Junpyo Lee,Mingi Kim,Hyunjoo Lee
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
卷期号:37 (9): 3022-3039 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.4c03459
摘要

The CO 2 electrolyzer is a pivotal technology for enabling the electrification and decarbonization of the chemical industry. Significant advancements in CO 2 electrolysis have been achieved through research focusing on catalysts, gas-diffusion electrodes (GDEs), and system design. While several guides on electroanalytical techniques and electrolyzer operation exist, a comprehensive guide addressing cell design considerations and their relationship to experimental process parameters is still needed. Herein, we present general guidelines for designing and testing a lab-scale flow cell (F-cell) electrolyzer for CO 2 electrolysis using GDEs. The process begins with fundamental design principles, followed by prototyping and materials selection, and culminates in manufacturing and assembly instructions. This electrolyzer is benchmarked using commercial Ag- and Cu-based catalysts for CO 2 conversion to CO and C-C products, respectively, and several diagnostic tools are demonstrated for characterizing GDE performance in a F-cell electrolyzer. Furthermore, we show that the electrolyzer is compatible with various GDE substrates, including carbon-paper-based and polymer-membrane-based gas-diffusion layers as well as metal mesh electrodes. We anticipate that the principles and guidelines presented here will assist researchers entering the field of CO 2 electrolysis and inspire innovative cell designs tailored to their specific research needs.
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