Electrochemical pH‐Swing CO 2 Capture Facilitated by Suppressed Bubble Accumulation at Electrode/Electrolyte Interfaces

法拉第效率 电极 电化学 电解 气泡 烟气 析氧 材料科学 法拉第电流 化学工程 电解水 化学 氧气 分析化学(期刊) 吸附 过程(计算) 烟道 反应速率 无机化学 级联 高温电解
作者
Yuesheng Zhang,Binbin Pan,Yanguang Li,Yuhang Wang
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:65 (1): e13456-e13456 被引量:3
标识
DOI:10.1002/anie.202513456
摘要

Electrochemical CO2 capture features high modularity and low system complexity. When the pH swing produced by electrolysis reactions acts as the driving force of CO2 capture, the entire process is further endowed with enhanced tolerance to poisoning. Nevertheless, the correlation between the type of electrolysis reaction and electrochemical CO2 capture efficiency remains poorly understood, rendering the reactor inefficient. Here, we show that the behavior of gas bubbles exerts a strong influence on CO2 capture rates and Faradaic efficiencies. We demonstrate that eliminating bubble accumulation by suppressing H2 evolution at the cathode/electrolyte interface facilitates CO2 capture, which ensures the access of CO2 to the alkaline electrode surfaces. We devise a polymer-electrolyte CO2 capture reactor utilizing oxygen reduction as the driving force and the cation effect to reduce the activity of H2 formation. The system offers a capture rate of 1.40 ± 0.03 mLCO2 min-1 cm-2 at 220 mA cm-2 with a Faradaic efficiency of 83.7 ± 1.9% and poisoning resistance to O2 and impurities in simulated flue gases. In direct air capture (DAC) mode, the reactor achieves a capture rate of about 0.029 mLCO2 min-1 cm-2 and a stable 200-h operation at approximately 0.019 mLCO2 min-1 cm-2 and 0.95 V, outperforming existing electrochemical DAC devices.
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