High-Pressure Electrochemical CO 2 Capture and Reduction to Formic Acid

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作者
Wai-Yu Vivian Lam,Tae‐Ung Wi,Ahmad Elgazzar,Shaoyun Hao,Malik Paulino,Valery Okatenko,C.H. Sellers,Junwei Zhang,Haotian Wang
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:10 (11): 5466-5473 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.5c02165
摘要

Direct supply of dilute CO2 sources to an electrochemical porous solid electrolyte (PSE) reactor enables simultaneous CO2 capture and conversion. However, its catalytic performance is significantly limited under ambient pressure due to low CO2 surface coverage and mass transport constraints. Here, we demonstrate a high-pressure CO2 reduction reaction (CO2RR) of a dilute stream in a PSE reactor, achieving markedly enhanced formic acid selectivity. Pressurizing a 5 mol % CO2 gas stream to 10 atm led to a Faradaic efficiency for formic acid (FEHCOOH) of up to 81.0% at 100 mA cm–2, compared to only 47.8% under ambient conditions. By balancing the liquid pressure within the PSE layer with the cathode gas pressure, we minimized the transmembrane pressure differential, enabling stable operation for 90 h at 20 atm. In addition, high-pressure operation shifted the cathode-membrane interfacial pH from a carbonate-dominated regime toward bicarbonate, thereby improving the electron efficiency of the simultaneous carbon capture process by up to 57.0% during the conversion process.
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