Pathways to reduce the energy cost of carbon monoxide electroreduction to ethylene

一氧化碳 乙烯 碳纤维 化学 材料科学 废物管理 环境科学 催化作用 有机化学 工程类 复合数 复合材料
作者
Tartela Alkayyali,Mohammad Zargartalebi,Adnan Ozden,Fatemeh Arabyarmohammadi,Roham Dorakhan,Jonathan P. Edwards,Feng Li,Ali Shayesteh Zeraati,Mengyang Fan,Aimy Bazylak,Edward H. Sargent,David Sinton
出处
期刊:Joule [Elsevier BV]
卷期号:8 (5): 1478-1500 被引量:7
标识
DOI:10.1016/j.joule.2024.02.014
摘要

CO2-to-CO conversion, followed by CO to value-added products, shows promise as a high-CO2 utilization strategy. However, it is necessary to continue to reduce the energy intensity of CO electrolyzers. Modeling can untangle the highly coupled nature of these electrolyzers and thereby accelerate their optimization. Here, we develop a CO electrolyzer model, which we compare with experiments, and evaluate how it might be possible to attain CO to ethylene (C2H4) with the energy intensity approaching 110 GJ tonne−1 C2H4, then further to an 80 GJ tonne−1 C2H4 target. The model identifies targets and specifications for each component, with the ultimate target requiring continued progress in increasing cathodic catalyst selectivity, thin anion exchange membranes (<25 μm), improved ion exchange capacity (1.7–3.4 mmol/g), enhanced anode activity (>56% overpotential reduction) and thickness (100–400 μm), and optimized operation (1–4 M KOH at 25°C–75°C) at >300 mA cm−2.
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