一种电催化转化系统

本发明涉及电化学，具体涉及一种电催化转化系统。

背景技术：

1、工业排放和化石能源的燃烧使得大气中的co2浓度逐年上升，随之而来的以温室效应为主的环境气候问题，因此有必要开发co2的先进转化技术。

2、co2电催化技术利用电化学反应将co2转化为有价值的化学品或能源，通过在电解槽中施加电压，可以驱动co2分子在电极表面发生氧化还原反应，从而实现其化学转化。与传统的热催化方法相比，co2电催化技术具有更高的反应速率和选择性，同时能够实现低温下的催化反应，降低能耗和设备成本。此外，co2电催化还原能够与清洁能源产生的电能直接耦合，不产生额外的碳排放，因此，电催化转化是一种极具应用前景的co2转化方法。

3、与传统的热催化方法相比，co2电催化技术具有更高的反应速率和选择性，同时能够实现低温下的催化反应，降低能耗和设备成本。此外，co2电催化还原能够与清洁能源产生的电能直接耦合，不产生额外的碳排放，因此，电催化转化是一种极具应用前景的co2转化方法。

4、然而co2电催化转化技术仍然主要以实验室中的h型电解池以评估催化剂，分析产物的间歇性操作为主，其工业化应用的实现还需要解决生产效率低和无法连续性操作等问题。

技术实现思路

1、为了解决业化应用的实现还需要解决生产效率低和无法连续性操作的问题，本发明提供一种电催化转化系统。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电催化转化系统，包括：

3、co2电催化装置，用于对超临界状态下的co2进行电催化，所述co2电催化装置设置有气体入口、气体出口、电解质入口和电解质出口；

4、气体增压和加热单元，一端与co2气源连接，另一端与所述co2电催化装置的气体入口连接，用于将co2加压加热至超临界状态并将超临界状态的co2输送至所述co2电催化装置中；

5、电解质输送单元，与所述co2电催化装置的电解质入口连接，用于向所述co2电催化装置输送电解质流体；

6、分离和回流单元，包括气相分离回流单元和液相分离回流单元，所述气相分离回流单元的一端与所述co2电催化装置的气体出口连接、另一端与所述气体增压和加热单元和气相产物储存设备连接，所述液相分离回流单元的一端与所述co2电催化装置的电解质出口连接、另一端与所述电解质输送单元和液相产物储存设备连接；

7、电化学工作站单元，与所述co2电催化装置电连接，用于向所述co2电催化装置提供电压并调控所述co2电催化装置中电化学反应的电流或电压。

8、在某些实施方式中，所述气体增压和加热单元包括与所述co2气源连接的气体输送管道、安装在所述气体输送管道上的增压泵、加热部件、进气针阀和进气止回阀，所述气体输送管道的另一端与所述co2电催化装置的气体入口连接，所述加热部件设置在所述增压泵和所述进气针阀之间。

9、在某些实施方式中，所述气体增压和加热单元还包括安装在所述气体输送管道上的空压机、减压阀和缓冲罐，所述增压泵、所述加热部件和所述缓冲罐设置在所述空压机和所述减压阀之间，所述缓冲罐设置在所述增压泵和所述加热部件之间，所述增压泵靠近所述空压机设置。

10、在某些实施方式中，所述电解质输送单元包括电解质输送管道以及安装在所述电解质输送管道上的液泵和进液针阀，所述电解质输送管道一端与电解质源连接、另一端与所述co2电催化装置的电解质入口连接。

11、在某些实施方式中，所述液相分离回流单元包括液体分离装置，所述液体分离装置具有液体入口、第一液体分离出口和第二液体分离出口，所述液体入口通过第一液体管道与所述co2电催化装置的电解质出口连接，所述第一液体分离出口通过第二液体管道与液相产物储存设备连接，所述第二液体分离出口通过第三液体管道与所述电解质输送单元连接；

12、所述气相分离回流单元包括气体分离装置，所述气体分离装置具有气体入口、第一气体分离出口和第二气体分离出口，所述气体入口通过第一气体管道与所述co2电催化装置的气体出口连接，所述第一气体分离出口通过第二气体管道与气相产物储存设备连接，所述第二气体分离出口通过第三气体管道与所述气体增压和加热单元连接。

13、在某些实施方式中，还包括调控单元，用于调控通入所述co2电催化装置的co2的温度和压力，所述调控单元包括中央控制器以及安装在所述气体输送管道上的温度传感器和压力传感器，所述中央控制器分别与所述温度传感器、所述压力传感器、所述增压泵、所述加热部件、所述进气针阀和所述进气止回阀连接。

14、在某些实施方式中，所述co2电催化装置包括可拆卸连接的第一夹板组件和第二夹板组件、以及设置在所述第一夹板组件和所述第二夹板组件之间的离子交换膜、电解质腔室、阴极电极和阳极电极，其中所述离子交换膜和所述电解质腔室设置在所述阴极电极和所述阳极电极中间，所述第一夹板组件、所述阴极电极、所述电解质腔室、所述阳极电极和所述第二夹板组件通过多个弧形凸起和多个弧形槽嵌套在一起，所述第一夹板组件设置有第一气体入口和第一气体出口，所述第二夹板组件设置有第二气体入口和第二气体出口，所述电解质腔室设置有电解质出口和电解质入口。

15、在某些实施方式中，所述弧形凸起包括设置在所述第一夹板组件上的多个第一弧形凸起和设置在所述电解质腔室一个端面上的第二弧形凸起，所述弧形槽包括分别开设于所述阴极电极和所述阳极电极上的多个弧形通槽、开设于所述电解质腔室另一个端面上的多个第一弧形凹槽以及开设于所述第二夹板组件上的第二弧形凹槽，所述第一弧形凸起穿过所述阴极电极的弧形通槽嵌套在所述第一弧形凹槽中，所述第二弧形凸起穿过所述阳极电极的弧形通槽嵌套在所述第二弧形凹槽中。

16、在某些实施方式中，所述co2电催化装置包括绝缘壳体、配置在所述绝缘壳体内的阳极壳体、多个配置在所述阳极壳体内且从所述绝缘壳体的两端延伸出来的列管单元体以及套设在延伸出所述绝缘壳体的多个所述列管单元体上的阴极终端，所述阴极终端用于与阴极导线连接，其中，所述绝缘壳体和所述阳极壳体对应开设有电解质溶液入口和电解质溶液出口，所述列管单元体具有co2气路。

17、在某些实施方式中，所述列管单元体是由阴极集流体、膜电极和支撑网组合而成的管状结构，所述膜电极位于所述阴极集流体和所述支撑网之间，所述阴极集流体形成所述管状结构的内壁，所述支撑网形成所述管状结构的外壁，所述列管单元体的内腔构成所述co2气路。

18、由于上述技术方案的运用，本申请与现有技术相比的有益效果在于：

19、1、本发明的电催化转化系统能够用于超临界状态下的co2电催化转化，因为超临界co2密度大，扩散能力强，可有效提高装置的电催化效率，本发明的电催化转化系统能够应用于工业生产，填补了co2电催化系统在工业上的空白；

20、2、本发明的电催化转化系统能够连续操作，并通过分离和回流单元循环使用未反应的co2，相较于间歇操作提升了co2的利用率和转化效率。

技术特征：

1.一种电催化转化系统，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的电催化转化系统，其特征在于：

3.如权利要求2所述的电催化转化系统，其特征在于：

4.如权利要求1所述的电催化转化系统，其特征在于：

5.如权利要求1所述的电催化转化系统，其特征在于：

6.如权利要求2所述的电催化转化系统，其特征在于：

7.如权利要求1至6任一项所述的电催化转化系统，其特征在于：

8.如权利要求7所述的电催化转化系统，其特征在于：

9.如权利要求1至6任一项所述的电催化转化系统，其特征在于：

10.如权利要求9所述的电催化转化系统，其特征在于：

技术总结本申请公开一种电催化转化系统，包括CO<subgt;2</subgt;电催化装置，CO<subgt;2</subgt;电催化装置设置有气体入口、气体出口、电解质入口和电解质出口；气体增压和加热单元，一端与CO<subgt;2</subgt;气源连接，另一端与CO<subgt;2</subgt;电催化装置的气体入口连接；电解质输送单元，与CO<subgt;2</subgt;电催化装置的电解质入口连接；分离和回流单元，包括气相分离回流单元和液相分离回流单元，气相分离回流单元的一端与CO<subgt;2</subgt;电催化装置的气体出口连接、另一端与气体增压和加热单元和气相产物储存设备连接，液相分离回流单元的一端与CO<subgt;2</subgt;电催化装置的电解质出口连接、另一端与电解质输送单元和液相产物储存设备连接；电化学工作站单元，与CO<subgt;2</subgt;电催化装置电连接。本发明能够用于超临界状态下的CO<subgt;2</subgt;电催化转化，转换效率高。技术研发人员：奚桢浩,赵玲,张新胜,胡硕真,邹煜,朱跃进,李锦锦,蒋杰,朱志华,郭文泽,李枭受保护的技术使用者：华东理工大学技术研发日：技术公布日：2024/5/29