一种电化学装置

本发明涉及电化学领域，尤其涉及一种电化学装置。

背景技术：

1、目前，化石燃料的燃烧覆盖了全球约80％的能源需求，人为碳排放对地球生态环境造成了严重破坏。电化学co2转化是实现碳中和目标的措施之一，具有广阔的应用前景。

2、目前，在大电流密度下工作的电化学co2反应池包括流动型电解池和膜电极组电解池，其都是用纯co2气体进料进行研究，而没有考虑成本高昂和能源效率低下的co2气体捕获和分离过程，而在传统的co2气体捕获是用一些媒介来捕获实现的，例如单乙醇胺来捕获。捕获后的需要高温才能将co2气体从单乙醇胺里分离提取，这个过程是耗能的，且单乙醇胺也会被损耗掉部分，从而造成捕获媒介材料的消耗损失。

3、对于流动型电解池，工作时，纯co2从气体腔室透过气体扩散电极与阴极电解液接触并形成反应的三相界面，在这个过程中电极表面催化剂一直浸润在电解液里，导致其疏水性降低，电解液会不断流进气体扩散电极孔道并堵塞孔道，即引起“水淹”问题。

4、而对于膜电极组电解池，虽然该类电解池取消了阴极电极液的设计，但是co2电还原过程中阴极会产生oh-，它与co2进一步反应会生成碳酸氢盐，碳酸氢盐会沉积并会导致碳纸的孔道堵塞，即“盐沉积”问题。

5、因此，需要研发一种新的电化学装置，以解决这些在工业电流密度下工作的co2还原电解池存在的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种电化学装置，主要用于从混合气体中捕集co2的同时将co2转化为工业用合成气，以解决co2捕集过程中需要能量密集的捕获媒介再生步骤及引起的“水淹”和“盐沉积”问题。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种电化学装置，包括：

3、电解池。

4、双极膜，设置在电解池内，双极膜被构造成将电解池分隔为阴极室和阳极室，其中双极膜在电压的驱动下裂解水分子生成h+和oh-，双极膜将h+扩散至阴极室，双极膜将oh-扩散至阳极室，阳极室的第一端设置有进气口，进气口适用于通入待处理的混合气体。

5、阴极储液腔，阴极储液腔的一端与第一端连通，阴极储液腔适用于将阴极储液腔中的电解液输送至阳极室，以便阳极室吸收混合气体中co2从而生成第一气液混合物，阴极储液腔上设置有集气口。

6、阳极储液腔，阳极储液腔的一端与阳极室上与第一端相对的第二端连通，阳极储液腔适用于接收第一气液混合物，阳极储液腔上设置有散气口，散气口适用于将第一气液混合物中的气体排出，阳极储液腔的另一端与阴极室的第三端连通，阳极储液腔适用于将阳极储液腔中的电解液输入到阴极室，阳极储液腔中的电解液包含有第一气液混合物中的液体。

7、其中，阴极室内的溶液反应生成第二气液混合物，第二气液混合物包括合成气和电解液，阴极室上与第三端相对的第四端与阴极储液腔的另一端连通，以将第二气液混合物输送至阴极储液腔，第二气液混合物中的合成气从集气口输出。

8、根据本发明的实施例，电化学装置还包括：第一蠕动泵，设置于阴极储液腔与阳极室之间，用于将阴极储液腔中的电解液通过第一蠕动泵泵送至阳极室中。

9、根据本发明的实施例，电化学装置还包括：第二蠕动泵，设置于阳极储液腔与阴极室之间，用于将阳极储液腔中的电解液通过第二蠕动泵泵送至阴极室中。

10、根据本发明的实施例，电化学装置还包括：气体质量流量计，与阳极室的第一端连通，用于控制待处理的混合气体的气体流速，并将混合气体输送至阳极室中。

11、根据本发明的实施例，电化学装置还包括：阳极电极，设置于阳极室与双极膜之间，用于与电化学工作站的阳极电性连接。

12、根据本发明的实施例，电化学装置中，阳极电极的材料包括金属多孔材料或负载氧化铱的钛网。

13、根据本发明的实施例，电化学装置还包括：阴极电极，设置于阴极室与双极膜之间，用于与电化学工作站的阴极电性连接。

14、根据本发明的实施例，电化学装置中，阴极电极的材料为任一种催化剂负载的碳布或碳毡，催化剂包括：镍、铁、锌、银纳米颗粒或多孔贵金属。

15、根据本发明的实施例，电化学装置中，阴极储液腔中的电解液与阳极储液腔中的电解液均为饱和碳酸氢盐溶液。

16、根据本发明的实施例，电化学装置中，阳极室中吸收混合气体中co2，以实现待处理的混合气体中二氧化碳的分离；阴极室内的溶液反应以实现二氧化碳转化为合成气。

17、根据本发明的实施例，提供了一种电化学装置，利用双极膜在电压驱动下产生的oh-和h+，在电解池的阳极室中将混合气体中的co2吸收，并通过电解液循环将吸收的co2在阴极室还原成co和h2的工业合成气，以解决在co2捕集过程中需要能量的再生步骤及co2气供电解槽引起的“水淹”问题和“盐沉积”问题。

技术特征：

1.一种电化学装置，包括：

2.根据权利要求1所述的装置，还包括：

3.根据权利要求1所述的装置，还包括：

4.根据权利要求1所述的装置，还包括：

5.根据权利要求1所述的装置，还包括：

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述阳极电极的材料包括金属多孔材料或负载氧化铱的钛网。

7.根据权利要求1所述的装置，还包括：

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述阴极电极的材料为任一种催化剂负载的碳布或碳毡，所述催化剂包括：镍、铁、锌、银纳米颗粒或多孔贵金属。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阴极储液腔中的电解液与所述阳极储液腔中的电解液均为饱和碳酸氢盐溶液。

10.根据权利要求1所述的装置，其中，

技术总结本发明提供了一种电化学装置，包括：电解池；双极膜，设置在电解池内，双极膜被构造成将电解池分隔为阴极室和阳极室；阴极储液腔，阴极储液腔的一端与第一端连通，阴极储液腔适用于将阴极储液腔中的电解液输送至阳极室，以便阳极室吸收混合气体中CO<subgt;2</subgt;从而生成第一气液混合物，阴极储液腔上设置有集气口；阳极储液腔，阳极储液腔的一端与阳极室上与第一端相对的第二端连通，阳极储液腔上设置有散气口，散气口适用于将第一气液混合物中的气体排出，阳极储液腔的另一端与阴极室的第三端连通；其中，阴极室内的溶液反应生成第二气液混合物，阴极室上与第三端相对的第四端与阴极储液腔的另一端连通，第二气液混合物中的合成气从集气口输出。技术研发人员：吴宇恩,周煌,何大寅受保护的技术使用者：中国科学技术大学技术研发日：技术公布日：2024/6/30