より効率的なCO2リサイクル用電極(More efficient electrodes for CO2 recycling)

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2023-11-15 オランダ・デルフト工科大学(TUDelft)

◆科学者たちは再生可能エネルギーへの関心から、CO2電解技術の進化に注力しています。TU Delftの研究では、Hugo van Montfort率いるチームが、CO2電解の効率を向上させる新しい電極の設計を発表しました。拡張テフロン電極の代わりに新たな電流分布設計を提案し、反応の収率を改善。また、赤外線カメラを使用して電極上の電子分布を観察し、均等な電子供給を実現しました。
◆CO2電解は炭素中立的な複雑な分子生成の技術であり、化学工業において化石燃料の使用を減少させ、水とCO2だけを使用することで環境への貢献が期待されます。Van Montfort氏は、「技術には制約があるが、数十年後には産業規模での実用化が可能になる可能性がある」と述べました。

<関連情報>

超疎水性電極上でのCO2電気分解時の電流密度分布を改善する非浸潤性集電体 Non-invasive current collectors for improved current-density distribution during CO2 electrolysis on super-hydrophobic electrodes

Hugo-Pieter Iglesias van Montfort,Mengran Li,Erdem Irtem,Maryam Abdinejad,Yuming Wu,Santosh K. Pal,Mark Sassenburg,Davide Ripepi,Siddhartha Subramanian,Jasper Biemolt,Thomas E. Rufford & Thomas Burdyny
Nature Communications  Published:18 October 2023
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-023-42348-6

より効率的なCO2リサイクル用電極(More efficient electrodes for CO2 recycling)

Abstract

Electrochemical reduction of CO2 presents an attractive way to store renewable energy in chemical bonds in a potentially carbon-neutral way. However, the available electrolyzers suffer from intrinsic problems, like flooding and salt accumulation, that must be overcome to industrialize the technology. To mitigate flooding and salt precipitation issues, researchers have used super-hydrophobic electrodes based on either expanded polytetrafluoroethylene (ePTFE) gas-diffusion layers (GDL’s), or carbon-based GDL’s with added PTFE. While the PTFE backbone is highly resistant to flooding, the non-conductive nature of PTFE means that without additional current collection the catalyst layer itself is responsible for electron-dispersion, which penalizes system efficiency and stability. In this work, we present operando results that illustrate that the current distribution and electrical potential distribution is far from a uniform distribution in thin catalyst layers (~50 nm) deposited onto ePTFE GDL’s. We then compare the effects of thicker catalyst layers (~500 nm) and a newly developed non-invasive current collector (NICC). The NICC can maintain more uniform current distributions with 10-fold thinner catalyst layers while improving stability towards ethylene (≥ 30%) by approximately two-fold.

0402電気応用
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