化学製造と炭素回収技術を再定義(UH, Rice Scientists Redefine Chemical Manufacturing)

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2025-03-27 ヒューストン大学​

ヒューストン大学とライス大学の研究チームは、二酸化炭素還元反応(CO₂RR)技術における塩の蓄積問題を解決する方法を発見しました。CO₂RRは、電気と特定の触媒を用いて二酸化炭素を燃料や化学物質に変換する新興技術ですが、時間と共にカソードのガス拡散電極やガス流路内に炭酸水素塩の結晶が蓄積し、性能低下や装置の故障を引き起こす課題がありました。研究チームは、触媒とアニオン交換膜の界面での微小環境が常にアルカリ性であることを確認し、これが塩形成の原因であることを特定しました。この知見を基に、ナトリウムやカリウムなどのカチオン濃度を減少させることで、塩の形成を遅らせ、装置の安定性と寿命を向上させることに成功しました。この成果は、CO₂RR技術の商業的応用に向けた重要な一歩とされています。

<関連情報>

電気化学的CO2還元反応における塩析の理解と管理による操作安定性の向上 Improving the operational stability of electrochemical CO2 reduction reaction via salt precipitation understanding and management

Shaoyun Hao,Ahmad Elgazzar,Nandakishore Ravi,Tae-Ung Wi,Peng Zhu,Yuge Feng,Yang Xia,Feng-Yang Chen,Xiaonan Shan & Haotian Wang
Nature Energy  Published:28 January 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41560-024-01695-4

化学製造と炭素回収技術を再定義(UH, Rice Scientists Redefine Chemical Manufacturing)

Abstract

The practical application of electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO2RR) technology remains hindered by poor stability, primarily owing to bicarbonate salt formation at the cathode, which blocks reactant CO2 mass flow. Here, using operando characterization tools, we tracked the salt formation process and quantified salt precipitation under varying device operational conditions, elucidating a potential mechanism and optimizing anolyte conditions for long-term (>1,000 h) operation CO2RR to CO under >100 mA cm–2. Liquid droplets carrying cations and (bi)carbonate ions were observed to migrate from the catalyst/membrane interface towards the backside of the gas diffusion electrode, driven by interfacial gas evolution and CO2 flow. These droplets eventually dried, forming bicarbonate salt precipitates that blocked the gas flow channels. On the basis of this observation, we applied a hydrophobic parylene coating to the cathode gas flow channel surface, facilitating the removal of the droplets and extending stability from ~100 h to over 500 h under 200 mA cm–2.

0500化学一般
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