A kísérleti paraméterek hatásainak vizsgálata a CO2 elektrolizáló cellák hosszú távú, stabil működésének érdekében = Investigation of the effect of experimental parameters on the long-term, stable operation of CO2 electrolyzer cells

Samu, Angelika Anita

Endrődi, Balázs

Jones, Richard

Janáky, Csaba

Akadémiai Kiadó

2024

QD02 Physical chemistry / fizikai kémia

Korunk társadalmának aktuális, az emberi életet döntően befolyásoló feladatai közé tartozik a levegőben felhalmozódott szén-dioxid koncentrációjának csökkentése. Erre megoldásként szolgálhat a szén-dioxid elektrokémiai reduk ciója, amelyet különböző pontforrásokon alkalmazva csökkenthető a légkörbe jutó szén-dioxid mennyisége. A Szegedi Tudományegyetemen működő kutatócsoportunkban és az eChemicles Zrt.-nél olyan elektrolizáló cellák fejlesztésével foglalkozunk, amelyek segítségével a szén-dioxid gázfázisú elektrokémiai redukciója valósítható meg. Az elektrolizáló cella komponenseinek és a kísérleti körülmények hatásának feltérképezése érdekében vizsgáltuk a különböző paraméterek hozzájárulását a stabilitás, a cellafeszültség és a termékeloszlás változására. Megállapítottuk, hogy ezek jelentős hatással vannak az elektrolízisfolyamat szelektivitására, sebességére és stabilitására, így optimalizálásuk jelentősen növelheti a folyamat sebességét és energiahatékonyságát. | One of the most urgent challenges of our society is the continuously rising level of CO2 in the atmosphere, caused by anthropogenic emission, including different point sources (e.g., cement factories, automobiles, airplanes). The electrochemical CO2 reduction reaction (CO2RR) can be an alternative route for the chemical- and energy industries to convert CO2 into useful products (e.g., carbon monoxide, methane, ethylene), hence providing a value-added approach for CO2 emission decrease. A further important benefit of the electrochemical approach, besides that chemical fuels or other recyclable materials can be obtained from the conversion process is that the energy requirement can be directly provided from renewable energy sources (e.g., solar energy). In our research group at the University of Szeged and at eChemicles Zrt., we are working on the development of custom designed zero gap electrolyzer cells that can be used for the gas-phase electrochemical reduction of CO2. In our work we employed a zero gap electrolyzer cell with 8 cm2 active area. In this, we used catalyst coated electrodes, that are separated by only an anion exchange membrane (AEM) with no liquid layers in between. As the cathode, we used silver nanoparticle (< 100 nm) coated gas diffusion layers, while as anode iridium black (4–6 nm)coated porous transport layers were applied. During the experiments, an anolyte was recirculated continuously through the anode side and humidified CO2 was fed to the cathode. In this work we compared commercially available gas diffusion layers, anion exchange membranes and porous transport layers in the CO2RR. The structure and morphology of the gas diffusion layers were characterized by scanning electron microscopy, micro-CT and contact angle measurements. Identical electrochemical cells, under the same experimental conditions were used in all experiments, hence providing meaningful conclusions on the effect of different parameters. Beyond the cell components, we also focused on the effect of the operating parameters on the CO2RR. Among others, we tested the influence of the applied current density, the CO2 gas feed rate, the cell- and the gas humidifier temperature. We developed an autonomously operating test station where we can parallelly run experiments on 4 separate electrolyzer cells. We employed different electrochemical methods such as linear voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy and long-term chronoamperometric measurements, to get a deeper understanding on the long-term stability (> 2000 hours) and efficiency of CO2 electrolyzers. Our future goal is to scale-up this technology, including the lateral size increase and stacking of the electrolyzer cell, and performing long-term stability tests under different experimental conditions.

magyar

Article

PeerReviewed

info:eu-repo/semantics/article

text

https://real.mtak.hu/210351/1/112-article-p211.pdf

Samu, Angelika Anita and Endrődi, Balázs and Jones, Richard and Janáky, Csaba (2024) A kísérleti paraméterek hatásainak vizsgálata a CO2 elektrolizáló cellák hosszú távú, stabil működésének érdekében = Investigation of the effect of experimental parameters on the long-term, stable operation of CO2 electrolyzer cells. SCIENTIA ET SECURITAS, 5 (2). pp. 211-217. ISSN 2732-2688

https://real.mtak.hu/210351/

https://doi.org/10.1556/112.2024.00201

MTMT:35602879 10.1556/112.2024.00201

cc_by