ACS Energy Lett.：阳离子驱动增加双极膜电极组件中CO2利用率

将膜电极组件（MEA）中电化学CO₂还原反应（ECO₂RR）速率的提高，有助于该技术的应用，但同时暴露了新的缺点。其中包括CO₂的最大利用率，由于竞争性均相反应，CO₂的利用率上限为50%（CO为目标产物）。具有双极膜的MEA（BPMEA）可以防止寄生CO₂损失，但其前景因CO₂活性和选择性差而受到影响。

基于此，荷兰代尔夫特理工大学Thomas Burdyny（通讯作者）等人报道了一种通过提高催化剂表面的碱性阳离子（K⁺）浓度，使BPMEA系统的CO₂还原选择性提高了3倍，共法拉第效率（FE）达到68%。

在本文中，作者首先利用BPMs中传统上不需要的离子交叉来增加BPMEA配置中阴极处的阳离子浓度。从阳极液到阴极的阳离子的大浓度梯度使K⁺离子扩散到阴极表面，由于阳极液浓度增加，ECO₂RR选择性提高了3倍。

然后，作者比较了BPMEA和采用阴离子交换膜（AEM）的MEA系统（AEMEA）中CO₂转化为CO和CO₂损失到电解质中的情况。结果表明，在高碱性环境中，BPMEA电池中的CO₂损失约为AEMEA电池中的5倍。随着法拉第效率的提高，BPMEA系统的CO₂利用效率将提高2倍。

在反向偏压下运行的BPM内，通过膜传输的电流是双向的，而不是单向或者CEM和AEM的情况，因为产生了H⁺和OH^–，以传输相当于系统电流密度的电荷。

虽然理想的操作效果是H⁺/OH^–传输，但作者注意到离子交叉是BPM的一个重要特性，并且通常将其描述为一种不必要的效果，尤其是在低电流密度下。该工作提供了一种阳离子和BPM相结合的策略，用于克服CO₂电解槽中的CO₂利用问题。

Cation-Driven Increases of CO₂ Utilization in a Bipolar Membrane Electrode Assembly for CO₂ Electrolysis. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02058.

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02058.

ACS Energy Lett.：阳离子驱动增加双极膜电极组件中CO2利用率

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