差压CO2电解技术突破：实现40 bar(g)高压稳定转化与工业过程直接耦合

本文推荐一种创新性差压CO2电解反应器，通过40 bar(g)高压操作显著提升CO2转化率（FECO达81% @500 mA cm?2）与单程转化率（SPC>25%）。该技术采用双极膜（BPM）架构和纯水阳极电解液，实现低CO2过量系数（λCO2<4），为工业级CO2电解系统与下游化学过程（如费托合成）的直接集成提供关键技术突破。

　　

差压CO₂电解技术开启工业集成新纪元

催化剂环境的关键突破
研究团队开发出新型零间隙反应器，通过机械稳定的质子交换膜与超薄阴离子顶层设计，首次实现40 bar(g)差压下CO₂电解。采用阳离子交换膜（CEM）涂覆阴离子交换离聚物（AEL）的非对称膜电极组件（MEA），在500 mA cm^?2电流密度下获得81%的CO法拉第效率（FE_CO），同时将CO₂过量系数降至3.88。

高压下的性能跃升
当操作压力从常压升至40 bar(g)时，CO选择性呈现显著提升：在300 mA cm^?2下，FE_CO从28%跃升至76%。高压操作不仅改善CO₂传质，还通过增加催化剂表面CO₂覆盖度优化反应微环境。值得注意的是，系统在8小时连续运行中仅出现1.17%/h的FE_CO衰减率，展现优异稳定性。

工业级产物输出的突破
通过调节λ_CO2参数，研究实现了26%的单程转化率（SPC），产物气流中CO浓度最高达36%。这种高压富CO输出可直接对接费托合成（>10 bar）等工业过程，避免传统电解工艺必需的能耗密集型减压步骤。技术经济分析显示，该设计将分离能耗降低至传统系统的1/4。

膜电极组件的创新设计
采用超声喷涂技术制备的催化层（CL）展现均一结构，厚度控制在1-9 μm。当阴离子离聚物含量为15 wt%时，催化剂-离聚物界面达到最佳平衡：既保证离子传导性（<0.3 Ω cm²），又避免活性位点被过度包裹。机械测试证实，1.78 mm NBR70材质O型圈可承受>100 bar(g)压差。

未来挑战与展望
当前体系仍需解决阴离子顶层在长期高压下的机械稳定性问题。团队计划通过自动化测试平台开展数百小时耐久性实验，并探索该技术在其他催化体系（如C-C耦合反应）中的应用潜力。这项研究为CO₂电解技术从实验室走向工业规模提供了关键工程解决方案。