Konverzija ugljen-dioksida (CO 2) u korisne hemijske proizvode putem elektrohemijske reakcije može biti od velike važnosti. Ovaj proces može pomoći u efikasnom iskorišćavanju viškova CO2 iz atmosfere, koji su prikupljeni kroz različite tehnologije hvatanja ugljenika, što bi potencijalno moglo doprineti smanjenju zagađenja u životnoj sredini.
Prethodna istraživanja su se fokusirala na formiranje soli, ali osnovni mehanizam još uvek nije u potpunosti razjašnjen. Iako su razvijene različite metode za uklanjanje soli, efikasne strategije za sprečavanje ili uklanjanje taloga soli bez ugrožavanja dugoročne stabilnosti Elektrolizera i dalje su nedovoljno istražene.
Nedostatak stabilnosti povezan je sa stvaranjem bikarbonata na negativno nabijenoj elektrodi (katodi) u postojećim konverzijama. Ove soli mogu se nakupljati tokom vremena, blokirajući kanale za protok gasa i difuziju gasa na elektrodi. Ova blokada može ozbiljno ometati protok CO 2 u uređajima, što dalje može znatno smanjiti njihovu efikasnost.
Tim istraživača sa Univerziteta Rice i Univerziteta u Houstonu nedavno je razvio strategiju za praćenje formiranja bikarbonata u različitim radnim uslovima uređaja. Kroz ovaj pristup, predstavljen u studiji objavljenoj u časopisu Nature Energy, uspeli su da bolje razumeju proces formiranja ovih soli i uvedu postupke koji bi mogli da smanje njihovo stvaranje.
„Nas je inspirisalo primetno prisustvo visokih koncentracija karbonatnih jona u interfejsu katalizatora / AEM-a tokom reakcije smanjenja CO 2, gde kristali bikarbonata uglavnom se talože na zadnjoj strani elektrode za difuziju gasa, umesto u sloju katalizatora,“ rekao je Haotian Vang, odgovorni autor studije.
Glavni cilj njihove studije bio je razumevanje procesa formiranja soli i razvoj strategija za smanjenje taloga soli u sistemima reakcije smanjenja CO 2, kako bi se unapredila stabilnost uređaja. Kroz detaljno praćenje elektroredukcionih procesa ugljen-dioksida u različitim uslovima, istraživači su identifikovali mehanizam koji dovodi do stvaranja bikarbonata.
Posebno su primetili migraciju tečnih kapljica sa pozitivno nabijenim jonima i bikarbonatima koje su rezultat oslobađanja gasa na površini elektrode. Sušenjem ovih kapljica, otkriveno je da ostavljaju čvrste ostatke soli koji ometaju protok CO 2 gasa.
Na osnovu ovih uvida, razvili su strategiju koja bi mogla sprečiti formiranje kristala soli, uključujući primenu hidrofobnog polimernog sloja na površini kanala za gasne tokove.
Jedno od značajnih otkrića bilo je smanjenje akumulacije kapljica i kristala soli primenom predložene strategije, što je rezultiralo poboljšanjem stabilnosti sistema za elektrohemijsko smanjenje CO 2. Ovo je značajno produžilo vreme trajanja sistema sa oko 100 sati na preko 500 sati pri struji od 200 mA/cm 2.
Predložena strategija istraživačkog tima uskoro će biti testirana i primenjena na druge elektrolizere za konverziju CO 2, sa ciljem poboljšanja njihove stabilnosti. Ovo bi moglo doprineti napretku tehnologija koje bi mogle olakšati široko korišćenje ovih sistema u budućnosti.
Ključno postignuće ovog istraživanja je primena hidrofobnog premaza na površini kanala gasnih tokova, što je doprinelo povećanju operativne stabilnosti elektrolizera. U budućim istraživanjima, istraživači će istražiti mogućnost daljeg poboljšanja stabilnosti reakcije smanjenja CO 2 kroz kombinaciju hidrofobnih tehnika prevlačenja sa optimizovanim elektrodama za difuziju gasa ili alternativnim strategijama za uklanjanje soli.
