北京最好酒渣鼻医院 http://m.39.net/pf/a_8733705.html第一作者：NaohikoKato通讯作者：NaohikoKato通讯单位：日本丰田中央研究与开发实验室有限公司研究要点1.集成了光伏（PV）和电化学（EC）的大型无膜电池和直流到直流（DC-DC）转换器即可运行。2.太阳驱动CO2还原为甲酸的太阳化学转化效率（ηSTC）为7.2％（?1,cm2照射面积）。3.具有低电阻基底的Ru络合物聚合物催化剂可降低工作电压。4.PV和EC之间的良好匹配制备出堆叠式EC电极催化剂。研究背景减少二氧化碳的净排放量才可应对全球变暖造成的近期自然灾害。提供给地球表面的太阳能是当前全球总能源消耗的9,倍。天然碳循环主要受光合作用控制。绿色植被利用太阳能将CO2和水转化为碳氢化合物和氧气。因此，太阳能驱动的将二氧化碳减少为燃料和化学物质是促进碳循环以实现可持续的碳中和社会的一种有前途的方式，因此已经进行了广泛的研究。从CO2合成有机物的技术在制造不同于电池和储氢合金等载体的新能源载体方面也很有希望。当前，太阳能驱动的电化学（EC）使用光伏（PV）电池将CO2还原为燃料是一种很有前途的CO2回收技术。拟解决的关键问题目前，由于电极催化剂的高电阻和反应物供应不足，EC反应器的规模化降低了太阳化学转化效率（ηSTC）。研究内容有鉴于此，日本丰田中央研究与开发实验室有限公司的NaohikoKato研究团队报道了一个可将CO2转化为甲酸的大型太阳能电池。
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图片来源：日本丰田公司
要点1.太阳能驱动CO2转换的两种电池结构使用有效面积为1cm2的整体式平板状设备（A型）产生的甲酸盐生产hSTC为4.6％。但是，质子从电解质中的阳极到阴极的扩散路径增加，这导致扩散阻力的显着增加，因此，将平板状装置用作大型单元的组件的大小的问题一直是争论的问题。本文通过改变小尺寸阳极和阴极之间的距离来评估质子扩散路径长度的影响，给定电压下的电流密度会随着距离的增加而显着降低。为了使大尺寸与高hSTC兼容，本文采用了另一种结构（B型）电池。阳极和阴极（大小为1,cm2）在透明塑料外壳中彼此相对，相隔1cm的微小距离，并直接连接到具有类似大小的c-SiPV电池。使用B型电池解决了质子扩散阻力的问题。然而，这带来了两个严重的问题，即电极催化剂的大电阻和在彼此相对的阳极和阴极之间的狭窄间隙中电解质的流动不均匀。为了获得高hSTC，将PV性能与EC活动相匹配也很重要。电极催化剂的活性区域应足够大，以使PV电池的光激发电子完全用于反应。然而，较大的电极尺寸导致较大的影响，即高电阻和不足的CO2供给。因此，本文采用了并联电连接的堆叠式电极催化剂，这可以使用单室电池结构实现，每个阳极和阴极之间没有膜。图1.太阳能驱动CO2转换的两种电池结构要点2.EC电极催化剂与PV电池之间的匹配PV电池的电流（I）-电压（V）曲线与EC反应器的负载曲线的交点处的工作电流（Iop）和电压（Vop）必须接近于光伏电池的最大功率。否则，光激发的电子和/或电子能量会部分消散。为了确定电极催化剂的最佳堆叠数量和c-SiPV电池的串联连接，本文测量了由一对阳极和阴极与FTO/Ag组成的EC反应器的线性扫描伏安法（LSV）曲线网格使用恒电位仪。基于堆叠电极催化剂的电流与堆叠数量成正比的假设，使用五个电并联连接的堆叠电极可将Iop3Vop/Pmax提高到0.66（Iop=4.41A，Vop=2.10V）。当电极与六个串联的c-SiPV电池组合时，Iop3Vop/Pmax进一步增加至0.91（Iop=6.22A，Vop=2.25V）。因此，本文采用了并联连接的五个堆叠电极催化剂和六个串联的c-SiPV电池的组合。图2.配备有一对阳极-阴极对和五个堆叠电极催化剂的EC反应器的LSV曲线要点3.使用堆叠式电极催化剂的高效太阳能驱动的二氧化碳减排本文使用五个并联连接的堆叠式电极催化剂，六个串联的c-Si光伏电池和OrificeII组装大型B型电池，首先确认五个堆叠式电极的LSV曲线测量值与估算值相符。Iop，Vop和Iop3Vop/Pmax值分别为6.26A，2.23V和0.91，表明EC反应器和PV电池之间具有良好的匹配性。本文进行了两次太阳能驱动的B型电池CO2减少测量。在1个太阳光照射下，电池操作高度稳定；在总共3h的照射中，电流和电压几乎都是恒定的。这使得照射时间成比例的累积的甲酸盐的电荷和浓度的增加。在3小时内产生的甲酸盐生成hSTC为5.74％。在第二次测量中显示出相似的结果。考虑到所测量的甲酸在电解液中的浓度的准确度为G5％，因此在两次测量中平均生成甲酸的hSTC和FE分别为hSTC=5.7G0.15％和FE=64G1.7％。使用Ti板可显着改善LSV特性。Vop降低到1.85V，同时保持Iop6.26A接近FTO/Ag栅极的Iop。尽管Iop相似，甲酸浓度仍显着增加，从而导致hSTC更高，为7.2G0.18％，FE更高，为80G2.0％。图3.大型电池的表征小结本文设计了一个大型太阳能电池，可将CO2转化为甲酸。它由五个堆叠电极（电并联连接）和六个串联连接的单晶硅硅光伏电池（面积约1,cm2）组成。负载有IrOx的低电阻阳极和负载有碳载体上的Ru络合物聚合物的阴极在1.85V的低压下在它们之间没有膜的情况下运行。由于溶解的CO2均匀流动，它们产生的反应电流为6.30A电解质以实现足够的CO2供给，并在PV和EC性能之间实现良好的匹配。电解池的转化效率为7.2％，高生产率为93.5mmol/h。参考文献：HeZhaoetal.Alarge-sizedcellforsolar-drivenCO2conversionwithasolar-to-formateconversionefficiencyof7.2%.Joule,,5,–.DOI:10./j.joule..01.转载请注明地址:http://www.abmjc.com/zcmbhl/346.html
