Microscopía electrónica de barrido de sección transversal e imágenes de mapeo elemental de espectroscopía de rayos X de dispersión de energía del Cu GDE después de la electrólisis, lo que indica la severa precipitación de sal que ocurre en los poros hidrófobos del Cu GDE. Barra de escala, 100 μm. Crédito:Li et al. (Energía de la Naturaleza , 2022)
Durante el último siglo más o menos, las actividades humanas han llevado al rápido deterioro del medio ambiente en la Tierra, con efectos perjudiciales como el cambio climático y un aumento del CO2 atmosférico. . Muchos científicos en todo el mundo han estado tratando de idear nuevas tecnologías y soluciones que podrían ayudar a abordar estos problemas ambientales existentes.
Una posible forma de reducir la presencia de CO2 en la atmósfera es idear estrategias efectivas para reciclar el CO2 y convertirlo en combustibles líquidos u otros materiales industriales, idealmente utilizando electricidad producida de manera sostenible. Sin embargo, para hacer esto, los investigadores deberían poder producir productos muy valiosos a partir del CO2 a densidades de corriente a escala industrial utilizando una baja cantidad de energía eléctrica.
Investigadores de la Universidad de Wuhan han presentado recientemente una nueva estrategia que podría usarse para sintetizar etileno, un gas de hidrocarburo inflamable, a partir de CO2 y agua pura. Esta estrategia, presentada en un artículo publicado en Nature Energy , implica el uso de ionómeros bifuncionales, un polímero reactivo, como electrolitos poliméricos para activar el CO2 y permitir su coelectrólisis eficiente con agua para producir etileno.
"Muchos CO2 Los electrolizadores en desarrollo utilizan electrolitos líquidos (soluciones de KOH, por ejemplo), pero el uso de electrolitos poliméricos en estado sólido puede, en principio, mejorar la eficiencia y realizar la coelectrólisis de CO2. y agua pura, evitando la corrosión y los problemas de consumo de electrolitos", escribieron Wenzheng Li y sus colegas en su artículo. "Sin embargo, un desafío clave en estos sistemas es cómo favorecer la producción de moléculas de múltiples carbonos, como el etileno, que generalmente requiere un fuerte alcalino. ambiente."
Para sintetizar etileno a partir de CO2, Li y sus colegas utilizaron un electrolito de polímero alcalino (APE), que puede reducir la brecha entre cátodos y ánodos a menos de decenas de micrómetros en arquitecturas de ensamblaje de electrodos de membrana (MEA). Esto, a su vez, puede reducir la llamada pérdida óhmica interna (es decir, la caída de voltaje causada por la transferencia de electrones en los circuitos o el movimiento de iones a través de electrolitos y membranas), mejorando la eficiencia de conversión de energía de la tecnología a altas densidades de corriente.
"Usamos ionómeros bifuncionales como electrolitos poliméricos que no solo son conductores iónicos sino que también pueden activar el CO2 en la interfaz catalizador-electrolito y favorecen la síntesis de etileno, mientras funcionan con agua pura", escribieron Li y sus colegas en su artículo. "Específicamente, usamos amoníaco cuaternario poli(éter éter cetona) (QAPEEK), que contiene grupos carbonilo en el cadena polimérica, como electrolito bifuncional".
El electrolito de polímero propuesto por Li y sus colegas podría superar significativamente a los electrolitos líquidos, que están integrados en la mayoría de los CO2 existentes. electrolizadores, ya que podría mejorar la eficiencia energética de los dispositivos. En particular, el equipo pudo convertir el ionómero que usaron en bifuncional, de modo que fuera conductor iónico y activara el CO2, interfiriendo con la reacción necesaria para reducirlo a etileno.
Los investigadores evaluaron su electrolito integrándolo en un electrolizador que funciona con CO2 y agua pura. En estas pruebas, descubrieron que su electrolito de polímero aumentaba la selectividad del etileno hasta un 50 %, incluso en ausencia de un entorno alcalino fuerte.
"El electrolizador que funciona con CO2 y el agua pura exhibe una densidad de corriente total de 1000 mA cm −2 a voltajes de celda tan bajos como 3,73 V. A 3,54 V", escribieron Li y sus colegas en su artículo. "El etileno se produce con una densidad de corriente parcial a escala industrial de 420 mA cm −2 sin consumo de electrolitos."
El reciente trabajo de este equipo de investigadores abre nuevas posibilidades para la conversión de CO2 en etileno a escala industrial. En el futuro, podría inspirar enfoques similares para sintetizar hidrocarburos u otros gases industriales a partir de CO2. utilizando electrolitos poliméricos alcalinos.
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