Utilizing Direct Membrane Deposition to Improve the Performance of Forward-Bias Bipolar Membrane CO<sub>2</sub> Electrolysers
Notice bibliographique
Résumé
The electrochemical conversion of CO2 to multi-carbon products (C2+), such as ethylene and ethanol, is an attractive technology towards achieving net zero carbon emission goals. Among the available configurations of CO2 electrolysers, those employing a bipolar membrane (BPM) in forward-bias mode (f-BPM) reduce CO2 loss to the anode – a problem commonly faced in traditional anion exchange membrane (AEM) electrolysers. Therefore, carbon efficiency (the percent of input CO2 that is converted to C2+ products) and system operational costs can be improved. In f-BPM electrolysers, (bi)carbonate ions move through the AEM then combine with protons moving through the cation exchange membrane (CEM) to regenerate CO2 and H2O at the AEM|CEM interface. Recent reports have implemented a porous AEM structure or an added AEM|CEM interface channel to aid the movement of CO2 from the AEM|CEM interface to the cathode and, thus, avoid blistering. Despite the advantage of f-BPM CO2 electrolysers, their performance is limited by the parasitic H2 evolution reaction (>20% Faradaic efficiency, or FE) and the low C2+ FE (<40%) at industrially relevant reaction rates (≥200 mA cm-2). We attribute this performance limitation to the unintended gaps between the used AEM and CEM. Inadequate contact between the AEM and CEM is anticipated to reduce the extent of local CO2 regeneration and promote unwanted proton crossover to the cathode; both phenomena could be contributing to the commonly observed FEs. In this report, we enhanced the contact between the AEM and CEM through the use of direct membrane deposition (DMD) over a Cu-based cathode. The DMD approach enabled modular control over the AEM and CEM thicknesses and structures, which improved ion and gas transport. Through electrochemical impedance spectroscopy, the DMD system was observed to improve the mass transport by >58% compared to a system that is similar to current f-BPM electrolysers (i.e., control system). The facilitated mass transport resulted in a reduction of the operating cell potential (by 0.84 V) and an enhancement of the C2+ FE to 65% (from 29% in the control system) at 300 mA cm-2. The flexibility of the DMD approach also enabled the fabrication of asymmetric BPMs, resulting in a record low H2 FE of 12% at 300 mA cm-2. We also demonstrated a 79% single-pass CO2 conversion (SPC) with 67% C2+ FE, resembling the highest simultaneous SPC and C2+ FE achievement at high current density (300 mA cm-2)among current f-BPM electrolysers. The DMD benefit was also applicable to other types of CO2 electrolysers, such as CO2-to-CO silver catalyst electrolysers, in which the CO FE was boosted to 90% (from 65% in the control system) at 90 mA cm-2. Figure 1
Récupéré en direct depuis OpenAlex et désinversé. Les résumés ne sont pas conservés dans cette base de données : les index inversés représentent 8,6 Go des 9,3 Go de texte de la base, et le serveur dispose de 13 Go libres.
Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,001 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».