Improving the Stability of Gas Diffusion Electrodes for CO<sub>2</sub> Electroreduction to Formate with Sn and In-Based Catalysts at 500 mA cm<sup>–2</sup>: Effect of Electrode Design and Operation Mode
Notice bibliographique
Résumé
High Resolution Image Download MS PowerPoint Slide The electrochemical carbon dioxide reduction reaction (CO 2 RR) using renewable electricity sources could provide a sustainable solution for generating valuable chemicals, such as formate salt or formic acid. However, an efficient, stable, and scalable electrode generating formate at industrially viable current densities (>100 mA cm –2 ) is yet to be developed. Sn or In-based catalysts in gas diffusion electrodes (GDE) can efficiently produce formate. However, their long-term durability is limited owing to catalyst deactivation, carbonate deposition, and electrode flooding. Herein, a systematic study of 20 cm 2 GDEs with SnO 2 and In 2 O 3 catalyst layers is presented in conjunction with various electrode operation strategies (i.e., flow-by vs flow through, dry vs humidified CO 2, continuous vs reverse polarity pulse electrolysis). It is demonstrated that the incorporation of CeO 2 nanoparticles as a promoter in either SnO 2 or In 2 O 3 catalyst layers coupled with intermittent reverse polarity pulse operation dramatically improves the GDE stability during 12 h of tests at 500 mA cm –2 with over 90% formate Faradaic efficiency. Due to its strong oxidizing capacity, CeO 2 helps Sn and In regain their valence state of + IV and + III, respectively, which are in situ reduced during CO 2 RR, as shown by the surface characterization of the electrodes. The effect of the initial particle size of SnO 2 and reverse polarity pulse on the catalytic activity, durability, and carbonate salt precipitation in the GDE have also been addressed. Regarding two-phase flow dynamics, the quasi-convective gas flow through the GDE was more beneficial than the gas flow-by mode for enabling stable operation at high current densities (up to 500 mA cm –2 ). The synergistic approach of catalyst layer engineering coupled with diverse GDE operation modes explored here is promising for the scale-up of efficient and durable reactors for the CO 2 RR to formate and CO 2 redox flow batteries.
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Scores Codex et Gemma par catégorie
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 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 | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
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 tête enseignante, 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 ».