洁净煤技术

作者：滕瑞, 程军, 王家昊, 李雪纯, 吕洪坤, 章康, 侯成龙

关键词：碳移除,CO₂电还原,膜电极,电解槽,电催化剂

在“双碳”战略目标背景下，积极发展碳捕集、碳利用与碳封存（CCUS）技术是实现绿色低碳可持续发展的核心路径。二氧化碳电化学还原技术作为一种极具前景的碳利用策略，能够借助清洁电力，在常温常压下将捕获的CO2直接转化为具有显著经济价值的化学品，如一氧化碳、乙烯和甲醇等。这不仅实现了CO2的资源化利用，也为可再生能源的消纳提供了新途径，相较于其他碳利用技术具有显著优势。然而，当前针对CO2电还原技术的研究仍主要局限于实验室规模，亟需向工业化规模推进。膜电极电解槽（MEA）作为低温二氧化碳电还原反应器之一，具有欧姆电阻低、结构紧凑和易于扩展等优点，有望实现二氧化碳电解技术的规模化应用。尽管如此，MEA电解槽在规模化进程中仍面临严峻挑战，其内部复杂的多相传输环境极易引发电极“水淹”（阴极液态水积聚）和“盐析”（阴极盐结晶析出）现象，这不仅严重损害了催化剂的长期稳定性，更显著阻碍了CO2向催化剂活性位点的有效传输。此外，随着电解槽电极面积的扩大，反应物、电流密度以及产物浓度在电极平面和堆栈单元间的分布不均匀性问题更为显著。与此同时，电解槽内部的热积聚问题更为明显，这对电解系统的稳定运行造成了严重威胁。 本综述从MEA电解槽CO2电还原的基本工作原理出发，系统性地梳理和剖析了制约其大规模产业化发展的核心问题。本文着重论述和分析了催化剂长期耐久性问题、电解槽运行稳定性问题、从实验室规模到工业级发展的工程放大问题以及面向系统级优化的模拟问题。通过整合分析该领域的最新研究进展、本文旨在为CO2电解的工业化发展提供相应参考。

来源：2025年第10期

《洁净煤技术》期刊编辑部

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