近日，燃料电池研究所章俊良教授团队在ACS Energy Letters上发表关于流场对二氧化碳还原电解槽性能影响机制的研究论文“Flow Field Design Matters for High Current Density Zero-Gap CO₂ Electrolyzers”，博士研究生袁述和硕士研究生王荣熠为共同第一作者，章俊良教授、沈水云教授和闫晓晖副教授为通讯作者。

CO₂电解槽流场核心优化策略示意图

将二氧化碳电化学还原成碳基（CO₂RR）高附加值产品，在减少温室气体排放的同时生产有价值的化学品是一项前景广阔的技术。在各种二氧化碳还原技术中，将二氧化碳转化为一氧化碳的电化学技术已经达到了可工业化应用的阶段。提高CO₂电还原的电流密度和能效对于降低CO₂电解槽的成本和促进规模应用至关重要。

文章围绕二氧化碳电化学还原技术，聚焦“zero-gap CO₂ electrolyzer”设计，阐明了流场对CO₂电解性能的影响机制，并指出了在工业级电流密度运行工况下流场对CO₂电解槽内部水-气传输过程的重要性。通过实验和模拟分析不同流场构型对CO₂电解槽性能和耐久的影响，阐明了CO₂电解槽流场的核心优化设计策略：即提高CO₂面向分布均匀性、促进CO₂法向传输的同时抑制排水。基于该设计策略，文章设计了一种简易的改进型流场，相比传统流场电解性能提升43.5%。该工作说明了加强CO2电解槽的中水-气传质过程研究的必要性，对未来商业化CO₂电解槽的开发具有指导作用。

该研究得到了国家自然科学基金重大项目、上海市市级科技重大专项的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02534