CN110453236A - 一种传质强化型co2电还原电解池 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种CO2电还原电解池，该电解池中的溶液流场板设置有贯穿于第一绝缘面和第二绝缘面的流道，流道与阴极气体扩散电极、电解质支撑层配合形成用于CO2与电解液反应的电解液腔体。溶液流场板的第一绝缘面设置有凹槽，电解质支撑层嵌入凹槽以使溶液流场板与电解质支撑层紧密配合。电解液腔体一端设置与电解液腔体连通的进料沟槽，进料沟槽与物料通道连通，相对端设置与电解液腔体连通的出料沟槽，出料沟槽与物料通道连通。流道增大了反应物在电解液腔体的流动路径，从而增大了反应物的反应程度，降低了CO2电还原能力衰减的速度，从而提高了在长时间的反应过程中CO2电还原能力的稳定性，保证了产物产率的稳定性。
Description
技术领域
本发明属于二氧化碳电化学技术领域，涉及一种传质强化型CO2电还原电解池。
背景技术
近年来，随着经济的发展与社会的进步，人们对二氧化碳(CO2)过度排放所引发的全球气候与环境问题给予了极多的关注。“负碳经济”作为一种以CO2资源化转化为主的永续发展模式正逐步被社会认可并接受。然而，CO2化学性质稳定，一般需要施加额外的能量才能使其活化、转化，为此在实际工业过程中，CO2的资源化转化的案例并不多，常见的化工过程包括尿素合成、碳酸酯合成、甲醇合成、甲烷的CO2重整等工艺。除此以外，催化加氢、光催化、电催化以及两者结合的光电催化作为CO2转化为燃料及有用化学品的新兴的技术正日趋走向成熟。其中，电催化技术由于具有系统结构简单、反应条件温和、易于模块化等优势，近年来受到最多的关注。
电还原CO2的产物众多，有CO、甲酸、甲酸盐及CH4,C2H4,C2H6等烃类产物。研究者针对不同的产物，已成功开发出许多具有不同选择性与反应活性的催化剂。目前对阴极侧催化剂的研究有很多，而对产物的产率稳定性影响很大的二氧化碳还原反应器的研究却甚少。实验室通常采用H型电解池作为电还原二氧化碳的反应器，主体由阴极室和阳极室两部分构成，由质子交换膜分离两者并传导质子。其阴极室内置有工作电极与参比电极，与阳极室内的对电极构成CO2电还原的三电极体系。
现有用于CO2电还原的各种结构的电解池中，膜电极构型电解池具有易于模块化且可规模化实现CO2电催化转化的优势，应用潜力巨大。然而，目前的膜电极构型电解池都无法保证在长时间运行状态下将CO2稳定还原成目标产物，限制了CO2电催化还原的产业化进程。
发明内容
为了克服现有技术中膜电极构型电解池在二氧化碳电还原的过程中无法长时间稳定运行，影响产物产率的稳定性的问题，本发明提出了一种传质强化型CO2电还原电解池。
本发明的技术方案为：
一种传质强化型CO2电还原电解池，包括阴极组件、阳极组件以及分割两者的隔膜；所述阴极组件包括阴极流场板、溶液流场板及设置于两者间的阴极气体扩散电极，所述溶液流场板包括，
第一绝缘面，设置于所述溶液流场板的一侧，所述第一绝缘面设置凹槽，电解质支撑层适于嵌入所述凹槽；
第二绝缘面，设置于所述溶液流场板靠近所述阴极气体扩散电极的一侧；
流道，贯穿于所述第一绝缘面和第二绝缘面，所述电解质支撑层、阴极气体扩散电极与所述流道配合形成用于CO2与电解液反应的反应腔室，所述反应腔室一端设置与所述反应腔室连通的进料沟槽，所述进料沟槽与物料通道连通，相对端设置与所述反应腔室连通的出料沟槽，所述出料沟槽与物料通道连通。
进一步地，所述反应腔室的形状为蛇形。
进一步地，所述阳极组件具有依次相连的阳极端板、阳极集流板、阳极流体分配板、阳极流场板与阳极电极板；
所述阴极组件具有依次相连的电解质支撑层、溶液流场板、阴极气体扩散电极、阴极流场板、阴极流体分配板、阴极集流板以及阴极端板；
所述隔膜设置于所述电解质支撑层与阳极电极板之间。
进一步地，所述物料通道包括，
阳极物料通道，包括阳极进料通道和阳极出料通道，所述阳极进料通道依次连通所述阳极端板、阳极流体分配板、阳极流场板、所述阳极电极板，以供给洁净空气，所述阳极出料通道依次连通所述阳极端板、阳极流体分配板、阳极流场板，以收集反应产物；
阴极物料通道，包括阴极进料通道和阴极出料通道，所述阴极进料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板至所述溶液流场板，以供给二氧化碳，所述阴极出料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板至所述溶液流场板，以收集反应产物；
电解液物料通道，包括电解液进料通道和电解液出料通道，所述电解液进料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板、所述电解质支撑层，且与所述溶液流场板的电解液腔体连通，以为电解液提供输入通道，所述电解液出料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板、所述电解质支撑层，且与所述溶液流场板的电解液腔体连通，以为电解液提供输出通道。
进一步地，所述电解池设置有进料口和出料口，包括，
阳极进料口，分别设置于所述阳极端板、所述阳极流体分配板和所述阳极流场板上；当三者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述阳极进料通道；
阴极进料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述阴极进料通道；
电解液进料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述电解液进料通道；
阳极出料口，分别设置于所述阳极端板、所述阳极流体分配板和所述阳极流场板上；当三者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阳极出料通道；
阴极出料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阴极出料通道；
电解液出料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且独立密封连通，以形成电解液出料通道。
进一步地，所述进料沟槽与所述溶液流场板进料口连通，以实现二氧化碳从所述阴极进料通道进入和/或电解液从电解液进料通道流入，并通过进料沟槽沿着所述流道流入电解液腔体内；
所述出料沟槽与所述溶液流场板出料口连通，以实现反应物从电解液腔体沿着所述流道流出，并通过出料沟槽流入所述电解液出料通道和/或阴极出料通道。
进一步地，所述溶液流场板的厚度为2mm～5mm。
进一步地，所述阳极流场板与阴极流场板的结构为具有导流通道的流场结构、腔体结构中的一种；所述阴极流场板第一电极面设置有沟槽，第二电极面设置有阴极反应槽，所述沟槽的一端与所述阴极反应槽连通，相对端与所述阴极物料通道连通。
进一步地，所述电解池还包括定位孔，分别设置于所述阴极流场板、溶液流场板和阳极流场板上，当三者装配在一起时，相邻部件上的定位孔彼此对应，以通过定位轴实现相邻部件间的固定；
第一测温孔，设置于所述阴极流场板的周壁上且延伸至其内部，并与阴极反应槽不连通，且其内放置有热电偶，以监控所述阴极流场板内的温度；
第二测温孔，设置于所述阳极流场板的周壁上且延伸至其内部，并与设置于所述阳极流场板上的阳极反应槽不连通，且其内放置有热电偶，以监控所述阳极流场板内的温度。
进一步地，所述阴极端板靠近其周边在其上设置若干第一连接孔；所述阳极端板靠近其周边在其上设置若干第二连接孔，当所述阳极端板与所述阴极端板装配在一起时，所述第二连接孔与所述第一连接孔彼此对应，以通过连接轴实现两者间的固定，进而固定位于两者间的所述阴极组件、所述阳极组件与所述隔膜。
进一步地，所述阳极流场板、阴极流场板与溶液流场板的材质为铜、不锈钢、钛板、石墨板中的至少一种，或具有导电金属镀层的支撑体，其镀层金属为铂、金中的至少一种；
所述阳极流体分配板与阴极流体分配板的材质为铜、不锈钢或石墨板中的至少一种；
所述阳极端板与阴极端板的材质为铜、不锈钢或石墨板中的至少一种；
所述电解质支撑层的材料为为石棉膜、石英棉、羊毛毡中的至少一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明提供一种传质强化型CO2电还原电解池，该电解池中的溶液流场板设置有贯穿于第一绝缘面和第二绝缘面的流道，该流道与阴极气体扩散电极、电解质支撑层配合形成用于CO2与电解液反应的电解液腔体。溶液流场板的第一绝缘面设置有凹槽，电解质支撑层嵌入到该凹槽中，保证溶液流场板与电解质支撑层的紧密配合。同时电解液腔体一端设置与电解液腔体连通的进料沟槽，与溶液流场板进料口连通，以实现二氧化碳从阴极进料通道进入和/或电解液从电解液进料通道流入并通过进料沟槽沿着流道流入电解液腔体内；进料沟槽的相对端设置与电解液腔体连通的出料沟槽，与溶液流场板出料口连通，以实现反应物从电解液腔体沿着流道流出，并通过出料沟槽流入电解液出料通道和/或阴极出料通道。流道的设计使电解液腔体的形状为蛇形，反应物从物料通道流入，通过进料沟槽进入电解液腔体参与电化学反应，反应完成后，反应物及产物通过出料沟槽流出蛇形电解液腔体，进入物料通道。流道增大了反应物在电解液腔体的流动路径，从而增大了反应物在电解液腔体的反应程度，降低了CO2电还原能力衰减的速度，从而提高了在长时间的反应过程中CO2电还原能力的稳定性，保证了产物产率的稳定性。
2、本发明提供一种传质强化型CO2电还原电解池，电解池设置有由进料口与出料口组成的进料通道与出料通道，进料通道和出料通道彼此连通构成物料通道。物料通道的设置可以实现电解质的流动与电解质的更新，从而可提升二氧化碳电还原长时间运行的稳定性。
3、本发明提供一种传质强化型CO2电还原电解池，其溶液流场板的厚度可调。通过改变溶液流场板的厚度，可调变CO2电还原用电解质的使用量及阴、阳极之间的离子电阻，实现对电解池电还原能力的控制。
附图说明
图1为本发明实施例中传质强化型CO2电还原电解池的装配结构示意图；
图2为本发明实施例中溶液流场板的第一绝缘面结构示意图；
图3为本发明实施例中溶液流场板的第二绝缘面结构示意图；
图4为本发明实施例中阴极流场板的第一电极面结构示意图；
图5为本发明实施例中阴极流场板的第二电极面结构示意图；
图6为本发明实施例2中传质强化型CO2电还原电解池进行的CO2电催化还原能力示意图；
图7为本发明实施例2中传质强化型CO2电还原电解池进行的CO2电催化还原稳定性示意图；
图8为本发明实施例3中传质强化型CO2电还原电解池进行的CO2电催化还原能力示意图；
图9为本发明实施例3中传质强化型CO2电还原电解池进行的CO2电催化还原稳定性示意图。
附图标记说明：
1-阳极端板；2-阳极集流板；3-阳极流体分配板；4-阳极流场板；5-阳极电极板；6-隔膜；7-电解质支撑层；8-溶液流场板；8-1-第一绝缘面；8-2-流道；8-3-电解液腔体；8-4-凹槽；8-5-第二绝缘面；8-6-进料沟槽；8-7-出料沟槽；9-阴极气体扩散电极；10-阴极流场板；10-1-第一电极面；10-2-密封垫圈；10-3-进料口；10-4-出料口；10-5-阴极流场板沟槽；10-6-第二电极面；10-7-第一测温孔；10-8-阴极流场板流场；10-9-阴极反应槽；11-阴极流体分配板；12-阴极集流板；13-阴极端板；14-进料口螺栓；15-出料口螺栓；16-定位孔。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1：
本实施例提供了一种电还原二氧化碳的电解池，如图1所示，包括阴极组件、阳极组件以及分割两者的隔膜6，该隔膜6具体为离子交换膜，更具体为全氟磺酸质子交换膜(Nafion膜)；阴极组件具有依次相连的电解质支撑层7、溶液流场板8、阴极气体扩散电极9、阴极流场板10、阴极流体分配板11、阴极集流板12以及阴极端板13；阳极组件具有依次相连的阳极端板1、阳极集流板2、阳极流体分配板3、阳极流场板4与阳极电极板5；隔膜6设置于电解质支撑层7与阳极电极板5之间。
如图2-3所示，溶液流场板8包括第一绝缘面8-1和第二绝缘面8-5，其中靠近阴极气体扩散电极9的一侧为第二绝缘面8-5。溶液流场板8的第一绝缘面8-1设置有凹槽8-4，电解质支撑层7嵌入到该凹槽8-4中，保证溶液流场板8与电解质支撑层7的紧密配合。溶液流场板8设置有贯穿于第一绝缘面8-1和第二绝缘面8-5的流道8-2，该流道8-2与阴极气体扩散电极9、电解质支撑层7配合形成用于CO2与电解液反应的电解液腔体，流道8-2的设计使电解液腔体的形状为蛇形。电解液腔体一端设置与电解液腔体连通的进料沟槽8-6，进料沟槽8-6与物料通道连通，相对端设置与电解液腔体连通的出料沟槽8-7，出料沟槽8-7与物料通道连通。溶液流场板8的厚度为2mm～5mm。溶液流场板的厚度可调。通过改变溶液流场板的厚度，可调变CO2电还原用电解质的使用量及阴、阳极之间的离子电阻，实现对电解池电还原能力的控制。
进一步地，电解池设置有物料通道包括，
阳极物料通道，包括阳极进料通道和阳极出料通道，阳极进料通道依次连通阳极端板1、阳极流体分配板3、阳极流场板4、阳极电极板5，以供给洁净空气，阳极出料通道依次连通阳极端板1、阳极流体分配板3、阳极流场板4、阳极电极板5，以收集反应产物；
阴极物料通道，包括阴极进料通道和阴极出料通道，阴极进料通道依次连通阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10至溶液流场板8，以供给二氧化碳，阴极出料通道依次连通阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10至溶液流场板8，以收集反应产物；
电解液物料通道，包括电解液进料通道和电解液出料通道，电解液进料通道依次连通阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10、电解质支撑层7，且与溶液流场板8的电解液腔体8-3连通，以为电解液提供输入通道，电解液出料通道依次连通阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10、电解质支撑层7，且与溶液流场板8的电解液腔体8-3连通，以为电解液提供输出通道。物料通道的设置可以实现电解质的流动与电解质的更新，从而可提升二氧化碳电还原长时间运行的稳定性。
进一步地，阴极物料通道与电解液物料通道可以为同一通道，也可以为两个单独通道。当阴极物料通道与电解液物料通道为同一通道时，具体地，阴极物料通道包括阴极进料通道和阴极出料通道，电解液物料通道包括电解液进料通道和电解液出料通道，阴极进料通道与电解液进料通道为同一个通道，阴极出料通道与电解液出料通道为同一个通道。
进一步地，电解池还设置有进料口和出料口，其中进料口包括阳极进料口，分别设置于阳极端板1、阳极流体分配板3和阳极流场板4上；当三者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成阳极进料通道；阴极进料口10-3，分别设置于阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10与溶液流场板8上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成阴极进料通道；电解液进料口，分别设置于阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10与溶液流场板8上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成电解液进料通道；出料口包括阳极出料口10-4，分别设置于阳极端板1、阳极流体分配板3和阳极流场板4上，当三者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阳极出料通道；阴极出料口，分别设置于阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10与溶液流场板8上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阴极出料通道；电解液出料口，分别设置于阴极端板13、阴极流体分配板11、阴极流场板10与溶液流场板8上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且独立密封连通，以形成电解液出料通道。
进料沟槽8-6一端与电解液腔体连通，相对端与溶液流场板8进料口10-3连通，以实现二氧化碳从阴极进料通道进入和/或电解液从电解液进料通道流入，并通过进料沟槽8-6沿着流道8-2流入电解液腔体8-3内；出料沟槽8-7一端与电解液腔体连通，相对端与溶液流场板8出料口10-4连通，以实现反应物从电解液腔体8-3沿着流道8-2流出，并通过出料沟槽8-7流入电解液出料通道和/或阴极出料通道。反应物从阴极进料通道流入，通过进料沟槽8-6进入蛇形电解液腔体参与电化学反应，反应完成后，反应物及产物通过出料沟槽8-7流出蛇形电解液腔体，进入电解液出料通道。蛇形流道8-2增大了反应物在电解液腔体的流动路径，从而增大了反应物在电解液腔体的反应程度，降低了CO2电还原能力衰减的速度，从而提高了在长时间的反应过程中CO2电还原能力的稳定性，保证了产物产率的稳定性。
进一步地，阳极流场板4、阴极流场板10与溶液流场板8的材质为导电金属，例如为铜、不锈钢、钛板、石墨板；或具有导电金属镀层的支撑体，其镀层金属例如铂、金；阳极流体分配板3与阴极流体分配板11的材质为导电材料，例如铜、不锈钢或石墨板；阳极端板1与阴极端板13的材质为导电金属，用于电解池系统的固定与支撑；电解质支撑层7的材料为为石棉膜、石英棉、羊毛毡中的至少一种；阳极集流板2处于阳极端板1与阳极流体分配板3之间，阴极集流板12处于阴极端板13与阴极流体分配板11之间，用于电流在电解电堆系统的均匀分配；阳极流场板4与阴极流场板10的结构为具有导流通道的流场结构或腔体结构，为其间的固体电解质膜电极提供反应物、电解液与产物导流通道；阳极流体分配板3置于阳极集流板2与阳极流场板4之间，用于阳极物流在电堆系统中的分配；阴极流体分配板11置于阴极集流板12与阴极流场板10之间，用于阴极物流在电堆系统中的分配；阳极端板1与阴极端板13上设置有与进料口10-3和出料口10-4一一对应的螺纹孔，以用于安装管板接头，以供应阴极反应物及收集还原气相产物。
如图4-5所示，进一步地，阴极流场板10第一电极面10-1设置有密封垫圈10-2及阴极流场板沟槽10-5，第二电极面10-6设置有阴极反应槽10-9。阴极流场板沟槽10-5的一端与阴极反应槽10-9连通，相对端与阴极物料通道连通，以实现反应物从物料通道流入阴极流场板流场10-8以及产物从阴极流场板流场10-8流入阴极物料通道内。
进一步地，电解池还设置有定位孔16，分别设置于阴极流场板10、溶液流场板8和阳极流场板4上，当三者装配在一起时，相邻部件上的定位孔彼此对应，以通过定位轴实现相邻部件间的固定；
第一测温孔10-7，设置于阴极流场板10的周壁上且延伸至其内部，并与阴极反应槽10-9不连通，且其内放置有热电偶，以监控阴极流场板内的温度；
第二测温孔，设置于阳极流场板4的周壁上且延伸至其内部，并与设置于阳极流场板4上的阳极反应槽不连通，且其内放置有热电偶，以监控阳极流场板内的温度。
进一步地，阴极端板13靠近其周边在其上设置若干第一连接孔；阳极端板1靠近其周边在其上设置若干第二连接孔，当阳极端板1与阴极端板13装配在一起时，第二连接孔与第一连接孔彼此对应，以通过进料口螺栓14、出料口螺栓15实现两者间的固定，进而固定位于两者间的阴极组件、阳极组件与隔膜6。
实施例2：
为了验证本发明独特结构的电还原二氧化碳的电解池，选择5mm厚度的溶液流场板，探究电解液流速对二氧化碳电还原性能和稳定性的影响。其中，电解液为碳酸氢钾水溶液，电解液浓度为0.5mol/L，系统运行温度为25℃，工作电压为0V～-10V。本实施例采用的电解池结构与实施例1一致。相应的测试结果如图6-图7所示。
从图6可以看出，在电池电压为-6.5V时，电解液流速从0ml/min升至4ml/min时，电流密度也相应的从-8.90mA/cm2提升至-33.38mA/cm2，说明电解质的流动可以显著增强CO2电还原能力。
从图7中可以看出，恒定电池电压为-5V时，当电解质不流动且在连续16个小时的电解后，电流密度的衰减幅度达到85.29％；而当电解质以5ml/min的流速流动且连续16个小时的电解后，电流密度的衰减幅度则减小到30％左右。电流密度衰减幅度的降低说明CO2电还原能力衰减幅度的降低，进一步表明电解质的流动可以增强在长时间运行中CO2电还原能力的稳定性。
实施例3：
为了验证本发明独特结构的电还原二氧化碳的电解池，选择2mm厚度的溶液流场板，探究电解液流速对二氧化碳电还原性能和稳定性的影响。其中，电解液为碳酸氢钾水溶液，电解液浓度为0.5mol/L，系统运行温度为25℃，工作电压为0V～-10V。本实施例采用的电解池结构与实施例1一致。相应的测试结果如图8-图9所示。
从图8可以看出，在电池电压为-10V时，电解液流速从1ml/min升至4ml/min时，电流密度也相应的从-16.14mA/cm2提升至-59.36mA/cm2，说明电解质的流动可以显著增强CO2电还原能力。
从图9中可以看出，恒定电池电压为-5V时，当电解质不流动且在连续16个小时的电解后，电流密度的衰减幅度达到87.5％；而当电解质以2ml/min的流速流动且连续16个小时的电解后，电流密度的衰减幅度则减小到32％左右。当流速提升至8ml/min后，电流密度则不再随时间衰减。电流密度衰减幅度的大幅降低说明CO2电还原能力衰减幅度的大幅降低，进一步表明电解质的流动可以显著增强在长时间运行中CO2电还原能力的稳定性。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种传质强化型CO2电还原电解池，包括阴极组件、阳极组件以及分割两者的隔膜；所述阴极组件包括阴极流场板、溶液流场板及设置于两者间的阴极气体扩散电极，其特征在于，所述溶液流场板，包括，
第一绝缘面，设置于所述溶液流场板的一侧，所述第一绝缘面设置凹槽，电解质支撑层适于嵌入所述凹槽；
第二绝缘面，设置于所述溶液流场板靠近所述阴极气体扩散电极的一侧；
流道，贯穿于所述第一绝缘面和第二绝缘面，所述电解质支撑层、阴极气体扩散电极与所述流道配合形成用于CO2与电解液反应的电解液腔体，所述电解液腔体一端设置与所述电解液腔体连通的进料沟槽，所述进料沟槽与物料通道连通，相对端设置与所述电解液腔体连通的出料沟槽，所述出料沟槽与物料通道连通。
2.根据权利要求1所述的电解池，其特征在于，所述反应腔室的形状为蛇形。
3.根据权利要求2所述的电解池，其特征在于，所述阳极组件具有依次相连的阳极端板、阳极集流板、阳极流体分配板、阳极流场板与阳极电极板；
所述阴极组件具有依次相连的电解质支撑层、溶液流场板、阴极气体扩散电极、阴极流场板、阴极流体分配板、阴极集流板以及阴极端板；
所述隔膜设置于所述电解质支撑层与阳极电极板之间。
4.根据权利要求3所述的电解池，其特征在于，所述物料通道包括，
阳极物料通道，包括阳极进料通道和阳极出料通道，所述阳极进料通道依次连通所述阳极端板、阳极流体分配板、阳极流场板、所述阳极电极板，以供给阳极反应物，所述阳极出料通道依次连通所述阳极端板、阳极流体分配板、阳极流场板，以收集反应产物；
阴极物料通道，包括阴极进料通道和阴极出料通道，所述阴极进料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板至所述溶液流场板，以供给二氧化碳，所述阴极出料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板至所述溶液流场板，以收集反应产物；
电解液物料通道，包括电解液进料通道和电解液出料通道，所述电解液进料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板、所述电解质支撑层，且与所述溶液流场板的电解液腔体连通，以为电解液提供输入通道，所述电解液出料通道依次连通所述阴极端板、阴极流体分配板、阴极流场板、所述电解质支撑层，且与所述溶液流场板的电解液腔体连通，以为电解液提供输出通道。
5.根据权利要求4所述电解池，其特征在于，所述电解池，包括，
阳极进料口，分别设置于所述阳极端板、所述阳极流体分配板和所述阳极流场板上，当三者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述阳极进料通道；
阴极进料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述阴极进料通道；
电解液进料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的进料口彼此对应且密封连通，以形成所述电解液进料通道；
阳极出料口，分别设置于所述阳极端板、所述阳极流体分配板和所述阳极流场板上，当三者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阳极出料通道；
阴极出料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且密封连通，以形成阴极出料通道；
电解液出料口，分别设置于所述阴极端板、所述阴极流体分配板、所述阴极流场板与所述溶液流场板上，当四者装配在一起时，相邻部件上的出料口彼此对应且独立密封连通，以形成电解液出料通道。
6.根据权利要求5所述的电解池，其特征在于，
所述进料沟槽与所述溶液流场板进料口连通，以实现二氧化碳从所述阴极进料通道进入和/或电解液从所述电解液进料通道流入，并通过进料沟槽沿着所述流道流入电解液腔体内；
所述出料沟槽与所述溶液流场板出料口连通，以实现反应物从电解液腔体沿着所述流道流出，并通过出料沟槽流入所述电解液出料通道和/或阴极出料通道。
7.根据权利要求6所述的电解池，其特征在于，所述溶液流场板的厚度为2mm～5mm。
8.根据权利要求7所述的电解池，其特征在于，
所述阳极流场板与阴极流场板的结构为具有导流通道的流场结构、腔体结构中的一种；
所述阴极流场板第一电极面设置有沟槽，第二电极面设置有阴极反应槽，所述沟槽的一端与所述阴极反应槽连通，相对端与所述阴极物料通道连通。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的电解池，其特征在于，还包括，
定位孔，分别设置于所述阴极流场板、溶液流场板和阳极流场板上，当三者装配在一起时，相邻部件上的定位孔彼此对应，以通过定位轴实现相邻部件间的固定；
第一测温孔，设置于所述阴极流场板的周壁上且延伸至其内部，并与阴极反应槽不连通，且其内放置有热电偶，以监控所述阴极流场板内的温度；
第二测温孔，设置于所述阳极流场板的周壁上且延伸至其内部，并与设置于所述阳极流场板上的阳极反应槽不连通，且其内放置有热电偶，以监控所述阳极流场板内的温度。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的电解池，其特征在于，还包括，
所述阴极端板靠近其周边在其上设置若干第一连接孔；
所述阳极端板靠近其周边在其上设置若干第二连接孔，当所述阳极端板与所述阴极端板装配在一起时，所述第二连接孔与所述第一连接孔彼此对应，以通过连接轴实现两者间的固定，进而固定位于两者间的所述阴极组件、所述阳极组件与所述隔膜。
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