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用廢舊電池和溫室氣體

能產(chǎn)生負負得正的效果嗎？

華中科技大學化學與化工學院

夏寶玉教授團隊做到了

他們利用回收的廢舊電池

將二氧化碳轉(zhuǎn)化為

具有高經(jīng)濟價值的甲酸

并打破多項世界紀錄

1月31日，團隊研究成果

“質(zhì)子交換膜系統(tǒng)中持久的CO₂轉(zhuǎn)化”

（Durable CO₂ conversion

in the proton-exchange

membrane system）

在國際著名學術(shù)期刊《自然》刊發(fā)

夏寶玉教授及其團隊成員

二氧化碳電解系統(tǒng)及其電化學性能

團隊的研究數(shù)據(jù)為何能“遙遙領(lǐng)先”？與眾多研究不同的是，團隊采用酸性電解液完成了這一系統(tǒng)。當前電催化二氧化碳還原技術(shù)中，研究者使用的電解液大多呈堿性，相當一部分二氧化碳會被堿性電解液吸收并生成大量碳酸鹽在電極表面沉積，大幅降低轉(zhuǎn)化效率和壽命。

“采用酸性電解液就能夠極大提升轉(zhuǎn)化效率?！边@是團隊創(chuàng)新提出的一項解決方案。“然而，許多催化劑不耐酸腐蝕，難以高效穩(wěn)定地進行還原反應(yīng)?！毖芯窟^程中，團隊主要成員房文生不斷嘗試，巧妙地利用回收來的廢舊電池獲得了一種鉛基耐酸腐蝕的二氧化碳還原電催化劑。

全新的反應(yīng)機理讓二氧化碳在電解過程中只產(chǎn)生甲酸和少量氫氣的同時，還實現(xiàn)了極高的轉(zhuǎn)化效率。不僅如此，這種性能優(yōu)越的催化劑還能夠?qū)崿F(xiàn)公斤級甚至噸級的量產(chǎn)，以滿足工業(yè)化的需求。

實際運行過程中團隊又遇到了新的問題——電解系統(tǒng)的壽命遠不能達到工業(yè)化應(yīng)用需求。通過深入研究，團隊發(fā)現(xiàn)借助水來完成氧化反應(yīng)會生成陽極副產(chǎn)物，腐蝕系統(tǒng)中關(guān)鍵部件——質(zhì)子交換膜，進而影響整個電解體系的性能與壽命。

在能源化學領(lǐng)域多年的研究經(jīng)驗讓夏寶玉產(chǎn)生了“以氫氣替換水”的想法。這不僅有效避免了質(zhì)子交換膜的腐蝕，大幅提高穩(wěn)定性和使用壽命，還極大地減少了系統(tǒng)的耗電量，團隊收獲了意想不到的效果。

解決種種困難后，團隊對反應(yīng)器件構(gòu)造進行優(yōu)化設(shè)計，最終實現(xiàn)了在3.6V槽壓下20A電流的低能耗高效益電解反應(yīng)，并能夠連續(xù)運行5000小時以上。

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“這一技術(shù)具有可觀的經(jīng)濟價值?！毕膶氂裾f。團隊設(shè)計的二氧化碳電解反應(yīng)器能在高效穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)上實現(xiàn)面積與產(chǎn)量的40倍放大。按照當前市場成本估計，每電解產(chǎn)生1噸甲酸將獲得244美元盈利，并有望實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。