[发明专利]一种二氧化碳转化电解池及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种二氧化碳转化电解池及其制备方法与应用，其中，包括固态电解质、分别位于所述固态电解质两侧的阳极和阴极；所述固态电解质为掺杂氧化铈/碳酸盐复合电解质；所述掺杂氧化铈的化学分子式为RM_XCe_YO_2‑δ，其中，所述RM_XCe_YO_2‑δ中的X+Y＝1，0≤X≤0.25，RM为Sm、Gd、Ca、Mg、K、Na中的一种或多种；所述碳酸盐的化学分子式为(Li_xNa_yK_z)₂CO₃，其中，x+y+z＝1。所述电解池经共压共烧结制备。用本发明所述固态电解质能够提高电解电荷载体的电导率，促进CO₂的化学吸附和转化，提升CO₂转化动力学，使得基于所述固态电解质的二氧化碳转化电解池能够在400‑650℃的中低温度运行，且具有高效率、低成本、系统稳定等特点。

技术领域

本发明涉及固体氧化物电解池，特别涉及一种二氧化碳转化电解池及其制备方法与应用。

背景技术

为解决因CO₂浓度的继续增加给全球环境和气候带来的剧烈影响，CO₂减排已经成为世界重大战略需求。将CO₂转化为可以工业利用的能源产品或化工原料无疑是一种较为理想的节能减排方式。此外，以太阳能和生物质能为代表的可再生能源产业发展迅速，但其间隙特性影响其电能质量，难以直接并网。电化学转化为CO₂的转化和资源化利用提供了新途径，它可以将可再生能源以化学能的形式储存在化学燃料中，并具备大规模、高速率的特点。固体氧化物电解池(SOEC)是转化利用CO₂非常有潜力的技术，能够降低CO₂排放，实现以可再生能源为能量源、以CO/合成气为能量载体的“碳中性”能源供给，并丰富新能源/化工产业链，从而实现环境、能源和经济的可持续发展。

目前，SOEC电解CO₂的运行温度主要在700℃以上，电解质材料主要限定在(Y₂O₃)_0.08(ZrO₂)_0.92O₂(YSZ)和La_0.8Sr_0.2Ga_0.8Mg_0.2O₃，这得益于两者在700℃以上具有较好的离子导电率和归一化的离子迁移数。然而，高温(≥700℃)运行给SOEC带来了许多制备、运行和维护上的问题，例如电池的密封性和稳定性差、电解产物单一。如果将温度降低到600℃或以下，可以降低对电池系统和配套设施的约束，提升系统稳定性。例如可以直接使用钢铁生产等工业热源，也可耦合H₂O/CO₂共电解与低温费托合成反应一步制备碳氢燃料。因此，在中低温度下电化学还原CO₂更符合提高材料稳定性、系统可靠性以及拓展其他功能应用。然而，操作温度的降低会导致氧电极电催化动力学变慢，使得欧姆电阻迅速增加，进而使得固体氧化物电解池的电化学性能急剧下降。

因此，现有技术还有待于改进。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二氧化碳转化电解池及其制备方法与应用，旨在解决现有二氧化碳转化电解池的运行温度受限，以及电化学性能较差的问题。

本发明的技术方案如下：