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Elucidating key mechanistic processes during acidic CO2 electroreduction on gas diffusion electrodes towards stable production of formic acid

Chen, Qinhao und Kube, Alexander und Schonvogel, Dana und Kopljar, Dennis und Friedrich, Andreas K. (2023) Elucidating key mechanistic processes during acidic CO2 electroreduction on gas diffusion electrodes towards stable production of formic acid. Chemical Engineering Journal. Elsevier. doi: 10.1016/j.cej.2023.146486. ISSN 1385-8947.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
7MB

Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894723052178

Kurzfassung

he electrochemical reduction of CO2 using renewable electricity could be a sustainable alternative to produce formic acid. Although using bulk acidic electrolyte offers system and downstream processing benefits, neutral to alkaline electrolyte systems prevail due to challenge suppressing hydrogen evolution in acidic environment. In recent years, it has been shown that HER could be mitigated by confining the OH- being generated and constraining the movement of H3O+ towards reaction surface, thereby producing an alkaline reaction environment within the electrode. Herein, we have demonstrated how a porous and highly hydrophobic Bi-based gas diffusion electrode enables remarkably efficient bulk acidic electrolysis. Importantly, the local alkaline reaction environment has been proven via electrochemical impedance spectroscopy and pH visualization. Furthermore, optical monitoring of electrolyte conditions through a transparent cell sheds light on the CO2 recovery process in the acidic system, promoting a better technical practice in handling with electrochemical cells and CO2 recirculation. Finally, HCOOH accumulation as the key degradation reason is unveiled through investigation into the impact of operating modes on the stability at high current density, where earlier studies failed to adequately address. It is believed that this valuable insight could facilitate stable and efficient formic acid production in future work.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/198047/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Elucidating key mechanistic processes during acidic CO2 electroreduction on gas diffusion electrodes towards stable production of formic acid
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Chen, Qinhaoqinhao.chen (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-5871-5426145421925
Kube, AlexanderAlexander.Kube (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-8042-326XNICHT SPEZIFIZIERT
Schonvogel, DanaDana.Schonvogel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2485-740XNICHT SPEZIFIZIERT
Kopljar, DennisDennis.Kopljar (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2228-2016NICHT SPEZIFIZIERT
Friedrich, Andreas K.andreas.friedrich (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-2968-5029NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Oktober 2023
Erschienen in:Chemical Engineering Journal
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
DOI:10.1016/j.cej.2023.146486
Verlag:Elsevier
ISSN:1385-8947
Status:veröffentlicht
Stichwörter:CO2 electroreduction, Bulk acidic electrolyte, Gas-diffusion electrode, Reaction environment, CO2 utilization and dilution, Stability performance
HGF - Forschungsbereich:Energie
HGF - Programm:Materialien und Technologien für die Energiewende
HGF - Programmthema:Chemische Energieträger
DLR - Schwerpunkt:Energie
DLR - Forschungsgebiet:E SP - Energiespeicher
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):E - Elektrochemische Prozesse, E - Materialen für die elektrochemische Energiespeicherung
Standort: Oldenburg , Stuttgart
Institute & Einrichtungen:Institut für Technische Thermodynamik > Elektrochemische Energietechnik
Hinterlegt von: Chen, Qinhao
Hinterlegt am:27 Okt 2023 15:01
Letzte Änderung:28 Nov 2023 07:19

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