二氧化碳的電化學還原提供了一種有吸引力的方式，以潛在的碳中和方式將可再生能源儲存在化學鍵中。然而，現有的電解槽存在一些固有問題，例如水淹和鹽積聚，必須克服這些問題才能實現該技術的工業化。為了緩解洪水和鹽析問題，研究人員使用了基于膨體聚四氟乙烯 (ePTFE) 氣體擴散層 (GDL) 或添加了 PTFE 的碳基 GDL 的超疏水電極。雖然 PTFE 主鏈具有很強的抗浸沒性，但 PTFE 的非導電性質意味著，如果沒有額外的電流收集，催化劑層本身就會產生電子分散，這會影響系統的效率和穩定性。
近日，代爾夫特理工大學Thomas Burdyny使用紅外熱成像技術來演示在最先進的流通池 CO2RR 電解槽中具有薄催化劑層的 ePTFE 電極中電流分布的潛在問題。
文章要點
1）使用 ePTFE 和碳基電極中氣液界面的一維反應擴散模型，我們展示了 GDE 結構和操作穩定性如何影響催化劑層中 CO2 的局部可用性和 C2+ 產物選擇性。然后，分析 ePTFE 電極中的電流分布，并檢查沉積在膨脹 PTFE 層上的薄催化劑層的劣化情況。
2）紅外熱像儀顯示 50 nm 催化劑層的電流密度分布較差，其中活性區域的電流負載比平均值高出約 5 倍。
3）最后，研究人員展示了一種非侵入式集電器 (NICC) 作為替代催化劑層設計，以改善 ePTFE 電極中的電流收集和分布，同時保持 C2+ 產品選擇性。
參考文獻
Iglesias van Montfort, HP., Li, M., Irtem, E. et al. Non-invasive current collectors for improved current-density distribution during CO2 electrolysis on super-hydrophobic electrodes. Nat Commun 14, 6579 (2023).
DOI：10.1038/s41467-023-42348-6
https://doi.org/10.1038/s41467-023-42348-6
