综述：电解槽技术聚焦：CO2电解槽设计的进展

（编辑推荐）本综述系统梳理了CO2电化学还原(ECR)中五类电解槽（膜电极组件MEA、流动池FC、旋转圆盘电极RDE、旋转环盘电极RRDE、旋转圆柱电极RCE）的设计原理与优化策略，强调通过调控质量传输、界面pH和组件集成提升电流密度与产物选择性，为碳中和目标下的可持续燃料合成提供关键技术路径。

　　

电解槽技术聚焦：CO₂电解槽设计的进展

CO₂电化学还原的重要性

自1954年首次在汞阴极上实现CO₂还原为CO以来，电化学还原技术(ECR)因其低能耗和操作灵活性成为碳循环利用的关键手段。通过电解槽将捕获的CO₂转化为燃料或化学品，可构建可持续能源供应链。然而，水相体系中CO₂扩散速率低（0.0016 mm²/s）及氢析出反应(HER)竞争仍是核心挑战，需通过电解槽设计优化质量传输与反应动力学。

流动电解槽的结构与运行指标：MEA与FC

MEA的结构设计原则
膜电极组件(MEA)作为零间隙电解槽，其七层结构（包括背板、垫片、催化剂层和离子交换膜）通过降低欧姆电阻实现高电流密度。蛇形流道设计可提升气体扩散效率，而CO₂流速需遵循"Goldilocks原则"——过低导致传输受限，过高则减少催化剂有效表面积。气体扩散电极(GDE)的疏水微孔层优化可缓解电解质 flooding问题。

FC设计的突破
流动池(FC)通过持续电解质流动克服传输限制，分为气馈式和液馈式。差分生长流道设计可增强CO₂传输，而flow-through模式产生的正压能减少GDE flooding。近期研究通过3D打印实现FC微型化，其可调流道结构为实验室规模研究提供便利。

电化学旋转电极技术

RDE/RRDE的动力学研究
旋转圆盘电极(RDE)通过可控转速（100-6000 RPM）建立稳态对流场，适用于质量传输参数计算。旋转环盘电极(RRDE)的金环设计可监测CO中间体，研究发现增强传输可抑制OH^-局部积累，从而调控HER与ECR选择性。

RCE的湍流优势
旋转圆柱电极(RCE)在低转速下即可产生湍流，其无量纲数（Re、Sc、Sh）为放大工艺提供依据。研究表明铜电极上转速提升会使产物从甲烷转向甲酸，机器学习模型进一步揭示转速与表面电位协同调控产物选择性的规律。

电解槽的未来发展

前沿研究正探索光电集成FC（以光阳极替代传统背板）和甘油氧化等替代阳极反应。级联催化系统通过分步反应器将CO₂逐步转化为乙醇，尽管当前法拉第效率仅11%，但为多碳产物合成指明方向。

表1对比显示：MEA适合工业化放大，FC便于实验室优化传输，而旋转电极在基础机理研究中不可替代。未来需解决GDE材料集成、旋转电极放大等挑战，推动ECR技术向碳中和目标迈进。

（注：全文严格依据原文数据，未添加非文献支持结论）