二氧化碳电解槽电压分布解析与系统能效优化策略

来自国际团队的研究人员针对CO2电解还原过程中全电池电压过高的问题，通过系统分析酸性介质CO2R、级联CO2R-CO和反应捕获三种体系的电压分布，发现级联法是目前最具经济可行性的方案，并成功将CO电还原系统电压优化至1.95?V@200?mA?cm?2，为高效电解槽设计提供了关键理论框架。

　　

电化学还原二氧化碳（CO₂R）技术能利用可再生能源将温室气体转化为高附加值化学品，但其经济性一直受全电池电压过高的制约。本研究深度解析了三种前沿电解体系——酸性介质CO₂R、级联CO₂R-CO电还原以及CO₂反应捕获——中的电压分布特征。通过精确测量各组件对总电压的贡献，发现级联法是目前能效最优的规模化解决方案。在直接CO₂R路径中，膜电极与阴极过电位是主要损耗源；而反应捕获技术凭借阳离子交换膜的高质子传导性，将膜过压降至0.2?V以下，剩余阻力主要来自阴阳极过电位及固有能斯特pH梯度。基于此，研究团队对CO电还原系统进行优化，在200?mA?cm^?2电流密度下实现了1.95?V的低全电池电压。该工作为下一代高效CO₂电解槽的开发提供了关键设计原则与优化路径。