固体氧化物电解池直接电解CO2的研究进展

doi:10.13208/j.electrochem.191141

电化学（中英文） ›› 2020, Vol. 26 ›› Issue (2): 162-174. doi: 10.13208/j.electrochem.191141

固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究进展

李一航, 夏长荣^*()

中国科学技术大学材料科学与工程系,中国科学院能量转换重点实验室,安徽合肥 230026

收稿日期:2019-11-20 修回日期:2019-11-27 发布日期:2019-12-04 出版日期:2020-04-28
通讯作者: 夏长荣 E-mail:xiacr@ustc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金项目(No. 91645101);国家自然科学基金项目(No. 51972298)

Recent Advances of CO₂ Electrochemical Reduction in Solid Oxide Electrolysis Cells

LI Yi-hang, XIA Chang-rong^*()

CAS Key Laboratory of Materials for Energy Conversion, Department of Materials Science and Engineering, University of Science and Technology of China, Hefei 230026, Anhui Province, P. R. China

Received:2019-11-20 Revised:2019-11-27 Online:2019-12-04 Published:2020-04-28
Contact: XIA Chang-rong E-mail:xiacr@ustc.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

固体氧化物电解池是一种高效、环境友好型的能量转换器件,可以直接将电能转化为化学能. 本文介绍了近年来作者课题组在固体氧化物电解池直接用于CO₂还原的研究进展,并以阴极材料为主着重讨论了金属陶瓷电极和混合导电型钙钛矿氧化物电极的研究工作,最后展望了未来固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究思路和方向.

关键词: 固体氧化物电解池, CO₂还原, 阴极, 金属陶瓷, 钙钛矿

Abstract:

Solid oxide electrolysis cells (SOECs) have stimulated wide interests for their promising application in the reduction of CO₂ emissions and the storage of renewable energy. Here, the advances made in the development of cathode materials including cermets and perovskite oxides in our research group, are summarized, along with the design of cell configurations. The electrochemical kinetics and performances of cathodes and cells are discussed and analyzed. It is expected that this brief review offers critical insights and useful guidelines for developing superior electrodes and SOECs in the future.

Key words: solid oxide electrolysis cells, CO₂ reduction, cathodes, cermets, perovskites

中图分类号:

O646

李一航, 夏长荣. 固体氧化物电解池直接电解CO₂的研究进展[J]. 电化学（中英文）, 2020, 26(2): 162-174.

LI Yi-hang, XIA Chang-rong. Recent Advances of CO₂ Electrochemical Reduction in Solid Oxide Electrolysis Cells[J]. Journal of Electrochemistry, 2020, 26(2): 162-174.

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图/表 10

图1

表1

表2

图2

图3

表3

图4

图5

图6

图7

Cell component	Temperature/^oC	Inlet gas	Current density/ (A·cm^-2)	Ref.
Ni-YSZ//YSZ//La_0.8Sr_0.2MnO_3-_δ-YSZ	800	70%CO₂-30%CO	0.27	[27]
BaCO₃-Ni-YSZ//YSZ//La_0.8Sr_0.2MnO_3-_δ-YSZ	800	70%CO₂-30%CO	0.55	[27]
Ni-YSZ//YSZ//(La_0.75Sr_0.25)_0.95MnO₃-YSZ	850	70%CO₂-30%CO	1.05	[19]
Ni-YSZ//YSZ// La_0.8Sr_0.2MnO_3-_δ-YSZ	750	90%CO₂-10%CO	0.3	[20]
Ni-YSZ//YSZ// La_0.8Sr_0.2MnO_3-_δ-YSZ	800	90%CO₂-10%CO	0.7	[31]
Ni-YSZ//YSZ//(La_0.75Sr_0.25)_0.95MnO₃-YSZ	1000	34%CO₂-66%CO	0.25	[32]
Ni-YSZ//YSZ//PrBaCo₂O₅₊_δ-GDC	700	67%CO₂-33%CO	1.1	[30]

Code	Elementary step	R_p
C-1	CO_2(g) ? CO_2(s)	p
C-2	CO_2(s) + e ? CO_(s) + O	pp
C-3	O + e ? O	pp
C-4	O + V? O	-
C-5	CO_(s) ? CO_(g)	p

Cell component	Temperature/ ^oC	Inlet gas	Current density/ (A·cm^-2)	Ref.
La_0.2Sr_0.8TiO₃₊_δ-GDC//YSZ//(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_3-_δ-GDC	700	CO₂	0.05	[33]
La_0.2Sr_0.8Ti_0.9Mn_0.1O₃₊_δ//YSZ//(La_0.8Sr_0.2)_0.95MnO_3-_δ-SDC	800	CO₂	0.15	[35]
La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-_δ-SDC//YSZ//La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-_δ-SDC	800	CO₂	0.09	[36]
La_0.75Sr_0.25Cr_0.5Mn_0.5O_3-_δ-GDC//YSZ//La_0.8Sr_0.2MnO_3-_δ-ScSZ	800	70%CO₂-30%CO	0.16	[37]
LSF//LSGM//LSCF-SDC	800	CO₂	0.76	[39]
SFM//LSGM//LSCF-SDC	800	CO₂	0.71	[48]
SFM-SDC//LSGM//LSCF-SDC	800	CO₂	1.09	[48]
La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Mn_0.2O_3-_δ//LSGM//Ba_0.6La_0.4CoO_3-_δ	800	50%CO₂-1%CO-49%Ar	0.21	[53]
La_0.3Sr_0.7Fe_0.7Cr_0.3O_3-_δ//YSZ//La_0.3Sr_0.7Fe_0.7Cr_0.3O_3-_δ	800	90%CO₂-10%CO	0.32	[43]
La_0.65Sr_0.3Ce_0.05Fe_0.7Cr_0.3O_3-_δ-YSZ//YSZ//LSCF-GDC	800	70%CO₂-30%CO	0.47	[54]
La_0.7Sr_0.3Fe_0.7Ti_0.3O_3-_δ//YSZ//La_0.7Sr_0.3Fe_0.7Ti_0.3O_3-_δ	800	CO₂	0.28	[45]
La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Mn_0.2O_3-_δ//YSZ//La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Mn_0.2O_3-_δ	800	CO₂	0.58	[41]
La_0.6Sr_0.4Fe_0.8Mn_0.2O_3-_δ//YSZ// LSCF-GDC	800	70%CO₂-30%CO	0.75	[42]
La_0.5Sr_0.5Fe_0.95V_0.05O_3-_δ-GDC//YSZ//La(Sr)MnO_3-_δ-YSZ	800	95%CO₂-5%N₂	0.55	[46]

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