一、CO?轉化的挑戰(zhàn)與流動池技術的定位

1. 全球碳中和背景下的 CO?轉化需求

     CO?過量排放引發(fā)的氣候危機，驅動電催化 CO?還原（ECR）技術成為碳循環(huán)核心路徑。

     ECR 的關鍵瓶頸：傳質效率低（CO?在電解液中溶解度有限）、產(chǎn)物選擇性差（多路徑競爭反應）、長期穩(wěn)定性不足（電極易中毒或腐蝕）。

2. 流動池技術的破局價值

     區(qū)別于傳統(tǒng) H 型電解池，流動池通過強制電解液流動優(yōu)化傳質，結合結構化反應界面設計，成為突破傳質限制的核心工具。

     數(shù)據(jù)支撐：流動池可將 CO?傳質速率提升至傳統(tǒng)體系的5–10 倍，顯著提高電流密度與產(chǎn)物收率。

二、流動池技術的核心原理與結構創(chuàng)新

1. 基礎原理：傳質強化與界面調控

流動動力學優(yōu)勢：

     層流或湍流設計減少擴散層厚度（Nernst 擴散層從～100 μm 壓縮至 < 10 μm），加速 CO?向電極表面?zhèn)鬏敗?/p>

     典型案例：零間距流動池（Zero-gap flow cell）通過極間距壓縮（<1 mm）與高速液流，實現(xiàn)傳質效率大化。

多物理場耦合效應：

     流動誘導的剪切力可抑制氣泡附著（如析氫副反應產(chǎn)生的 H?氣泡），維持電極活性位點暴露。

2. 結構設計的關鍵維度

3. 典型流動池類型與應用場景

     水平流動池：適用于原位表征（如原位紅外、拉曼光譜），便于光學窗口觀測反應界面。

    垂直流動池：適合高電流密度工業(yè)場景（如電解槽堆疊），可集成熱管理系統(tǒng)維持反應溫度。

    微流控流動池：納米級流道精準調控傳質，用于機理研究（如單個催化劑顆粒的 CO?還原路徑分析）。

三、流動池技術在電催化 CO?轉化中的關鍵應用

1. 高附加值產(chǎn)物合成：從 C1 到 Cn 的跨越

C1 產(chǎn)物（CO、HCOOH）：

     案例：InSituFlow 公司開發(fā)的流動池搭配 Ag 電極，CO 法拉第效率達 95%，電流密度提升至 500 mA/cm2（傳統(tǒng)體系僅 50 mA/cm2）。

C2 + 產(chǎn)物（乙烯、乙醇、丙醇）：

      挑戰(zhàn)：C–C 偶聯(lián)需要高密度活性位點與精準傳質控制。

     突破：流動池結合 Cu 基三維電極，乙烯收率提升至傳統(tǒng)體系的 3 倍，局部 CO?濃度梯度降低 40%。

2. 與可再生能源耦合的工業(yè)化場景

光伏 - 流動池集成系統(tǒng)：

     設計要點：流動池的低歐姆壓降（<100 mΩ?cm2）適配光伏波動電源，實現(xiàn) “綠電驅動 CO?轉化”。

     示范項目：美國 Lawrence Berkeley 國家實驗室搭建的 100 L 級流動池系統(tǒng)，日處理 CO?量達 5 kg，產(chǎn)物甲醇純度 > 99%。

3. 原位表征技術與機理解析

流動池的 “動態(tài)觀察窗” 功能：

      聯(lián)用技術：原位 X 射線吸收光譜（XAS）+ 流動池，實時追蹤催化劑價態(tài)變化（如 Cu?/Cu?在 CO?還原中的動態(tài)演變）。

      數(shù)據(jù)價值：揭示流動速率與中間體（如 * CO、*OCHO）吸附行為的關聯(lián)，指導催化劑設計。

四、挑戰(zhàn)與未來發(fā)展方向

1. 當前技術瓶頸

      材料耐久性：高速流動電解液對電極 / 膜材料的沖刷腐蝕（如碳載催化劑的脫落問題）。

      放大效應：實驗室級流動池的優(yōu)異性能難以直接復現(xiàn)于千升級裝置，流道均質性控制困難。

      成本與能效：高壓泵送系統(tǒng)的能耗占比可達總能耗的 15–20%，需平衡傳質強化與能效優(yōu)化。

2. 創(chuàng)新路徑展望

     仿生流動設計：模擬生物血管網(wǎng)絡的分級流道，實現(xiàn)微尺度傳質均一性與宏尺度流量調控的協(xié)同。

     智能響應材料：開發(fā) pH / 電位響應型流道涂層，動態(tài)調節(jié)表面潤濕性以適應反應階段（如 CO?吸附期 vs. 產(chǎn)物脫附期）。

     人工智能輔助優(yōu)化：機器學習模型預測流動參數(shù)（流速、壓力、溫度）與產(chǎn)物分布的映射關系，實現(xiàn)全自動工藝優(yōu)化。

五、結論：流動池技術的里程碑意義與產(chǎn)業(yè)化展望

     流動池技術通過傳質革命與結構創(chuàng)新，重新定義了電催化 CO?轉化的效率邊界，成為連接實驗室機理研究與工業(yè)化應用的橋梁。未來，隨著跨學科技術融合（如微納制造、智能傳感），流動池有望推動 CO?轉化從 “概念驗證” 邁向 “規(guī)模量產(chǎn)”，為全球碳中和目標提供核心技術支撐。

產(chǎn)品展示

       SSC-ECF80系列電合成微通道流動池，具有高效率、高穩(wěn)定、長壽命的特性，適用于氣液流動條件下的電催化反應，用于電化合成、電催化二氧化碳、電催化合成氨、電合成雙氧水等。

      產(chǎn)品優(yōu)勢：

1)  池體采用雙密封技術，密封效果極加，不漏液。

2)  流道材質根據(jù)客戶使用情況可以選擇，鈦合金，石墨或鍍金可選。

3)  多種流道可以選擇，標配為蛇形通道，根據(jù)實驗需求可以定做不同流動樣式。

4)   電極有效活性面積可選擇行多。

5)   管路接頭均為標準接頭，可選擇多種管路。

6)   可根據(jù)需求定制各種池體結構。