エネルギー科学：プロトン交換膜システムにおける持続的なCO₂変換

二酸化炭素（CO₂）を還元して有用な化学物質に変換する電気分解は、原理的には、より持続可能かつカーボンニュートラルな未来に貢献する可能性がある。しかし、効率的な変換には通常、CO₂を炭酸塩として沈殿させるアルカリ性条件が必要であり、これによって炭素利用とシステムの安定性が制限されるため、この電気分解を発展させてロバストなプロセスを構築することは、依然として困難である。物理的洗浄、パルス方式の動作、双極性膜の使用などの戦略によって、こうした問題が部分的に軽減され得るが、完全には解決されない。そのため、炭酸塩が形成されない酸電解質中でのCO₂電気分解が、最終的により実行可能な解決策として検討されている。今回我々は、廃鉛蓄電池に由来し格子炭素活性化機構が有効に働く触媒においてCO₂をギ酸に還元する、プロトン交換膜システムを開発した。CO₂の還元と水素の酸化を組み合わせると、93％を超えるファラデー効率でギ酸が生成された。このシステムは、スタートアップ/シャットダウンプロセスに適合し、電流密度600 mA cm⁻²、セル電圧2.2 VでCO₂について約91％のシングルパス変換効率を達成して、5200時間以上連続的に動作することが示された。我々は、ロバストで効率的な触媒、安定な三相界面、耐久性のある膜の使用によって可能になった今回の非常に優れた性能が、カーボンニュートラル技術の開発の前進に役立つと予想する。

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