基于ni-玄武岩复合阴极的固体氧化物电解池电解co2制备co
2025年1月 ，世界气象组织（wmo）的报告显示，全球化石燃料碳排放达到创纪录的高点（426.77 ppm）。因此，将co2转化为一氧化碳（co）和氧气（o2）等有高附加值的化学产品已成为一个重要的关注焦点。固体氧化物电解电池（soec）具有巨大潜力，可作为一种高效将co2转化为co的电化学方法。通常在soec中，二氧化碳还原反应（co2-rr）发生在阴极侧，它在co2的电化学还原中起主要作用，并它对soec的效率和性能有很大影响。目前，基于镍（ni）的阴极，主要是ni-ysz、ni-gdc和ni-sdc，因其在将co2转化为co方面的高效率及成本效益而被广泛应用于co2为还原底物的soec中。然而，镍易被再氧化（ni → nio）、易在高浓度co下发生碳沉积以及操作过程中镍颗粒的生长，会导致电导率显著下降和活性丧失 ，从而限制其大规模应用。玄武岩覆盖了地球表面约70%的面积，并且质地均匀、化学稳定性高、可循环利用、与空气和水的接触无毒，因而成为一种具有吸引力的工业原料。
针对此，中国科学院新疆理化技术研究所能源化工研究中心团队充分利用玄武岩抗压能力强、耐腐蚀、耐高温等的优良物理化学性质，成功开发了新型镍-玄武岩片（ni-bt）材料，并将其作为soec的阴极，电池结构为 ni-bt/sdc/ysz/sdc/lscf。ni-bt被用作阴极材料，lscf 用作阳极材料，ysz 用作固体电解质。在电极之间添加了 sdc 作为中间层，以增强离子导电性并加强 ysz与ni-bt 之间的结合。通过一系列表征方法研究其性能，确认了其在 co2-soec 中的有效性。并在ni-bt/sdc/ysz/sdc/lscf 单电池中实现了高电流密度（480 ma/cm²）和低极化电阻（1.91 ω·cm²）。随着操作温度的升高，单电池的电流密度增加，这归因于有利的热力学条件和快速的电化学反应动力学。同时，该电池表现出高co生成（7.45 ml min-1 cm-2），法拉第效率超过90%。本研究的结果表明，新型镍和玄武岩基阴极作为soec电解co2领域具有潜在应用前景。
相关研究成果近期发表在《国际氢能杂志》（international journal of hydrogen energy）上，新疆理化所是第一完成单位，硕士研究生迪力夏提和蔺梦莎为共同第一作者，阿卜杜克热木·喀迪尔研究员和rimeh ismail副研究员为通讯作者。该研究得到了新疆维吾尔自治区天池英才青年博士项目、国家外国青年人才计划项目等项目的资助。
电化学测试系统。
图2. soec电池的co2电解性能（a: co产率和对应的法拉第效率，b: ni -玄武岩阴极的co2 - rr示意图）。
