Einfluss von Elektrodenparametern und Cu-Metall-Katalysatoren auf die Elektrochemische CO2-Reduktion an Gasdiffusionselektroden

Technologien zur stofflichen CO2-Abscheidung und -Nutzung gewinnen zunehmend an Bedeutung, um den Klimawandel zu verlangsamen. Die elektrochemische Umwandlung von CO2 in Wertprodukte ermöglicht nicht nur die chemische Speicherung regenerativer Energie, sondern auch die Nutzung dieser Produkte als Grundstoffe in der chemischen Industrie. In dieser Arbeit wurden Cu-Zn-Ruß-Katalysatoren für Gasdiffusionselektroden (GDEs) entwickelt und die GDEs durch Variation der Herstellungsparameter optimiert. Die Metallbeladung der Katalysatoren zeigte bei 17,5 wt% ein Optimum für die Bildung von Multikohlenstoffprodukten mit Faraday-Effizienzen von 17% bzw. 31% für Ethanol und Ethylen bei 200 mA cm-2 in der CO2-Elektrolyse. Andere Katalysatoren, einschließlich Cu-In, Cu-Ag, Cu-Ni und Cu-Co, wurden in den GDEs untersucht, wobei der Cu-In-Katalysator eine FE von bis zu 37% für HCOOH bei 200 mA cm-2 erreichte. Cu-Ag-Katalysatoren zeigten FEs von bis zu 43% (50 mA cm-2) bzw. 39% (200 mA cm-2) für CO. Trimetallische Katalysatoren (Cu-Ag-In, Cu-Zn-In, Cu-Ag-Zn) zeigten interessante Trends für die CO2-Reduktion, insbesondere in Hinblick auf eine erhöhte CH4-Bildung durch Cu-Ag-In- und Cu-Zn-In-Katalysatoren im Vergleich zu Cu-Ag- und Cu-Zn-Katalysatoren.