Los electrolizadores de membrana bipolares permiten una alta

Jan 25, 2024

Nature Communications volumen 13, número de artículo: 3609 (2022) Citar este artículo

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En los electrolizadores de CO2 MEA alcalinos y neutros, el CO2 se convierte rápidamente en (bi)carbonato, lo que impone una penalización energética significativa que surge de la separación del CO2 de las salidas de gas del ánodo. Aquí informamos que un electrolizador de CO2 utiliza una membrana bipolar (BPM) para convertir el (bi)carbonato nuevamente en CO2, evitando el cruce; y que supera el límite de utilización de un solo paso (SPU) (25% para productos multicarbono, C2+) que sufren los electrolizadores de medios neutros anteriores. Empleamos una capa de catolito estacionaria sin búfer entre BPM y el cátodo para promover productos C2+ mientras garantizamos que el (bi)carbonato se convierta nuevamente, in situ, en CO2 cerca del cátodo. Desarrollamos un modelo que permite el diseño de la capa de catolito y descubrimos que limitar la longitud de la ruta de difusión del CO2 revertido a ~10 μm equilibra el flujo de difusión de CO2 con la tasa de regeneración. Informamos una utilización de CO2 en un solo paso del 78 %, lo que reduce 10 veces la energía asociada con la separación posterior de CO2 en comparación con los sistemas anteriores.

CO2RR para la producción de C2+ requiere lograr simultáneamente una alta tasa de producción y una alta eficiencia energética1,2. Las densidades de corriente en las celdas de flujo (A en la Tabla 1) y los conjuntos de electrodos de membrana (MEA, B en la Tabla 1) han alcanzado niveles industrialmente relevantes (densidad de corriente parcial de etileno > 100 mA cm-2)3; sin embargo, la penalización energética asociada con la baja utilización de CO2 en un solo paso (SPU: la fracción del CO2 convertida en CO2 total de entrada) aún no se ha reducido a niveles prácticos (SPU > 40%)4. La formación de carbonatos y el cruce en electrolizadores de CO2RR típicos limitan la SPU a ≤25% para C2+ (detalles en SI1), imponiendo penalizaciones de energía de 280 a 480 GJ en medios alcalinos y de 80 a 130 GJ en medios neutros, para la producción. de cada tonelada de etileno5,6.

El análisis del balance de masa de CO2 y carbonato en electrolizadores de medio neutro (SI1) indica que lograr un SPU alto requiere que el (bi)carbonato no cruce la membrana hacia el ánodo, y que el (bi)carbonato formado en el cátodo debe volver a CO2 y permanecen disponibles para participar en CO2RR regresando al cátodo.

Se han utilizado membranas bipolares (BPM) para bloquear el cruce de CO2 y convertir el (bi)carbonato nuevamente en CO27,8,9. En los electrolizadores de CO2RR, los BPM comerciales inhiben la pérdida de CO210, pero la capa ácida de intercambio catiónico (CEL) degrada la selectividad de CO2RR del cátodo10.

Para abordar la acidificación del cátodo, se puede utilizar un catolito amortiguador (p. ej., KHCO3) entre CEL y el cátodo9,11,12; este enfoque (Fig. 1a) proporciona un pH en la superficie CEL de ~ 3 y mantiene el pH local catódico> 12. Sin embargo, en un catolito amortiguador, el (bi)carbonato vuelve a CO2 cerca de la superficie del CEL (línea negra continua en la Fig. 1a), lo que ralentiza la transferencia de masa del CO2 revertido y reduce la disponibilidad de reactivo para CO2RR. Esto conduce a las mejores SPU reportadas de ~15% en electrolizadores anteriores basados ​​en BPM en electroproducción C2+ (SI3 y SI5). Cuando el catolito fluye, el SPU es aún menor, ~6 % según informes anteriores, porque el catolito que fluye elimina el CO211 revertido. Como resultado, los electrolizadores anteriores basados ​​en BPM (Tabla 1) no han excedido la limitación de SPU del 25% para la electroproducción de C2+ (SI3).

a Las distribuciones de CO2 (líneas continuas) y pH (líneas discontinuas) en la capa SC de 65 μm de espesor. Las posiciones donde los (bi)carbonatos se convierten en CO2 están marcadas (rojo para electrolito no amortiguador y negro para electrolito amortiguador). b Los esquemas y la transferencia de masa en el SC-BPMEA. c La distribución del pH dentro de la capa SC. d El perfil de concentración de CO2 disuelto dentro de la capa SC. Los límites virtuales marcados por líneas discontinuas se definen como la posición donde la concentración de CO2 llega a ser un 1% menor que la concentración total. Los números marcados arriba son las distancias entre los límites virtuales y la superficie del cátodo.

Mostramos que un catolito estacionario sin amortiguación con un espesor de capa de catolito bien diseñado (Fig. 1b) aborda estas limitaciones de transferencia de masa y al mismo tiempo proporciona el alto pH del cátodo local necesario (Fig. 1a). Los protones generados por BPM migran más lejos en un catolito sin amortiguación que en un catolito con amortiguación, ya que este último consume protones a un ritmo mayor. Aquí mostramos un análisis cuantitativo adicional de los requisitos de diseño para lograr este objetivo.

La composición y el espesor de la capa de católito influyen en el pH local, la eficiencia de la regeneración de CO2 y, por tanto, en el rendimiento general de la célula. Aplicamos un modelo multifísico unidimensional en COMSOL para investigar la capa de católito en electrolizadores de CO2RR basados ​​en BPM.

El reactivo CO2 lo proporcionan dos fuentes: el flujo de CO2 de entrada (gas) y el CO2 regenerado (forma disuelta, acuosa) en el catolito. Para lograr un SPU alto, es necesario restringir la alimentación de CO2 gaseoso13,14. Bajo una disponibilidad restringida de CO2 gaseoso, el suministro de CO2 del cátodo depende más de la regeneración (SI1): en un caso ideal con 100% SPU y 100% de selectividad de C2+, la regeneración contribuye con el 75% del CO2 consumido. Por lo tanto, el transporte masivo de CO2 regenerado es más crítico y ese transporte está gobernado por la composición y el espesor del católito.

En estado estacionario, la electrólisis crea un gradiente de pH a través de la capa catolítica: el pH es alto cerca del cátodo y bajo cerca del CEL. Los protones y los iones (bi)carbonato se recombinan en el catolito, formando CO2 (ac.) que se difunde, en respuesta a un gradiente de concentración, al catalizador de Cu.

Las simulaciones resuelven el entorno del cátodo local en función de las dimensiones, el electrolito y las condiciones de funcionamiento (Figs. 1a, c, d, SI4 y SI5). Seleccionamos 250, 125, 65 y 16 μm como espesores modelados para corresponder a los materiales disponibles comercialmente.

El uso de un catolito amortiguador (p. ej., KHCO3) conduce a una capa gruesa de difusión de CO2 (ac.) cerca del espesor del catolito, ya que el CO2 (aq.) se genera cerca de la superficie del CEL, como se muestra en la Fig. 1a (detalles en SI5). Este efecto reduce la eficiencia de transferencia de masa de CO2 (aq.). Los resultados experimentales presentados y discutidos en SI6 muestran tendencias similares a los resultados de la simulación.

Por el contrario, las figuras 1a, c ilustran que con una capa de catolito no amortiguadora (por ejemplo, K2SO4 0,5 M) con espesores de 250, 125 y 65 μm, los valores de pH locales cerca del cátodo son mayores que 11, lo cual es suficiente. para promover la selectividad hacia CO2RR sobre HER13. La reducción del espesor de la capa SC a 16 μm da como resultado un pH del cátodo de 8,7, lo que implica una menor selectividad hacia el CO2RR.

La Figura 1c, d muestra los perfiles de concentración simulados de CO2 (ac.) en la capa SC no amortiguadora. En estado estacionario, el CO2 (ac.) se suministra continuamente al cátodo para participar en el CO2RR, formando un gradiente de concentración (el límite se definió aquí como la posición donde la concentración de CO2 es un 1% menor que la concentración saturada) hacia el cátodo. superficie. Estudios anteriores han denominado la zona entre el cátodo y este límite capa de difusión15. El espesor de la capa de difusión controla la eficiencia del transporte de masa de CO2 (ac.)15. Según las simulaciones, los espesores de las capas de difusión son 75, 35, 12 y 5 μm para las capas de católito con espesores de 250, 125, 65 y 16 μm, respectivamente (marcados en la Fig. 1d). Como referencia, el espesor de la capa de difusión de CO2 (ac.) en las células H (todo el CO2 suministrado en forma disuelta) suele ser de 40 a 100 μm, y esto no admite densidades de corriente superiores a 100 mA cm-2.16 Esperamos que las capas de difusión < Para un transporte de masa suficiente en un catolito no amortiguador se necesitan 40 µm y un espesor de catolito correspondiente < 150 µm. Para lograr un transporte de masa similar en un catolito amortiguador, el espesor total no podría exceder los 12 μm y el pH catódico no sería lo suficientemente alcalino para el CO2RR selectivo (SI5).

Los resultados de la simulación sugieren los siguientes principios de diseño para la capa de catolito en un electrolizador basado en BPM: el pH del cátodo local y el espesor de la capa de difusión del CO2 regenerado aumentan a medida que aumenta el espesor del catolito; la capacidad amortiguadora del catolito aumenta el espesor de la capa de difusión y reduce el transporte. Por lo tanto, el control preciso del espesor de un catolito no amortiguador debería ofrecer una ruta hacia una alta SPU, selectividad de CO2RR y velocidad de reacción.

Guiados por el análisis anterior, nos centramos en un electrolizador de conjunto de electrodo de membrana bipolar de catolito estacionario (SC-BPMEA) e incorporamos una capa de catolito cuidadosamente diseñada y BPM (Fig. 1a).

El cátodo se preparó pulverizando nanopartículas de Cu sobre una capa hidrófoba de difusión de gas de carbono para CO2RR (Fig. 2a). El ánodo fue IrO2 soportado sobre fieltro de Ti para la reacción de desprendimiento de oxígeno (REA). Se empleó un BPM (SEM en la Fig. 2b) bajo polarización inversa con la capa de intercambio aniónico (AEL) en contacto con el ánodo y el CEL en contacto con la capa SC (soporte poroso saturado con electrolito). El cátodo se comprimió sobre la capa porosa y las placas del campo de flujo del ánodo y del cátodo intercalaron el sistema.

Imágenes de microscopía electrónica de barrido (SEM) del electrodo catódico (a) y la interfaz CEL/AEL del BPM personalizado utilizado para SC-BPMEA en anolito neutro de KHCO3 0,1 M (b). El BPM personalizado consta de un NafionTM 212 como CEL, Piperion (Versogen) como AEL y una capa de nanopartículas de TiO2 intercalada como catalizador de disociación del agua. c La relación CO2/O2 en la corriente de gas del ánodo para los electrolizadores convencionales (cuadrados rojos) y nuestro SC-BPMEA (cuadrados negros) en varias densidades de corriente. También se indican los caudales de O2 y CO2 en el SC-BPMEA. Los gráficos muestran datos obtenidos después de 1 h de electrólisis continua en cada densidad de corriente. Los datos provienen de un SC-BPMEA con una capa SC de 125 μm de espesor. Se recogieron datos similares para capas de 65 y 250 μm (diferencia inferior al 5%). Las barras de error representan la desviación estándar de tres mediciones.

El BPM empleado en este trabajo intercaló nanopartículas de TiO2 como catalizador de disociación del agua17. Este BPM personalizado puede reducir el voltaje de la celda en aproximadamente 1 V en comparación con los BPM comerciales (p. ej., Fumasep, detalles en SI2). El voltaje total de la celda de estos electrolizadores personalizados basados ​​en BPM es cercano al de los sistemas basados ​​en membranas de intercambio aniónico (AEM).

Las mediciones de la relación CO2/O2 en la corriente de gas del ánodo muestran que el SC-BPMEA previene eficazmente el cruce de CO2, como se requiere para un SPU alto (SI1)8,11. De acuerdo con los estudios previos8,11, el MEA basado en AEM (AEMEA) mostró una relación CO2/O2 en el ánodo de ~2 para densidades de corriente que oscilan entre 100 y 300 mA cm-2 (Fig. 2c). En los AEMEA convencionales, los portadores de carga aniónica son el CO32-, por lo que sufren la pérdida de una molécula de CO2 por cada dos electrones transferidos. La relación CO2/O2 del ánodo en el SC-BPMEA (0,06 a 200 mA cm-2) es un orden de magnitud menor. Los experimentos de control confirman que el CO2 detectado en el ánodo no se debe a la acidificación del anolito (el uso de K2SO4 0,1 M en lugar de KHCO3 0,1 M dio como resultado una relación CO2/O2 similar, figura complementaria 3). La relación CO2/O2 del ánodo disminuye a medida que aumenta la densidad de corriente operativa, un efecto que atribuimos a un mayor flujo de protones hacia el cátodo. Este flujo disminuye el pH en la superficie del CEL y reduce la difusión de CO2 y HCO3−/CO3− en el CEL18,19.

Como se predijo a partir de las simulaciones, el espesor del catolito estacionario tiene un impacto importante en el voltaje de la celda. El voltaje de la celda del SC-BPMEA disminuye a medida que el espesor de la capa SC disminuye (Fig. 3a) desde 250 μm (5,1 V, 200 mA cm-2) hasta un mínimo de 65 μm (3,8 V, 200 mA cm-2). 2). Al adelgazar aún más el catolito a 16 μm se obtuvo un voltaje más alto (4,4 V, 200 mA cm-2), un efecto de la capa de soporte de menor porosidad utilizada en el caso de 16 μm (<20 % frente a >70 % para las capas más gruesas). , consulte la Fig. complementaria 13a y SI7). Una ruta de migración de iones más larga y una mayor resistencia óhmica explican parcialmente el aumento del voltaje de la celda de 0,67 V a medida que el espesor del católito estacionario aumenta de 65 a 125 μm. Según la resistencia óhmica medida independientemente (Figura complementaria 13a), el aumento del espesor de la capa SC de 65 a 125 μm impone un aumento de voltaje óhmico de solo 0,07 V a 200 mA cm-2. De manera similar, en comparación con 65 μm, la capa SC de 250 μm aumenta la pérdida de voltaje óhmico en 0,24 V a 200 mA cm-2, mientras que el voltaje de la celda aumenta en 1,3 V.

Todos los resultados se recogen a 35 °C con un caudal de CO2 de 10 sccm cm-2 (normalizado por el área geométrica del cátodo), un catolito de K2SO4 0,5 M y un anolito de KHCO3 0,1 M. a La dependencia de los voltajes de las celdas de la densidad de corriente. b Distribución de las pérdidas de voltaje medidas en el SC-BPMEA con un catolito de 65 μm de espesor que funciona a 200 mA cm-2 (voltaje de celda = 3,82 V). La ruptura de tensión se explica en SI7 de la Información complementaria. La dependencia de los productos de gas CO2RR FE de la densidad de corriente para los SC-BPMEA con un espesor de católito de 250 (c), 125 (d) y 65 μm (e). El resultado de FE para 16 μm se muestra en la figura complementaria 12. Las barras de error representan la desviación estándar de tres mediciones.

Las simulaciones (Fig. 1d) indican que la capa SC más gruesa da como resultado distancias de transporte más largas para el CO2 disuelto. La tasa de regeneración de CO2 dentro de la capa SC también depende de la densidad de corriente, y para capas SC más gruesas (p. ej., >125 μm), es más probable que se formen burbujas de CO2 cerca del CEL. Estas burbujas obstruyen la migración de iones, aumentando la resistencia óhmica del SC-BPMEA. Las mediciones de espectroscopia de impedancia electroquímica (Figuras complementarias 13d, e) también respaldan este hallazgo. Una corriente aplicada de 200 mA cm-2 dio como resultado un cambio insignificante en la resistencia de alta frecuencia (HFR) del SC-BPMEA con una capa SC de 65 μm de espesor; mientras que, por el contrario, la HFR del SC-BPMEA con una capa SC de 125 μm de espesor aumentó en un 120% después de aplicar 200 mA cm-2 durante 20 minutos, lo que llevó a un voltaje de celda 0,6 V mayor que para el SC de 65 μm. -capa.

El voltaje de la celda del SC-BPMEA con una capa SC de 65 μm que funciona a 200 mA cm-2 es de 3,8 V, comparable a los MEA de medios neutros basados ​​en AEM que funcionan en condiciones similares (diferencia <±0,05 V)20,21 ,22. Este resultado demuestra que el voltaje de la celda de un electrolizador de CO2RR basado en BPM puede ser tan bajo como el de un electrolizador basado en AEM con una densidad de corriente de hasta 200 mA cm-2, al tiempo que suprime el cruce no deseado y proporciona un SPU alto.

La Figura 3b muestra el desglose del voltaje de la celda de 3,8 V, determinado utilizando los métodos informados anteriormente13,21 (SI7). Los factores que componen el voltaje de la celda incluyen el potencial termodinámico, el sobrepotencial del cátodo, el sobrepotencial del ánodo, la pérdida óhmica y el sobrepotencial de Nernstian/concentración (es decir, debido al gradiente de pH)21. La suma de estos factores representa la mayor parte del voltaje de la celda, lo que sugiere que el sobrepotencial de disociación del agua en la interfaz AEL/CEL del BPM es pequeño en el SC-BPMEA a 200 mA cm-2, de acuerdo con informes anteriores que emplean BPM fabricados. de esta manera (SI2 y ref. 17).

El espesor de la capa SC también afecta la selectividad hacia el CO2RR. Con espesores de 65, 125 y 250 μm, las eficiencias faradaicas (FE) del H2 son consistentes (~ 20% a 200 mA cm-2, Fig. 3c-e), lo que confirma que se mantienen condiciones de pH locales altas en el cátodo en estos casos (Fig. 1c). Sin embargo, reducir el espesor a 16 μm aumenta el H2 FE al 88% a 200 mA cm-2 (Fig. 14 complementaria), consistente con un pH catódico que se reduce debido al rápido transporte de protones a través de una delgada capa SC. Sin restringir la disponibilidad de CO2 (el rendimiento en la Fig. 3 se registró a un caudal de CO2 de 10 sccm cm-2), los SC-BPMEA con un espesor de capa SC de 65, 125 y 250 μm muestran FE de etileno similar de 35 –43%.

Al suprimir el cruce de CO2 (p. ej., <0,5% de la entrada total de CO2 a 200 mA cm-2, Figs. 2c y 4e), el SC-BPMEA supera la SPU de los electrolizadores convencionales de CO2 a C2+, en los que el carbonato se el portador de carga dominante. Medir las SPU de CO2 con un caudal de CO2 restringido es un método directo para determinar el límite superior de las SPU en los electrolizadores de CO2RR13.

Todas las mediciones se realizaron a 35 °C y 200 mA cm-2, y los datos se recogieron después de 2 h de funcionamiento continuo. a – c Las distribuciones de FE y los requisitos de CO2 (CO2 total convertido en productos) de los SC-BPMEA con diferentes espesores de católito y caudales de CO2 de entrada (sccm normalizados por área de electrodo). C1 se refiere a CO, formiato y metano. C2+ se refiere a etileno, etanol, acetato y n-propanol. d La utilización total de CO2 de un solo paso (la conversión de CO2 a etileno de un solo paso, consulte la Figura complementaria 13a) para los SC-BPMEA con diferentes espesores de católito y caudales de CO2 de entrada. e Balance de carbono en SC-BPMEA con 65 μm 0,5 M K2SO4 a diferentes caudales de CO2 de entrada. Consulte la figura complementaria 13b para ver gráficos en escala logarítmica. f La comparación de las distribuciones de costos de energía entre los electrolizadores de CO2 a etileno de última generación. El caso SC-BPMEA se refiere al caudal de entrada de CO2 de 1,17 sccm cm-2. Las barras de error representan la desviación estándar de tres mediciones.

A medida que disminuyó el caudal de entrada de CO2, el C2+ FE del SC-BPMEA a 200 mA cm-2 disminuyó, acompañado por un aumento en el H2 FE (Fig. 4a-c). Con espesores de capa SC de 65 μm (Fig. 4c), a medida que el caudal de CO2 de entrada disminuye de 1,17 a 0,58 y 0,29 sccm cm-2, el FE C2+ disminuye de 49 a 48% y 34%, mientras que el FE H2 aumenta. del 23 al 31% y 64%. Este cambio es consistente con una limitación del transporte masivo de CO213,20,21.

El espesor del catolito estacionario afecta la SPU del SC-BPMEA. La SPU aumenta gradualmente hasta 21, 61 y 78% para los SC-BPMEA con espesores de capa SC de 250, 125 y 65 μm, respectivamente (Fig. 4d). Estos resultados demuestran que es posible obtener altas eficiencias de conversión de CO2 utilizando SC-BPMEA con espesores de capa SC de 125 y 65 μm.

Para un caudal de CO2 determinado, una capa SC más gruesa produce un SPU más bajo (Fig. 4d). En el SC-BPMEA, el CO2 reactivo está disponible en la corriente de gas de entrada y se regenera en la capa SC. Con el suministro de CO2 sin restricciones (Fig. 3c-e), los FE de H2 son similares para diferentes espesores de la capa catódica estacionaria, lo que indica que ni la disponibilidad de CO2 como el pH local no se ven afectados por el espesor del católito en condiciones de exceso de suministro. Las simulaciones sugieren que la capa SC más gruesa da como resultado un menor flujo de CO2 disuelto al cátodo debido al menor gradiente de concentración (Fig. 1d). En comparación con los SC-BPMEA con capas SC más delgadas, la disponibilidad de CO2 con capas SC más gruesas disminuye más significativamente al reducir el caudal de CO2, lo que lleva a un aumento más dramático en H2 FE (Fig. 4a-c).

Las tendencias experimentales son en general consistentes con las de las simulaciones. El SC-BPMEA con una capa de difusión de CO2 disuelto de más de 75 μm (que representa una capa SC de 250 μm) no supera el límite de SPU debido a una transferencia de masa insuficiente. Por el contrario, una capa SC de 65 μm facilita el transporte masivo eficiente del CO2 regenerado (espesor de la capa de difusión de 12 μm) y simultáneamente promueve un alto pH del cátodo local.

Como se demuestra en SI10, los SC-BPMEA que utilizan electrolitos ácidos y alcalinos logran eficiencias de carbono comparables a las que utilizan electrolitos neutros. La compatibilidad de los SC-BPMEA con una variedad de electrolitos ofrece flexibilidad en la selección de catalizadores catódicos y anódicos. Por el contrario, los electrolizadores ácidos de CO2 a C2+ solo se han demostrado con ánodos de metales preciosos13,14.

Como se muestra en la Fig. 18 complementaria, el SC-BPMEA muestra una estabilidad > 50 h funcionando a 200 mA cm-2 con disponibilidad limitada de CO2 (caudal de entrada de CO2 de 1,42 sccm cm-2). Esta estabilidad operativa es competitiva con la de los electrolizadores de CO2 a C2+ basados ​​en electrolitos neutros23,24.

Intentamos ampliar la estrategia de la capa SC en una celda MEA basada en CEM (es decir, SC-CEMEA, Fig. 5a) usando un anolito ácido con pH <2,4, esperando un voltaje de celda más bajo que el SC-BPMEA mientras manteníamos una SPU alta. . Descubrimos que en el SC-CEMEA, el cruce de CO2 prácticamente se eliminó. Esta observación se atribuye al pH más bajo cerca de la interfaz capa catolítica estacionaria / CEM, como se muestra en la Fig. 5a.

El catolito estacionario es K2SO4 0,5 M y el anolito es K2SO4 0,5 M más 0,1 (pH = 2,37) o 0,5 M (pH = 1,84) H3PO4. Todas las mediciones se realizaron a 20 °C y un caudal de CO2 de 10 sccm cm-2. a El esquema del SC-CEMEA. b Voltajes de celda completos a varias densidades de corriente. c Los FE del producto gaseoso a diversas densidades de corriente.

SC-CEMEA muestra un voltaje de celda total más bajo (Fig. 5b) en comparación con el SC-BPMEA presentado, en parte debido a la menor resistencia del CEM y la ausencia de sobrepotencial de disociación del agua. Mientras tanto, tiene una selectividad de CO2RR razonable sobre HER (Fig. 5c) debido al efecto catiónico y al alto pH local inducido por la presencia de K+ en la capa SC (Fig. 5a). Sin embargo, este diseño no es compatible con el funcionamiento en estado estacionario sin la adición continua de ácido y sal al anolito, ya que el gradiente de pH inicial se eliminará debido al transporte y la neutralización de coiones. Descubrimos que la selectividad del CO2RR disminuye con el tiempo y se acerca al 100% de H2 después de ~3 h.

También observamos que el diseño SC-CEMEA expulsa periódicamente electrolito del canal de flujo del cátodo, probablemente debido a un equilibrio hídrico deficiente. En el ánodo, el REA genera un protón por transferencia de un electrón. Los portadores de carga a través del CEM son principalmente H+, aunque los pares de iones neutros también se difundirán. En el cátodo, el K+ forma la doble capa electroquímica en la superficie del Cu, y los perfiles de K+ en estado estacionario se rigen por los gradientes de potencial eléctrico y químico que se desarrollan durante la operación, que generalmente toma decenas de segundos19. H+ migra al cátodo y se combina con OH- (o CO32-/HCO3-), produciendo agua en el cátodo. Los protones también arrastran moléculas de agua (~1 por protón)25 mediante electroósmosis. En consecuencia, calculamos el balance hídrico para diferentes productos catódicos como se enumera en la Tabla 2. El agua generada y transportada al cátodo parece diluir y expulsar el electrolito en la capa catódica estacionaria, cuyo volumen es pequeño (aproximadamente 10 μL por cm2 de área del electrodo). Este fenómeno produce la inundación del cátodo (como se confirmó experimentalmente) y la pérdida del electrolito de soporte, degradando así el rendimiento. En el diseño de BPMEA, es probable que el BPM ralentice el tránsito de coiones a través de la membrana, en comparación con el CEM, por el gran flujo de salida de OH− y H+ desde la unión de disociación del agua.

Los costos de energía (medidos en gigajulios por tonelada del producto objetivo, GJ/t) para un electrolizador de CO2 a C2+ incluyen la energía eléctrica de la electrólisis, la separación de corrientes catódicas y la separación de corrientes anódicas13. Las métricas de rendimiento de CO2RR de importancia incluyen el voltaje de la celda, la FE del producto objetivo, la SPU y el cruce de CO25. Un alto SPU y una alta eficiencia energética no se han logrado simultáneamente en la electroproducción C2+. En SC-BPMEA, una SPU más alta reduce la energía requerida para la separación del cátodo, pero la disminución que la acompaña en la selectividad del etileno (Fig. 4c) eleva el requisito de energía específica5. Llevamos a cabo una evaluación de energía total del SC-BPMEA y otros electrolizadores de CO2 a etileno de última generación y resumimos los resultados en la Tabla 3, Fig. 4f y la Tabla complementaria 2.

El consumo de energía de un electrolizador alcalino de CO2RR2 se enumera en la Tabla complementaria 2. En tales sistemas, el CO2 y el OH- reaccionan para formar carbonato continuamente. Este carbonato debe recuperarse para mantener el rendimiento de CO2RR de dicho sistema, consumiendo 5,5 GJ por tonelada de CO25. En los electrolizadores alcalinos de CO2RR, ca. 63 toneladas de CO2 se transforman en carbonato para producir 1 tonelada de etileno, lo que representa una penalización energética de 350 GJ5. Esto cuesta al menos 1.900 dólares por tonelada de etileno, mientras que su precio de mercado es de 800 a 1.000 dólares por tonelada26. Por lo tanto, los electrolizadores alcalinos no permiten que la producción electroquímica de etileno sea todavía rentable.

En los electrolizadores de CO2RR de medio neutro, la recuperación del CO2 de la corriente de gas anódico genera importantes costes energéticos. En el contexto de una conversión altamente selectiva (es decir, CO2 en etileno con selectividad unitaria), el proceso de recuperación requiere un aporte de energía de 52 GJ para producir cada tonelada de producto. En la práctica, debido a la selectividad del producto no unitaria, el proceso es aún más prohibitivo, es decir, requiere una penalización energética de 80 a 130 GJ por producir una tonelada de etileno5.

A medida que la SPU aumenta del 4 al 35 %, encontramos una disminución dramática en la energía asociada con la separación del cátodo: de 85 a 15 GJ/t de etileno (Tabla 3), con la FE del etileno reducida en solo un 2 %. Aumentar aún más la SPU más allá del 35% no reduce sustancialmente el costo de energía asociado con la separación catódica (Tabla complementaria 2). Este hallazgo concuerda con un análisis energético reciente de que en un electrolizador de CO2 a C2+ libre de (bi)carbonato, mejorar la SPU en más del 40% ofrece un beneficio insignificante para el costo de separación posterior4. La búsqueda de una SPU > 35 % disminuye el etileno FE en más de un 4 % cuando se utiliza SC-BPMEA y, por lo tanto, el aumento del costo de la electricidad de entrada excede los ahorros en la separación catódica (Tabla 3 y Tabla complementaria 2). Por lo tanto, el 35% de SPU es la condición más favorable para el presente SC-BPMEA.

La intensidad energética de la producción de etileno en SC-BPMEA es aproximadamente un 30% menor que la de los electrolizadores de CO2 convencionales basados ​​en electrolitos neutros (Fig. 4f y Tabla 3). En los electrolizadores convencionales de electrolito neutro de CO2 a etileno, el cruce de CO2 (al menos 70%)21 cuesta entre 60 y 90 GJ por tonelada de etileno para recuperar CO2 de la corriente de O2 anódico5. En particular, esta penalización energética no se puede reducir fácilmente, independientemente de la optimización de los catalizadores y las condiciones operativas (por ejemplo, caudales de entrada de CO2, velocidades de reacción, temperatura y presión operativas)6. Por el contrario, el CO2 cruzado en SC-BPMEA es <0,5% de la entrada total de CO2, lo que minimiza el costo energético de la separación anódica.

Recientemente, se ha logrado la conversión de CO2 a etileno en electrolitos ácidos tanto en configuraciones de celda de flujo13 como de MEA14. Estos sistemas permitieron SPU de CO2 superiores al 75% y también mitigaron el costo de energía asociado con la separación anódica (Tabla 3). Debido al entorno fuertemente ácido, la celda de flujo permite un etileno FE del 28 % a un potencial de celda completa de 4,2 V. El MEA ácido utilizó un recubrimiento de ionómero de intercambio aniónico en la capa de catalizador para promover el CO2RR sobre el HER. La modificación de la superficie con el ionómero de intercambio aniónico resultó en una mayor pérdida óhmica y, por lo tanto, la celda requirió potenciales de 3,8 y 4,4 V a 100 y 200 mA cm-2, respectivamente. Por lo tanto, estos dispositivos eliminaron la energía de separación anódica de CO2/O2, pero a costa de voltajes de celda más grandes y/o FE de etileno más bajos. Por el contrario, SC-BPMEA muestra un voltaje de celda de 3,8 V a 200 mA cm-2 con un FE de etileno del 42%: voltajes y selectividades comparables a los mejores MEA convencionales de electrolito neutro CO2 a etileno21. En comparación con los sistemas ácidos, la intensidad energética del SC-BPMEA es un 36% y un 12% menor que la celda de flujo ácido y el MEA ácido, respectivamente (Fig. 4f y Tabla 3).

Demostramos un MEA de CO2 a C2+ basado en BPM, con una capa SC juiciosamente diseñada entre el catalizador y BPM, que supera el problema de la pérdida de reactivo de formación de (bi)carbonato sin comprometer el rendimiento. La composición y el espesor de la capa SC determinan el rendimiento de CO2RR y el SPU a través de una fuerte influencia en el pH local y la química y el transporte de CO2. La capacidad amortiguadora y el espesor de la capa SC determinan la eficiencia de la regeneración, el transporte y la disponibilidad del CO2 reactivo. Estos efectos fueron predichos en simulaciones y respaldados por experimentos. El diseño SC-BPMEA elimina en gran medida la penalización energética asociada con la pérdida de CO2 en la reducción electroquímica de CO2.

El rendimiento del SC-BPMEA podría mejorarse aún más utilizando, por ejemplo, líquido iónico u otras sales orgánicas como catolito, y optimizando la porosidad, estructura e hidrofobicidad de las capas de soporte porosas. El rendimiento de CO2RR del SC-BPMEA podría mejorarse con nuevos catalizadores catódicos, optimizando la carga y el procesamiento de la capa de catalizador e implementando BPM con una pérdida de voltaje de disociación de agua aún más reducida. En términos generales, SC-BPMEA es una plataforma útil para evaluar catalizadores de CO2RR que operan con una alta utilización de CO2. La estrategia y los hallazgos presentados aquí también son relevantes para los sistemas electroquímicos como la reducción de nitratos y la reducción de (bi)carbonatos, donde es útil controlar microambientes diferentes cerca de cada electrodo, y el intercambio/transporte de especies (distintas de OH- o H+) entre cátodo y ánodo es problemático.

Ácido fosfórico (H3PO4, 85%), sulfato de potasio (K2SO4, 99%), bicarbonato de potasio (KHCO3, 99,7%), cloruro de potasio (KCl, 99%), hidróxido de potasio (KOH, 99,95%), nanopartículas de cobre (25 nm). ), NafionTM 1100 W (5 % en peso en una mezcla de alcoholes alifáticos inferiores y agua) e isopropanol (IPA, 99 %) se adquirieron de Sigma Aldrich y se utilizaron tal como se recibieron. Las nanopartículas de óxido de titanio (TiO2, Aeroxide P25) se adquirieron de Fisher Scientific y se utilizaron tal como se recibieron. Los soportes porosos también se adquirieron de Fisher Scientific: PVDF de 125 μm (tamaño de poro de 0,45 μm), PTFE de 65 μm (tamaño de poro de 0,44 μm) y PC de 16 μm (tamaño de poro de 0,4 μm). NafionTM 212, NafionTM XL, Fumasep (FAS-PET-130) y fieltro de titanio (Ti) se compraron en Fuel Cell Store. El hidrato de cloruro de iridio (IV) (Premion®, 99,99 %, base metálica, Ir 73 % min) se adquirió de Alfa Aesar. El agua utilizada en este estudio fue agua desionizada (DI-) Milli-Q de 18 MΩ. Las membranas de Nafion se activaron mediante el siguiente procedimiento: 1 h en H2SO4 1 M a 80 °C - 1 h en H2O2 a 80 °C - 1 h en H2SO4 1 M - almacenadas en agua DI. Fumasep se utilizó tal como se recibió y se almacenó en KCl 1 M. Piperion (40 μm) se adquirió de W7Energy y se almacenó en KOH 0,5 M.

La capa de catalizador de disociación de agua se fabricó siguiendo un procedimiento similar en un informe anterior17. Las tintas de nanopartículas de TiO2 se prepararon sonicando la mezcla de TiO2, agua DI e IPA con una relación en peso de 1: 833: 2833 durante 30 minutos. Se roció tinta con nanopartículas de TiO2 sobre una membrana Nafion 212, cuyos bordes se sellaron con cinta Kapton. La dimensión de la membrana expuesta fue de 2,2 cm x 2,2 cm. La carga nominal de TiO2 es de 0,2 mg cm-2. Una vez preparado, el NafionTM recubierto de TiO2 se utilizó inmediatamente para ensamblar electrolizadores.

Para el CO2RR, preparamos los electrodos de difusión de gas (GDE) depositando por pulverización una tinta catalizadora que dispersa 1 mg mL-1 de nanopartículas de Cu y 0,25 mg mL-1 de NafionTM 1100 W en metanol sobre un papel carbón hidrofóbico. La carga masiva de NP de Cu en el GDE se mantuvo en 1,5 mg/cm2. Los GDE se secaron al aire durante la noche antes de los experimentos.

El procedimiento de preparación del electrodo REA implica: grabar el fieltro de Ti en ácido clorhídrico a 70 °C durante 40 min; enjuagar el fieltro de Ti grabado con agua desionizada; sumergir el fieltro de Ti en una solución de hidrato de cloruro de Ir(IV); secar y sinterizar el fieltro de Ti cargado con Ir. Las etapas de carga, secado y sinterización se repitieron hasta que se logró una carga final de Ir de 1,5 mg cm-2.

El conjunto MEA (5 cm2) se adquirió de Dioxide Materials. Se cortó un cátodo en una pieza de 2,1 cm x 2,1 cm y se colocó sobre la placa del cátodo MEA con una ventana de flujo con una dimensión de 2,2 cm x 2,2 cm. Los cuatro bordes del cátodo se sellaron con cinta Kapton, lo que también cubrió completamente la ventana de flujo. El área expuesta del cátodo se midió cada vez antes de las pruebas electroquímicas, en el rango de 3,1 a 4,2 cm2. Sobre el cátodo, se colocó cuidadosamente una capa de soporte porosa (2 cm x 2 cm con varios espesores, 250 μm apilaban dos PVDF de 125 μm de espesor) saturada con el electrolito deseable (sonicado en electrolito durante 15 minutos para desgasificar). Esta capa de soporte porosa sirve como "capa catolítica estacionaria (capa SC)". Las consideraciones sobre la selección de membranas se pueden encontrar en SI2 y SI4 de la Información complementaria. Cuando se utilizó el BPM personalizado, se colocó una membrana Nafion recubierta de TiO2 sobre la capa SC con la capa de TiO2 hacia arriba y luego se cubrió con una membrana Piperion (5 cm × 5 cm). Cuando se usó Fumasep BPM, la membrana se colocó con su capa de intercambio catiónico (CEL) mirando hacia el lado del cátodo. Se colocó un fieltro de Ti cargado con IrO2 (2 cm x 2 cm) sobre la capa de intercambio aniónico (AEL) del BPM.

Las imágenes del cátodo y del BPM personalizado fueron capturadas por un SEM ambiental FEI Quanta FEG 250.

A lo largo de todos los experimentos, el CO2 fluyó hacia el lado del cátodo a 10 sccm cm-2 a menos que se especifique lo contrario, mientras que el lado del ánodo se alimentó con KHCO3 neutro 0,1 M a 10 ml/min mediante una bomba peristáltica a menos que se especifique lo contrario. Las mediciones electroquímicas se realizaron con un potenciostato (Autolab PGSTAT204 con amplificador de 10A). Los voltajes de celda reportados en este trabajo no están corregidos por IR. Se permitió que el sistema se estabilizara en las condiciones específicas durante > 1000 s antes de registrar los resultados. Todas las barras de error representan desviaciones estándar basadas en tres mediciones.

Los productos del gas CO2RR, el oxígeno y el CO2 se analizaron inyectando las muestras de gas en un cromatógrafo de gases (Perkin Elmer Clarus 590) acoplado con un detector de conductividad térmica y un detector de ionización de llama. El cromatógrafo de gases estaba equipado con una columna capilar de tamiz molecular 5A y una columna Carboxen-1000 empaquetada con argón como gas portador. Los caudales volumétricos de gas dentro y fuera de la celda se midieron con una columna de burbujas. El FE de un producto gaseoso se calcula de la siguiente manera:

Donde xi es la fracción en volumen del producto gaseoso i, V es el caudal de gas de salida en L s-1, P es la presión atmosférica 101,325 kPa, R es la constante del gas ideal 8,314 J mol-1 K-1, T es la temperatura ambiente en K, ni es el número de electrones necesarios para producir una molécula del producto F es la constante de Faraday 96485 C mol-1, y J es la corriente total en A.

Los productos líquidos del lado del cátodo del SC-BPMEA se recogieron utilizando una trampa fría enfriada a 0 °C. El líquido recogido se combinó con anolito (algún producto líquido cruzado) para cuantificarlo mediante espectroscopia de resonancia magnética nuclear de protones (1H NMR) en un espectrómetro Agilent DD2 500 en D2O usando el modo de supresión de agua y dimetilsulfóxido (DMSO) como estándar interno. Para cada parcela de cuantificación de producto líquido, se utilizó anolito fresco y la duración de la recolección fue de 30 minutos. El FE de un producto líquido se calcula de la siguiente manera:

Donde mi es la cantidad de producto líquido i en moles, t es la duración de la recogida del producto (1800 s).

El cálculo del SPU de CO2 se detalla en SI1 de Información complementaria.

El modelo de reacción electroquímica fue realizado por COMSOL Multiphysics versión 5.5. Esta simulación se basó en trabajos de modelado anteriores27,28,29,30. Se simularon el pH local y las concentraciones de diferentes especies para diferentes espesores de catolito (16, 65, 125 y 250 μm). En la simulación se utilizaron dos católitos diferentes (K2SO4 y KHCO3). En este modelado unidimensional se consideraron todas las reacciones químicas entre especies. La simulación (Fig. 6) incluyó una capa de difusión de gas (GDL) de 50 μm de espesor, un catalizador de cátodo de Cu (CL) de 0,1 μm de espesor, una región catolítica con varios espesores indicados anteriormente y un límite de capa de intercambio catiónico (CEL).

GDL y CL se refieren a capa de difusión de gas y capa de catalizador, respectivamente.

Se utilizaron condiciones de contorno de concentración constante (Dirichlet). Específicamente, se asumió una concentración constante de 37,8 mM de CO2 dentro de la capa de GDL, ya que esta región está en contacto directo con el flujo de CO2 de entrada y, por lo tanto, se supone que está en equilibrio con el CO2 en fase gaseosa sobre esta región para los propósitos de la simulación. El BPM se interpretó como un límite con una concentración de especies constante (1 M H3O+ en la superficie del CEL)18,31, porque se suponía que generaba protones como portador de carga iónica dominante a una velocidad constante bajo una densidad de corriente constante (200 mA cm −2).

En la simulación COMSOL se emplea una malla controlada por el usuario. El tipo de malla de borde se utiliza para GDL, CL y católitos, respectivamente. Específicamente, la distribución de malla está predefinida con un intervalo de 500 nm para GDL y católitos, y un intervalo de 5 nm para CL.

En esta simulación se consideraron cinco reacciones de electrodos diferentes en la capa de catalizador catódico. Específicamente, la reacción de desprendimiento de hidrógeno y las reacciones de reducción de CO2 a CO, CH4, C2H4 y C2H5OH ocurrieron en la capa de catalizador catódico. En SC-BPMEA, la capa de catalizador se sumerge en un catolito. Por lo tanto, la simulación no considera ningún transporte en fase gaseosa en la capa de catalizador. En la región del catolito se consideraron las reacciones de equilibrio de carbonato, las correspondientes reacciones de tampón catolítico y una reacción de disociación del agua. Las velocidades de reacción electroquímica de los productos específicos se determinaron a partir de resultados experimentales. Se calculan de la misma manera que en trabajos anteriores17.

Las reacciones electroquímicas en la capa catódica del catalizador:

Las velocidades de reacción electroquímica heterogénea están determinadas por las siguientes ecuaciones:

Donde Ii representa la densidad de corriente parcial para CO, CH4, C2H4 y C2H5OH que se produjo en la capa de catalizador catódico, respectivamente. ni representa el número de electrones transferidos por mol de reactivo. F representa la constante de Faraday. Itotal representa la densidad de corriente total. Los FE para el producto específico están determinados por los resultados experimentales que se muestran en la Fig. 3e. ε representa el valor de porosidad del catalizador. Lcatalyst representa la longitud del catalizador del cátodo.

Las reacciones químicas en la región del católito y las constantes de velocidad kf directas y las constantes de velocidad kr inversas correspondientes tomadas de la literatura32 (consulte la Tabla complementaria 3).

Se utilizó el modelo físico de Transporte de Especies Diluidas. El conjunto de ecuaciones de Nernst-Planck gobernaba la difusión de especies y se calcularon de la misma manera que en trabajos anteriores13,14. La migración se ignoró por simplicidad ya que los experimentos se realizaron en el electrolito concentrado. Por tanto, el transporte de especies de iones se calcula resolviendo las dos ecuaciones siguientes.

Donde Ji es el flujo molar y ri representa las reacciones de electrodos heterogéneos para la reducción de CO2 que se modelaron en la capa de catalizador catódico. Ri representa las velocidades de las reacciones homogéneas indicadas anteriormente. El modelo de Millington y Quirk se utiliza para determinar la difusividad efectiva, Di. εp representa el coeficiente de porosidad. τF,i representa el coeficiente de tortuosidad.

Se usó un valor de porosidad de 0,6 para el catalizador catódico y un valor de porosidad de 1 para la región catolítica. Los coeficientes de difusión de especies se enumeran en la Tabla complementaria 433,34,35,36.

Se aplican la ley de Henry y conjuntos de ecuaciones de Sechenov para calcular la concentración de CO2. La concentración de CO2 en los electrolitos depende de la temperatura y la presión. Se estima de la misma manera que trabajos anteriores13,14. Los coeficientes de Sechenov se enumeran en la tabla complementaria 537.

Evaluamos los consumos de energía para la electricidad del electrolizador, la separación catódica y la separación anódica en el contexto del etileno. Consideramos los sistemas de CO2RR de última generación de la literatura, incluidos electrolizadores de celda de flujo alcalino, electrolizadores MEA neutros, celdas de flujo ácido y MEA. Esta consideración se basa en las métricas de rendimiento, que incluyen selectividad, productividad y voltaje de celda completa; la combinación se refleja como intensidad energética de la producción de productos con múltiples carbonos (es decir, etileno). La proximidad de estas métricas de rendimiento ayudará a refinar el efecto de la separación anódica y catódica sobre el requerimiento de energía para producir etileno. Resumimos los parámetros de entrada al modelo para todos los sistemas. El modelo de evaluación energética, así como los supuestos, se basan en el trabajo anterior5. Idealmente, será interesante utilizar datos experimentales/de modelado correspondientes a la composición exacta del gas del dispositivo de CO2 a C2+. Sin embargo, en la actualidad existe un vacío en la literatura publicada. Por lo tanto, empleamos uno de los modelos más utilizados38 (es decir, mejoramiento de biogás) como la mejor aproximación para evaluar el costo de energía asociado con la separación del gas catódico. Los detalles de los cálculos para la regeneración de carbono (para celda de flujo alcalino) y la separación catódica (para todos los electrolizadores) se pueden encontrar en trabajos anteriores26. La separación anódica (para electrolizador MEA neutro) se modela basándose en un disolvente de captura alcalino39. La cantidad de CO2 que pasa al ánodo se calcula por cada tonelada de etileno producida. La energía necesaria para separar la mezcla CO2/O2 se calcula basándose en un informe reciente de Carbon Engineering40, en el que se informa que se necesitan 5,25 GJ/tonelada de CO2 de energía térmica y 77 kWh/tonelada de CO2 para capturar CO2 y liberarlo a 1 bar. Este consumo de energía es un valor típico del proceso de captura alcalina39. Para los electrolizadores de celda de flujo ácido y MEA, no asumimos ningún costo de energía asociado con la separación anódica considerando que no hay disponibilidad de CO2 en la corriente de gas anódico13.

Todos los datos generados en este estudio se proporcionan en la Información complementaria y en el archivo de datos fuente. Los datos originales se proporcionan con este documento.

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Los autores reconocen al Centro de Ontario para la Caracterización de Materiales Avanzados (OCCAM) por sus instalaciones de preparación y caracterización de muestras. Este trabajo recibió apoyo financiero de TOTAL SE, Fondo No. 508641. RKM agradece a NSERC, Hatch y al Gobierno de Ontario por su apoyo a través de becas de posgrado. DS reconoce la beca NSERC EWR Steacie Memorial. SWB agradece la financiación para el trabajo de la membrana bipolar de la Oficina de Investigación Naval de EE. UU., subvención número N00014-20-1-2517.

Estos autores contribuyeron igualmente: Ke Xie, Rui Kai Miao.

Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, Universidad de Toronto, 10 King's College Road, Toronto, ON, M5S 3G4, Canadá

Ke Xie, Zhu Chen, Jianan Erick Huang, Geonhui Lee y Edward H. Sargent

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EHS y DS supervisaron el proyecto. KX presentó el concepto, fabricó la membrana con el asesoramiento de QX y SWB, realizó mediciones electroquímicas y escribió el manuscrito. RKM realizó mediciones de utilización de CO2, asesoró en el diseño de electrolizadores y contribuyó a la edición del manuscrito. AO preparó electrodos, asesoró en el diseño del electrolizador y contribuyó a la edición del manuscrito. SL realizó el modelado físico unidimensional. JEH, CMG, QS, CTD, ZC, GL, JPECO y SWB contribuyeron a las discusiones y edición del manuscrito.

Correspondencia a David Sinton o Edward H. Sargent.

KX, RKM, DS y EHS han presentado una solicitud de patente provisional: US 63/201,675 sobre la estructura SC-BPMEA que se describe aquí. Los demás autores no declaran tener intereses en conflicto.

Nature Communications agradece a José Solla-Gullón y a los demás revisores anónimos por su contribución a la revisión por pares de este trabajo.

Nota del editor Springer Nature se mantiene neutral con respecto a reclamos jurisdiccionales en mapas publicados y afiliaciones institucionales.

Acceso Abierto Este artículo está bajo una Licencia Internacional Creative Commons Attribution 4.0, que permite el uso, compartir, adaptación, distribución y reproducción en cualquier medio o formato, siempre y cuando se dé el crédito apropiado a los autores originales y a la fuente. proporcione un enlace a la licencia Creative Commons e indique si se realizaron cambios. Las imágenes u otro material de terceros en este artículo están incluidos en la licencia Creative Commons del artículo, a menos que se indique lo contrario en una línea de crédito al material. Si el material no está incluido en la licencia Creative Commons del artículo y su uso previsto no está permitido por la normativa legal o excede el uso permitido, deberá obtener permiso directamente del titular de los derechos de autor. Para ver una copia de esta licencia, visite http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/.

Reimpresiones y permisos

Xie, K., Miao, RK, Ozden, A. et al. Los electrolizadores de membrana bipolares permiten una alta electrorreducción de CO2 en un solo paso a productos multicarbono. Nat Comuna 13, 3609 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-31295-3

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Recibido: 14 de marzo de 2022

Aceptado: 10 de junio de 2022

Publicado: 24 de junio de 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-022-31295-3

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