Fueiceel® 三室固态电解质池与电堆

用于 CO₂ 电还原制甲酸的科研级电化学反应平台

随着全球碳中和技术的发展，二氧化碳资源化利用（CO₂ Utilization） 已成为电化学与能源材料领域的重要研究方向。其中，通过电化学方法将 CO₂ 转化为高附加值化学品，如 甲酸（HCOOH），被认为是一种具有巨大潜力的绿色化学路径。

针对 CO₂ 电还原研究对反应器结构的特殊需求，Fueiceel® 三室固态电解质池与电堆系统 被开发为一种高效、模块化的科研级电解平台。该系统通过 三腔体结构与双离子交换膜设计，实现反应物、离子及产物的精准分离，为 CO₂ 电催化研究提供稳定可靠的实验条件。

三室固态电解结构设计

Fueiceel® 三室固态电解池采用典型的 三腔体结构（Three-Chamber Configuration），从阴极到阳极依次为：

阴极室 → 阴离子交换膜（AEM） → 中央反应室 → 阳离子交换膜（CEM） → 阳极室

这一结构设计使反应区与产物区能够有效分离，同时实现不同离子的定向迁移，从而显著提升 CO₂ 电还原过程中的反应效率与产物纯度。

电解池整体采用 层叠式模块结构，包括：

• 流场端板（Flow Field Plates）

• 气体扩散电极（GDE）

• 阴离子交换膜

• 阳离子交换膜

• 中央反应腔室

• 垫片与 O 型圈密封系统

• 机械压紧结构

模块化设计使电解池能够快速拆装，方便更换膜、电极或催化剂材料，非常适合实验室环境中的反复测试与材料筛选。

CO₂ 转化为甲酸的电化学反应机理

在 Fueiceel® 三室固态电解系统中，CO₂ 被电化学还原为甲酸的过程主要包含三个反应区域。

阴极反应：CO₂ 电还原

在阴极侧，湿润的 CO₂ 气体通过 气体扩散电极（GDE） 扩散至催化层，并在电催化剂作用下被还原生成甲酸根离子：

CO₂ + H₂O + 2e⁻ → HCOO⁻ + OH⁻

常用的 CO₂ 还原催化剂包括 Sn、In 或 Bi 基催化材料。
气体扩散电极能够形成稳定的 气-液-固三相反应界面，显著提高 CO₂ 传质效率与反应速率。

阳极反应：水氧化

在阳极侧，去离子水发生氧化反应，生成氧气、质子和电子：

H₂O → ½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻

电子通过外电路返回阴极，形成完整的电化学回路。
常见阳极催化剂包括 IrO₂ 或 RuO₂ 基催化材料。

中央反应区：甲酸生成

在三室结构中，阴极生成的 HCOO⁻ 通过阴离子交换膜进入中央腔室，而阳极生成的 H⁺ 通过阳离子交换膜进入同一腔室。

两种离子在中央腔室中结合生成目标产物：

H⁺ + HCOO⁻ → HCOOH

通过这种方式，可以在中央腔室中获得 高纯度甲酸溶液，同时避免 CO₂、O₂ 等气体对产物造成干扰。

Fueiceel® 三室固态电解池与电堆

为了满足不同规模的科研需求，Fueiceel® 系列提供两种系统形式：

三室固态电解质池（单室系统）

该系统主要用于基础实验研究，包括：

• 催化剂性能评估

• CO₂ 电还原机理研究

• 膜电极结构优化

活性面积可选范围：

1 – 900 cm²

三室固态电解质电堆（多层堆叠系统）

在单室结构基础上，Fueiceel® 提供 电堆化模块设计，可实现多个反应单元的堆叠组合。

电堆系统参数：

• 活性面积：1 – 900 cm²

• 堆叠层数：1 – 20 室

电堆系统适用于：

• 多单元电解实验

• 电解系统规模化验证

• 电化学反应器结构研究

系统设计优势

三室结构实现高效产物分离

通过 阴离子膜 + 阳离子膜的双膜结构，反应区与产物区被有效隔离，避免气体混合和副反应，提高产物纯度。

强化 CO₂ 传质效率

阴极侧采用 气体扩散电极（GDE），构建稳定的三相反应界面，大幅提升 CO₂ 的传质效率。

模块化可拆装结构

所有组件均为独立模块，可快速更换：

• 催化剂电极

• 离子交换膜

• 垫片结构

便于实验参数优化与材料筛选。

灵活的系统扩展能力

Fueiceel® 电解系统支持多种连接方式：

• 串联连接

• 并联连接

• 串并联混合结构

研究人员可根据实验需求灵活调整 电压、电流和反应规模。

典型应用场景

Fueiceel® 三室固态电解系统可广泛应用于：

• CO₂ 电化学还原研究（CO₂RR）

• 甲酸电化学合成

• 电催化剂性能测试

• 膜电极组件开发

• CO₂ 资源化利用技术研究

• 绿色化学与能源材料开发

结语

随着 CO₂ 电化学转化技术的不断发展，高性能反应器结构对于提高反应效率和产物选择性至关重要。

Fueiceel® 三室固态电解质池与电堆系统 通过创新的三腔体结构与模块化设计，为 CO₂ 转化为甲酸提供了一个高效、稳定且可扩展的科研平台，为未来的 CO₂ 资源化利用与绿色化学合成技术 提供了重要的实验工具。