二氧化碳还原流动电池，加上可再生能源，是减少人为二氧化碳排放的一种有希望的方法，通过二氧化碳还原来产生有用的碳燃料。然而，由于气体逸出而产生的不稳定的质量输运过电位阻碍了高电流密度运行(>200 mA cm^-2)，从而阻碍了大规模的商业化。

有鉴于此，加拿大多伦多大学Aimy Bazylak等人，利用operando成像来评估由碱性流动电池中气相积累引起的阴极性能不稳定性。在这种电池结构中，气体只会在流动电池的阴极GDE处聚集。亚秒级同步加速器X射线照相术来可视化阴极GDE处的气态积累，并将成像数据与电化学数据实时耦合，以阐明气液边界对阴极过电位的机理行为。

本文要点

1）通过同步恒电流操作和亚秒级X射线同步加速器成像，确定了工作流动电池中电解质层气体含量和阴极电位之间的实时相关性，其中气体积聚直接对应于阴极过电位的增加，气体排出则对应于阴极过电位的降低。

2）具体来说，在125 mA cm^-2时，阴极气体扩散电极(GDE)和电解质层界面附近的气体体积减少5%，阴极过电位降低12%。此外，在高电流密度(>175 mA cm^-2)下，由于更频繁的气体去除，气体饱和度变得更稳定，从而稳定电池性能。

3）研究结果表明，增强电解质层的气体去除可以最大限度地降低阴极电位的不稳定性，并使碱性流动电池中用于二氧化碳还原的电流密度运行大于200 mA cm^-2。

参考文献：

Kevin Krause et al. Unstable Cathode Potential in Alkaline Flow Cells for CO₂ Electroreduction Driven by Gas Evolution. ACS Sustainable Chem. Eng., 2021.

DOI: 10.1021/acssuschemeng.0c08993

https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.0c08993