이산화물

Dioxide Materials
이산화물
유형사설
산업화학공업
장르.탄소 포집 및 저장, 이온 교환막
설립됨2009년 9월 9일; 12년 전(2009-09-09) 미국 일리노이 주 샴페인에서
본부
플로리다 보카 라톤
,
미국
상품들지속성 알칼리성 아이오노머와 알칼리성 이온교환막, 이산화탄소 및 수전해체
웹사이트dioxidematerials.com

이산화 물질은 2009년 일리노이 주 챔파잉에서 설립됐으며 현재 플로리다 주 보카 라톤에 본사를 두고 있다. 세계 탄소 발자국을 낮추는 기술을 개발하는 것이 주력 사업이다. 이산화물소재는 이산화탄소, 물, 재생에너지를 탄소중립 가솔린(휘발유)이나 제트연료로 전환하는 기술을 개발하고 있다. 적용 분야에는 CO2 재활용,[1] 지속 가능한 연료 생산 및 재생 에너지[2][3](그리드로는[2] 사용할 수 없는 재생 에너지)의 감축이 포함된다.

이산화탄소 전해저 기술

이산화탄소 전해질은 이산화물 사업의 주요 부분이다.[4] 이 작업은 이산화탄소의 전기화학적 감소를 위한 더 나은 촉매들을 찾기 위한 에너지부의 도전과제에 대응하여 시작되었다.[5] 당시 과전위(즉, 낭비된 전압)는 너무 높았고, 실제 적용하기에는 속도가 너무 낮았다.[5][6] 이산화물 작업자들은 금속과 이온성 액체로 구성된 분기 촉매가 이산화탄소의 전기화학적 감소를 위한 과전위를 낮출 수 있다고 이론화했다. 실제로 1-에틸-3-메틸리미다졸륨(EMIM-BF4)과 물의 동일한 부피가 포함된 2개의 촉매와 이온성 액체 용액의 조합으로 CO 전환의2 과전위를 약 1볼트에서 0.17볼트로 줄인 것으로 나타났다.[7] 다른 실험실의 근로자들은 그 결과 여러 개의 이온성 액체와 함께 많은 금속들에 대한 연구 결과를 재현했다.[8] 이산화물 물질은 알칼리성 수분 전기분해와[9][10] 아세틸렌의 하이드로카르복실화("리페 화학") 중에 유사한 강화가 발생하는 것으로 나타났다.

EMIM 존재(녹색) 및 부재(검은색)에서 은에 대한 CO2 전기분해를 위한 이산화물 재료의 반응 경로 제안

이 시점에서 이미다졸륨이 어떻게 이산화탄소의 전기화학적 감소를 위한 과전위를 낮출 수 있는지에 대해서는 아직 의문이 남는다. CO의2 전기분해에서 첫 번째 단계는 CO나22 CO를 포함하는 분자 복합체에 전자를 첨가하는 것이다. 그 결과 종은 왼쪽 그림에서 CO2'라고 표기되어 있다. 이온성 액체가 없을 때 종을 형성하기 위해서는 분자당 적어도 전자 볼트의 에너지가 필요하다.[12] 그 에너지의 전자 볼트는 반응하는 동안 대부분 낭비된다. 로젠은[7] 1eV의 에너지가 낭비되지 않도록 이온성 액체 앞에서 새로운 복합체가 형성된다고 가정했다. 이 단지는 반동이 오른쪽 그림의 녹색 통로를 따라갈 수 있도록 한다. 최근의 연구는 새로운 콤플렉스가 zwitterion이라는[13] 것을 시사한다. 다른 가능한 경로(즉, 비 zwitterion)는 Keith 외 연구진에서 논의된다.[14] 로젠 al.[15] Verdaguer-Casadevall 등 및 Si [16]등.[17]

지속막

유지 37의 구조

안타깝게도, 이온성 액체는 너무 부식성이 강하여 실용적인 이산화탄소 전해액에 사용할 수 없는 것으로 밝혀졌다. 이온성 액체는 강한 용매다. 그들은 밀봉, 탄소 전극 및 기타 부품들을 상업용 전해액에 용해/부식시킨다. 결과적으로, 그것들은 실제로 사용되기 어려웠다.

이산화물 물질은 부식을 피하기 위해 이온 액체 촉매에서 촉매 음이온 교환 고분자로 전환했다.[18][19] 다수의 폴리머를 시험해 보았는데 오른쪽 그림에 나타난 이미다졸륨 기능화 스티렌 폴리머가 최상의 성능을 보였다.[18][20] 그 막들은 지속성이라고 쓰여져 있었다. 지속성 막의 사용은2 CO 전해액의 전류와 수명을 상업적으로 유용한 범위로 증가시켰다.[21][22][23][24][25] 지속성 막은 60 °C의 알칼리 조건에서 100 mS/cm 이상의 전도성을 보이며,[10] 1 M KOH에서 수천 시간 동안 안정성을 유지하며,[10] 많은 다양한 용도에 유용한 물리적 기계적 안정성을 제공한다. 그 막은 높은 전류 밀도의 CO2 전해액에서 3000시간 이상의 수명을 보였다.[26][10]

참조

  1. ^ a b ARPA-E 개요: CO를2 연료 및 화학 물질로 전환
  2. ^ a b 로리버드, 자켈린 코크란, 시왕, 풍력 및 태양에너지 절감: 미국의 경험과 실천, NREL 보고서 NREL/TP-6A20-60983, 2014년 3월
  3. ^ ARPA-E 개요: 고효율 수소 생산
  4. ^ 이산화물 웹사이트
  5. ^ a b A. 벨 외 기본 연구에는 에너지 촉매가 필요하다. DOE PNNL-17214
  6. ^ Halmann과 Steinberg, "온실 가스 이산화탄소 경감", Lewis Publishers, 1999. ISBN1-56670-284-4
  7. ^ a b 브라이언 A. 로젠, 아민 살레히-호진, 마이클 R. Thorson, W. Zhu, Devin T. 휘플, Paul J. A. Kenis, Richard I Masel * , Low Overpotentials에서 CO로 CO의2 이온성 액체 매개 선택적 전환, Science Vol. 334 No. 643-644(2011) doi:10.1126/과학.1209786.
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  9. ^ R. I. 마젤, Z. 류, 및 S. D. 아니온 교환막 전해액 2 V 이하, ECS 거래, 75 (14) 1143-1146 (2016) doi:10.1149/07514.114.11443ecst
  10. ^ a b c d 쩡차이 류, 시드 다와르 사자드, 옌 가오, 홍저우양. 제리 J. Kaczur. 리처드 1세마셀, 알칼리성 물 전해액에 대한 막의 영향, 수소 에너지 국제 저널 42(50), 29661-29665(2017) 도이:10.1016/j.ijhydene.2017.10.050
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  12. ^ 화학적 관점 (Elsevier) 적은 에너지로 CO를2 변환하는 방법
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  20. ^ 로버트 브라이언 쿠츠, 칭메이 첸, 홍저우 양, 시이드 다와르 사자드, 쩡카이 류, 리차드 마셀, 지속가능이온 이미다졸륨의 이산화탄소 전기분해를 위한 폴리머, 에너지 기술 5, (6) 929-936 (2017) 도이: 10.1002/ente.201600636
  21. ^ R.F. 서비스, 이산화탄소를 연료 과학으로 바꾸는 두 가지 새로운 방법, 2017년 9월 1일
  22. ^ Steven K Ritter, CO2 Deliverzer Nears Commercialization, C&E News, Volume 93 Pap. 30. 2015년 3월 30일.
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  24. ^ 사비: 이산화탄소를 뉴 해커스 타임즈 2017년 12월 3일 상품으로 전환.
  25. ^ Michael Foertsch, 이 방법들은 CO2를 값싼 에너지로 바꾼다, Wired, 2017년 9월 24일.
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