PTFE 在气体扩散电极中的作用是什么？掌握 CO2 电解槽的稳定性

聚四氟乙烯 (PTFE) 在气体扩散电极的支撑层中起着关键疏水剂的作用。其主要作用是调节电极的表面润湿性，防止液体电解质渗透到结构中并堵塞气体传输所需的孔隙。

核心见解：PTFE 在电极中充当“防水”结构师。通过排斥液体电解质，它可防止淹水，并为二氧化碳到达催化剂保留开放通道，这是系统长期稳定性的必要条件。

润湿性调节机制

创建疏水屏障

在此背景下，PTFE 的基本功能是作为疏水（排斥水）剂。

当将其引入支撑层时，它会改变电极的表面性质。这种改变会积极抵抗液体电解质的侵入。

建立气体通道

通过排斥液体，PTFE 可确保存在稳定的疏水通道。

这些干燥的通道对于电解槽的运行至关重要。它们允许气态二氧化碳顺利通过支撑层到达催化剂层，而不会受到阻碍。

防止系统故障

避免电极淹水

如果没有 PTFE 提供的调节，系统很容易发生称为电极淹水的现象。

淹水发生在毛细作用将液体电解质吸入气体孔隙时。如果这些孔隙被液体堵塞，反应物气体的供应就会中断，从而停止反应。

保持三相界面

添加 PTFE 的最终目标是维持气-液-固三相界面。

该界面是气体（CO2）、液体（电解质）和固体（催化剂）相遇的特定区域。该连接处的稳定性是电解过程长期成功的决定性因素。

理解权衡：平衡的必要性

失衡的风险

虽然 PTFE 对于防止淹水至关重要，但主要参考资料强调需要保持平衡。

目标不是完全将电极与液体隔离，而是控制液体去向。

长期稳定性与润湿性

如果润湿性调节不当，系统就会失去长期稳定性。

过度的淹水会破坏界面，而失控的气体通道可能会限制与电解质的必要接触。PTFE 提供了保持这种动态平衡随时间稳定的所需调节。

为电解槽成功优化

为确保气体扩散电极有效运行，请考虑以下有关 PTFE 集成的内容：

• 如果您的主要重点是避免故障：确保有足够的 PTFE 来抵消毛细作用并防止立即发生电极淹水。
• 如果您的主要重点是长期运行：优先考虑疏水通道的稳定性，以在较长时间内维持三相界面。

最终，PTFE 是使气体和液体共存而不相互干扰的“守门员”，从而实现持续的电化学性能。

总结表：

特征	PTFE 在 GDE 支撑层中的作用	对电解槽性能的影响
疏水性	作为一种排斥水的试剂	防止电解质侵入和电极淹水
孔隙管理	保持开放的气体通道	确保 CO2 持续输送到催化剂层
界面稳定性	维持三相界面	实现长期的电化学反应稳定性
系统健康	抵抗毛细作用	防止因液体堵塞导致的过早系统故障

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参考文献

1. Sandra Hernandez-Aldave, Enrico Andreoli. Fundamentals of Gas Diffusion Electrodes and Electrolysers for Carbon Dioxide Utilisation: Challenges and Opportunities. DOI: 10.3390/catal10060713

本文还参考了以下技术资料 Kintek Solution 知识库 .