与传统的 H 型池相比，使用定制电化学流通池的主要动机是克服严重的传质限制。 H 型池依赖于将二氧化碳溶解到液体电解质中，而流通池则构建了一个紧凑的气/固/液三相界面。这种设计使得气体和催化剂能够直接接触，绕过了溶解度限制，并实现了高达 400 mA cm⁻² 的工业级电流密度。
核心要点 传统 H 型池受二氧化碳在液体中溶解度低的限制，这成为反应速率的瓶颈。流通池通过将气体直接输送到催化剂表面来消除这一障碍，使其成为测试高性能、与商业相关的应用的关键选择。
H 型池的物理限制
要理解流通池的必要性，首先必须了解传统设计中固有的瓶颈。
溶解度陷阱
H 型池通常依赖于将二氧化碳通入电解质中以达到饱和。
由于二氧化碳在水溶液中的溶解度低，可供催化剂使用的燃料量受到严格限制。
传质受限
在 H 池中，反应物必须通过液体扩散才能到达电极表面。
在高反应速率下，催化剂消耗二氧化碳的速度比其通过液体扩散的速度更快。这种“饥饿”现象会阻止系统达到高电流密度。
流通池的优势
定制流通池的设计专门用于克服扩散屏障。
三相界面
流通池的关键创新在于构建了气/固/液界面。
该设计不是等待气体溶解在液体中，而是使二氧化碳气体、固体催化剂和液体电解质同时直接接触。
工业级性能
通过消除扩散路径，流通池确保催化剂能够持续获得反应物供应。
这使得系统能够以高达 400 mA cm⁻² 的电流密度运行，这是 H 型池无法支持的工业规模化所必需的范围。
理解权衡
虽然流通池在性能测试方面更优越，但 H 型池在特定的分析需求方面仍然具有价值。选择适合您正在测量的特定指标的工具非常重要。
何时使用 H 型池
H 型池利用质子交换膜和高气密性腔室来分离阳极和阴极。
这可以防止还原产物（如醇类）迁移到阳极并被重新氧化。因此，H 型池在基础的低电流研究中，对于精确量化分析产物选择性和法拉第效率仍然非常有效。
性能的代价
流通池在原始速率和吞吐量方面优于 H 池的独立精度。
转向流通池会增加系统设计的复杂性，但在从基础机理研究转向实际应用测试时，这是一个不可或缺的步骤。
为您的目标做出正确选择
根据您的研究项目的具体成熟度和目标来选择您的电池架构：
- 如果您的主要重点是工业可行性：使用流通池来证明您的催化剂可以在没有传质限制的情况下维持高电流密度（例如，400 mA cm⁻²）。
- 如果您的主要重点是内在选择性：使用H 型池在产品交叉最小化的稳定、封闭的环境中精确计算法拉第效率和产物比例。
最终，使用 H 池来了解催化剂制造出什么，使用流通池来证明它能以多快的速度制造出来。
总结表：
| 特征 | H 型池 | 电化学流通池 |
|---|---|---|
| 界面类型 | 液体/固体（溶解气体） | 气/固/液（三相） |
| 传质 | 受 CO2 溶解度限制 | 高（直接供气） |
| 电流密度 | 低（< 50 mA cm⁻²） | 工业级（高达 400 mA cm⁻²） |
| 主要用途 | 基础选择性与 FE 分析 | 工业可行性与速率测试 |
| 产物交叉 | 最小化（膜分离） | 管理复杂度较高 |
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参考文献
- Ting Xu, Shun Wang. Microenvironment engineering by targeted delivery of Ag nanoparticles for boosting electrocatalytic CO2 reduction reaction. DOI: 10.1038/s41467-025-56039-x
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