Um eletrolisador de dióxido de carbono em escala laboratorial (esquerda) e uma representação esquemática do mesmo (meio). Essa tecnologia pode ser usada para transformar dióxido de carbono em produtos valiosos, como combustível e plásticos (à direita). Crédito: Catálise química (2025). Doi: 10.1016/j.checat.2025.101497
A manutenção da independência energética americana exige minimizar a dependência de países estrangeiros para produzir produtos químicos e combustíveis de commodities. O uso de eletrolisadores de dióxido de carbono para produzir precursores químicos valiosos, como o etileno, fornece uma maneira de diversificar matérias -primas domésticas. Mas, até agora, esses dispositivos foram limitados por sua baixa eficiência, o que os torna intensivos em energia e caro.
Em um novo estudo, publicado em Catálise químicaPesquisadores do Laboratório Nacional de Lawrence Livermore (LLNL) projetaram uma nova tinta de polímero, chamada ionômero, que controla como o gás e a água se movem em dispositivos eletroquímicos. Ao equilibrar e direcionar cuidadosamente a química do dispositivo, o ionômero melhora a eficiência energética do processo de conversão.
“Adicionar o ionômero certo reduziu a tensão geral necessária para executar o dispositivo”, disse o cientista e autor da LLNL Aditya Prajapati. “Isso significa que o dispositivo requer menos uso de eletricidade para fazer a mesma quantidade de produto”.
O ionômero é uma parte pequena, mas essential, do dispositivo eletroquímico.
“Nosso dispositivo é do tamanho de um sanduíche, com várias camadas finas empilhadas.
Dentro do dispositivo, dióxido de carbono Encontra uma camada de catalisador de cobre que desencadeia uma reação para transformá -la em etileno, um bloco de construção para plásticos. O ionômero foi pulverizado como um revestimento nessa camada de cobre.
“Você pode pensar no ionômero como um controlador de tráfego para moléculas: controla a química da superfície do catalisador e garante que a quantidade certa de água e dióxido de carbono chegue ao catalisador”, disse o cientista e autor Maxwell Goldman. “Sem ele, muita água pode inundar o dispositivo, ou pouco pode morrer de fome a reação”.
O ionômero mantém a reação equilibrada, que reduz a energia necessária para criar produtos valiosos como o etileno.
Para criar esse importante controlador de tráfego, a equipe anexou cuidadosamente produtos químicos a uma espinha dorsal de polímero estável. Eles testaram o dispositivo com e sem o ionômero e exploraram vários ionômeros com diferentes captações de água.
“Descobrimos que a quantidade de água que o ionômero possui – o ‘teor de água– É uma alavanca poderosa que controla a quantidade de etileno produzido “, disse o cientista e autor LLNL Chris Hahn.” Little Little Ionômer e o dispositivo inunda; Muito e desperdiça energia. Encontrar o equilíbrio certo nos permitiu executar o dispositivo em alto desempenho e baixa tensão. “
Os pesquisadores enfatizaram que o desempenho aprimorado do dispositivo e a profunda compreensão do ionômero foram possíveis, combinando a química de polímeros, experimentos e modelagem multifísica. Eles esperam que este trabalho guie o design da próxima geração de polímeros em dispositivos eletroquímicos.
Mais informações:
Maxwell Goldman et al, projetando ionômeros para controlar o teor de água para a produção de etileno de baixa tensão a partir de eletrólise de CO2, Catálise química (2025). Doi: 10.1016/j.checat.2025.101497
Fornecido por
Laboratório Nacional Lawrence Livermore
Citação: Polymer tinta Fluxo de água Tremendous-Tunes, aumentando o rendimento de etileno e os custos de energia (2025, 4 de setembro) recuperados em 4 de setembro de 2025 de https://phys.org/information/2025-09-polymer-ink-fine-tunes-boost.html
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