​研究证明通过3D打印可提高电化学反应器性能

劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的科学家及其合作者正在利用3D打印的力量将二氧化碳转化为有用能源、化学品和材料原料的电化学反应器。

根据与斯坦福大学和石油和天然气公司Total American Services 的合作研发协议（CRADA），LLNL研究人员及其团队首次证明了3D打印可用于快速增强CO2的电化学反应器转化，提高效率，同时拓宽对反应的基本理解。

在能源与环境科学杂志发表的一篇论文中，研究团队证明，通过3D打印反应器组件，他们可以通过“蒸汽供给”电化学系统生产更高产率的理想燃料和原料，如乙醇和乙烯，并加速这一过程建造最先进的反应堆的时间从数周到数天或数小时。

研究人员解释说，虽然过去几十年对电化学反应器的大部分研究都集中在电化学反应中涉及的催化剂和材料上，但反应器组件在很大程度上被忽视了。根据联合首席研究员和LLNL研究工程师Eric Duoss的说法，LLNL团队决定使用3D打印来探索催化剂周围的环境，以找到更好的控制方法。

在LLNL使用投影微立体光刻技术和其他基于光化学的3D打印工艺，该团队为反应器设计和打印了新的外壳，并快速迭代以优化设计的几何形状，从而改善了将反应物输送到反应物和从中去除产品的整体质量传输催化剂环境。反应堆被送到斯坦福大学，两个机构的团队在那里对他们的表现进行了基准测试。

在中性条件下，该团队能够实现高乙烯产量（3.67%）和创纪录水平的乙醇（3.66%）。

研究人员表示，3D打印的反应器小到可以放在手掌中，最终可以堆叠起来以创建一个冰箱大小的电解槽系统，并有可能成为一种具有破坏性的商业化技术。与许多使用化石衍生反应物的传统化学工艺相比，这种CO2电解槽系统将具有显著减少的碳足迹（或者甚至可能是一种负排放技术）。研究人员补充说，CO2电解槽还可以作为未来材料和燃料的可靠来源。

LLNL研究人员表示，除了证明3D打印可以有效地用于建造减少CO2的反应器之外，该论文还提供了一个机会，可以引入一种“范式转换”方法来设计未来的反应器并重新思考化学反应是如何进行的。

负责LLNL工程材料与制造中心的Duoss表示，该团队正在与斯坦福大学和Total American Services继续在CRADA下开展工作，以进一步提高性能，通过计算机建模优化设计并探索延长反应堆的使用寿命。他们希望与行业合作并3D打印其他反应器组件，例如电极，以提高最先进的性能并扩大技术规模。

“我们已经展示了CO2反应器演示，但潜在影响远不止于此，这种方法将加速科学发现和技术部署，并在某个时候看到这些技术商业化。我们的气候和碳挑战是巨大的，它们需要这些创造性和破坏性的解决方案，因为我们根本没有时间等待。”Duoss 说。