将膜电极组件（MEA）中电化学CO2还原反应（ECO2RR）速率的提高，有助于该技术的应用，但同时暴露了新的缺点。其中包括CO2的最大利用率，由于竞争性均相反应，CO2的利用率上限为50%（CO为目标产物）。具有双极膜的MEA（BPMEA）可以防止寄生CO2损失，但其前景因CO2活性和选择性差而受到影响。
基于此，荷兰代尔夫特理工大学Thomas Burdyny（通讯作者）等人报道了一种通过提高催化剂表面的碱性阳离子（K+）浓度，使BPMEA系统的CO2还原选择性提高了3倍，共法拉第效率（FE）达到68%。
在本文中，作者首先利用BPMs中传统上不需要的离子交叉来增加BPMEA配置中阴极处的阳离子浓度。从阳极液到阴极的阳离子的大浓度梯度使K+离子扩散到阴极表面，由于阳极液浓度增加，ECO2RR选择性提高了3倍。
然后，作者比较了BPMEA和采用阴离子交换膜（AEM）的MEA系统（AEMEA）中CO2转化为CO和CO2损失到电解质中的情况。结果表明，在高碱性环境中，BPMEA电池中的CO2损失约为AEMEA电池中的5倍。随着法拉第效率的提高，BPMEA系统的CO2利用效率将提高2倍。
在反向偏压下运行的BPM内，通过膜传输的电流是双向的，而不是单向或者CEM和AEM的情况，因为产生了H+和OH–，以传输相当于系统电流密度的电荷。
虽然理想的操作效果是H+/OH–传输，但作者注意到离子交叉是BPM的一个重要特性，并且通常将其描述为一种不必要的效果，尤其是在低电流密度下。该工作提供了一种阳离子和BPM相结合的策略，用于克服CO2电解槽中的CO2利用问题。
Cation-Driven Increases of CO2 Utilization in a Bipolar Membrane Electrode Assembly for CO2 Electrolysis. ACS Energy Lett., 2021, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02058.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c02058.
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