用于连续操作具有气态基质和气体扩散电极的电解池的设备的制作方法

目前，全球约80％的能源需求被化石燃料的燃烧所覆盖。2011年，这种燃烧过程在全球范围内将约34032.7百万吨二氧化碳(co2)排放到大气中。这种排放也是处理大量co2的最简单方法(褐煤发电厂每天超过5万吨)。

关于温室气体co2对气候的不利影响的讨论导致对co2的再利用的考量。在热力学方面，co2处于非常低的水平，因此只是难以再次被还原成可用的产品。

在自然界中，co2通过光合作用被降解成碳水化合物。这个在时间上和于分子层面在空间上被分为很多子步骤的过程很难大规模地(在工业规模)复制。与纯光催化相比，目前更有效的途径是co2的电化学还原。一种混合形式是光辅助电解或电辅助光催化。根据观察者的视角，这两个术语可以同义使用。

与光合作用的情况一样，在该过程中，通过提供由可再生能源如风能或太阳能电能获得的电能(可选地以光辅助方式)将co2转化为更高能量的产物(例如co、ch4、c2h4等)。这种还原所需的能量理想地与燃料的燃烧能量相对应，并且应仅来自可再生资源。然而，可再生能源的过度生产并非是持续可提供的，而是目前仅在伴随强烈的日照和风力的时期才可提供。然而，随着可再生能源的进一步推广，这种状况将在不久的将来进一步加剧。

在电解质水溶液中，固体电极上的co2的电化学还原提供了多种产品可能性，如下表1所示(取自y.hori,electrochemicalco2reductiononmetalelectrodes,发表于：c.vayenas等人(编辑),modernaspectsofelectrochemistry,springer,newyork,2008,第89-189页)。

表1：各种金属电极上的二氧化碳的法拉第效率

在用于co2还原的这种电解池的操作中，已经发现电解质穿过气体扩散电极(gde)并导致电解质在气体空间中积聚。在流通(flow-through)操作和流经(flow-by)操作中，电解质都由于气流而失去溶剂，特别地水，由此在气体空间中并且特别不利地在gde本身中出现盐沉积。这些导致选择性的丧失并最终导致电极或电解器的失效。

在de102012204041a1例如第[0007]、[0008]、[0041]和[0059]段中，或de102013011298a1中描述了“耗氧阴极(sauerstoffverzehrkathode)”的操作模式。其中还描述了电解质穿过gde。

在de102012204041a1中另外描述了gde的孔的堵塞。

在此，盐沉积的现象对于将一种气态基质在气体扩散电极上又转化为多种气态基质的电解器来说特别地突出。

因此需要一种方法和设备，通过该方法和设备可减少或消除由电解质穿过而引起的这些问题。

本申请的发明人已经发现了一种操作模式，其中盐迁移以使得电解池仍然稳定运行的方式进行。更具体地，尽管穿过电极，但仍可避免电解质的盐析，并且可长期地获得良好的电解性能。

根据第一方面，本发明涉及用于连续操作具有气态基质的电解池的方法，其中通过电解质进料装置将电解质供给电解池，并且从电解池进入气体空间中的电解质流通过气体扩散电极发生，从进入气体空间中的电解质流中将电解质收集在气体空间中的收集区域中，并且将收集的电解质从所述气体空间吸出，其中通过气体空间和电解质进料装置之间的连接部进行所述吸出。

在另一方面，本发明还涉及用于连续操作具有气态基质的电解池的设备，包括：

电解池，包括：

阳极，

阴极，

其中阳极和阴极中的至少一个采用气体扩散电极的形式，和

池空间，设计成填充有电解质并且阳极和阴极至少部分地引入其中；

用于电解质的进料装置，设计用于向池空间供给电解质；

气体空间，设计用于向气体扩散电极供给气态基质，其中该气体空间设置在气体扩散电极的远离所述池空间的一侧；

用于所述气态基质的进料装置，设计用于向气体空间供给气态基质；

气体空间中的收集区域，设计用于收集所述气体空间中的电解质；和

气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部，设计用于从所述气体空间中移除已收集在气体空间中的收集区域中的电解质。

在本发明的其他方面从属权利要求和详细描述中获取。

附图旨在说明本发明的实施方式并且进一步理解本发明。结合说明书，它们用于解释本发明的构思和原理。参考附图，其他实施方式和许多所提及的优点是显而易见的。

附图的元件不一定相对于彼此按比例地示出。除非另有说明，否则相同的、功能相同的并且效果相同的元件、特征和部件(组件)在附图中分别设有相同的附图标记。

图1至5示意性地示出了根据本发明的实施方式的电解池的可能构造(结构)的示例性图式。

图6示意性地示出了用于co2还原的电解设备的配置，但没有根据本发明的电解质进料装置和气体扩散电极之间的连接部的配置。

图7示意性地示出了用于co2还原的具有气体扩散电极的电解设备的配置。

图8示意性地示出了文丘里喷嘴的结构。

在图9至13中示意性地示出的是用于调节从具有气体扩散电极和电解质通道(elektrolytdurchtritt)的设备的气体空间中的收集区域吸出电解质的各种实施例。

在第一方面，本发明涉及连续操作具有气态基质的电解池的方法，其中，

通过电解质进料装置将电解质供给电解池，并且

从电解池进入气体空间中的电解质流通过气体扩散电极进行，从进入气体空间中的电解质流、特别地不需要的电解质流中将电解质收集在气体空间的收集区域中，并且将收集的电解质从所述气体空间吸出，其中通过气体空间和电解质进料装置之间的连接部进行所述吸出。特别地根据具体的实施方式，电解质流是不可避免的。

所述方法适用于所有具有气态基质和特别地气体扩散电极的电解池，但优选地用于co2或co的电解，例如电解成co或烃。因此，具体地结合将co2电解成co或烃来进行描述，但是如上所述并不限于此。对于二氧化碳电解，在此根据特定的实施方式可使用气体扩散电极作为阴极，所述阴极包括贵金属如银或金，例如银，和/或铜(例如用于co2还原中的烃的形成)或者由这些形成。如果提供耗氧电极作为气体扩散电极，则其可例如由银形成或至少包括银。

作为气态基质通常可使用可用于电解的任何气态基质，例如二氧化碳、一氧化碳、氧气等，例如二氧化碳或一氧化碳。该方法中的电解质同样没有特别限制，并且可包括例如通常用于电解的那些。根据具体的实施方式，电解质包含水，即水性电解质，导电盐可在其中溶解。作为盐可例如考虑具有碱金属阳离子如na⁺、k⁺等以及具有合适的阴离子，例如卤素阴离子如cl^-、br^-等、硫酸根和/或磺酸根离子、碳酸根和/或碳酸氢根离子等，和/或其混合物的那些，其中还可另外或替代地使用离子液体，任选地也可以溶液的形式使用。

气体扩散电极应理解为如下的电极：气态基质穿过该电极被引入到电解池中。就其结构而言，该气体扩散电极没有特别限制，并且特别地被设计成多孔的。在此，根据特定的实施方式，通过适当调节气体扩散电极(gde)中的亲水性和/或疏水性，还可调节从电解池(电解质被引入其中并且电解在其中进行)到气体空间(气态基质通过该气体空间进料)的电解质流。因此，例如，在本发明的方法中，也可在本发明的设备中通过调节其疏水性/亲水性来制备气体扩散电极，使得一定的电解质流能够穿过该气体扩散电极。在此，所述调节可以合适的方式进行，并且没有特别限制。

由于电解质穿过或流过气体扩散电极，在先前已知的方法中可在气体扩散电极上发生盐形成或盐沉淀的过程。为了更好地理解本发明，下面通过示例性地参考其中可采用本发明的方法或本发明的装置的各种方法详述该现象。

应注意的是，电解质的回流可同时用于消除或避免gde中的盐沉积。

在此可以各种不同的操作模式发生盐沉淀现象。

例如，在使用耗氧电极进行氯碱电解的情况下，可描述如下：

根据现有技术，在氯碱电解中，向阳极电解质空间连续地供应作为水溶液的氯化钠。在阳极处，氯离子(cl^-)被氧化成氯气(cl2)，其离开电解池。

2cl^-→cl2+2e^-(电荷中性)

释放的电子通过施加的电源输送到阴极。为了获得整个系统的电中性，由膜产生对应的相同数量的阳离子流。

在阴极处，在常规的膜过程中水被还原。

h2o+2e^-→h2+2oh^-(电荷中性)

负电荷可通过阳离子补偿，在此例如na⁺，即，在阴极处产生的oh^-离子可例如作为氢氧化钠溶液连续地离开阴极室。

在使用耗氧阴极作为气体扩散电极的情况下，不形成氢，而是形成水。在此，水形成焓可降低必要的系统电压(电势)，从而消耗更少的能量。

h2o+1/2o2+2e^-→h2o+2oh^-(电荷中性)

氯碱电解中的耗氧阴极由例如银形成，其也可用于将co2还原成co。

为了电荷平衡，阳离子例如na⁺离子在阴极室方向上移动，并且其必须以碳酸氢钠的形式从电解质中连续地移除。

在此，例如与氧气的一种可能的阳极反应如下：

h2o→o2+2h⁺+2e^-

在电解中可连续地操作，例如，当还在电解池外部连续地混合阴极电解质和阳极电解质以平衡ph时。但是，这是费时费力的。然而，在本发明的方法中，也可在电解池外部进行阳极电解质和阴极电解质的连续混合。作为电解质，阳极电解质和阴极电解质当然也可相同，但也可不同。

另一种选择是，例如，使阳极电解质呈酸性，从而只有质子在阴极方向上穿过膜。在此可能需要引入浓度平衡，由此主动地将质子(如在其他阳离子的情况下的水分子)引导穿过膜。当然，在本发明的方法中也可另外地采取该措施。

在气体空间或气体供给空间中的盐沉积则可通过以下过程产生。在上述实施例中形成的氢氧根离子可与相应的阳离子(na⁺、k⁺等)一起渗透到多孔阴极的反面上，其可形成盐并沉积在电极的反面或者还在孔中。

另一个实例是二氧化碳的电解还原。在阴极处，在所有操作模式中，视电极材料而定可形成不同的产品。

实例：

一氧化碳:co2+2e^-+h2o→co+2oh^-

乙烯:2co2+12e^-+8h2o→c2h4+12oh^-

甲烷:co2+8e^-+4h2o→ch4+4oh^-

乙醇:2co2+12e^-+9h2o→c2h5oh+12oh^-

单乙二醇:2co2+10e^-+8h2o→hoc2h4oh+10oh^-。

气体空间中的盐沉积则可通过以下过程进行。在上述实例中形成的氢氧根离子可与相应的阳离子(na⁺、k⁺等)一起渗透到多孔阴极的反面上。与co2结合，根据ph值，相应的碳酸氢盐或碳酸盐可沉淀出来(盐沉积、盐析)。

因此，根据本发明，电解质被收集在气体空间中的收集区域中，并且收集的电解质从所述收集区域中被吸出，由此在气体空间中没有电解质残留，从而不会由于溶剂的移除而发生盐沉积。

收集区域在此没有特别限制，只要它可以收集电解质，例如作为液体或溶液的电解质，并且只要收集的电解质可从收集区域中被吸出，例如通过开口或流出口(abfluss)连同相应的移除装置，所述移除装置与电解质进料装置相连接并因此在气体空间和电解质进料装置之间形成连接。在特定的实施方式中，收集区域位于气体空间的下端，优选地低于气体扩散电极的水平面(从底部看)或低于其下端，使得电解质在进入气体空间后可借助于重力向下流动，从而它在气体扩散电极处、例如在其反面和/或其孔中不会保留过长的时间。气体空间和电解质进料装置之间的连接优选地借助于气体空间中的收集区域中的开口或流出口，优选地在收集区域的下端进行。

气体空间和电解质进料装置之间的连接部没有特别限制，并且可例如通过合适的管道、软管等，例如管道实现，其中材料可优选地与已经收集在收集区域中的再循环电解质的材料相匹配，并且，例如还对应于用于电解质的进料装置或输送装置的材料，所述进料装置或输送装置同样没有特别限制并且可采用例如管道的形式。在特定的实施方式中，气体空间中的收集区域不与气体扩散电极接触。管道的另外的形状没有特别限制，但根据具体的实施方式具有圆形横截面，以便能够良好地输送电解质或使电解质流动。

根据具体的实施方式，吸出是这样进行的，即电解质进料装置对气体空间施加抽吸作用。由此可确保不会有过多的电解质聚集在收集区域中并因此再次与气体扩散电极接触，由此还可最小化或防止对气体供应的任何影响。根据特定的实施方式，不从气体空间中的收集区域供应气体，使得气体不会流过或鼓泡通过电解质。虽然如此，收集区域还是位于气体空间中，因此也与用于气态基质的进料装置接触。

因此，可用于本发明方法的本发明的装置优选地包括在重力作用下在气体扩散电极的下端或在其下方的电解质收集区域。气体空间和电解质进料装置优选地以这样的方式连接，使得电解质进料装置对气体空间施加抽吸作用。

例如，这可通过以文丘里喷嘴、拉瓦尔喷嘴等形式构造的连接部(连接部)来实现，其中连接部优选地在相应喷嘴变窄的区域中实现，并且电解质因此在进料时具有提高的速度。

因此，根据具体的实施方式通过如下产生抽吸作用：气体空间和电解质进料装置之间的连接部包括文丘里喷嘴，通过该文丘里喷嘴实现向电解池的电解质进料。在这种情况下，与气体空间的连接部优选地也在文丘里喷嘴的狭窄位置处。

原则上，本方法基于文丘里喷嘴的原理，其在图8中被示意性地示出并且示例性地包括与气体空间l2的连接部。该原理基于如下事实：流动通过管道的介质的流速与变化的管道横截面成反比。这意味着在管道的横截面最小的地方速度最大。此外，根据伯努利定律，在流动的流体(气体或液体)中，速度的上升伴随着压力的下降。因此，对于根据图8的喷嘴，p1>p2，其中p1是在喷嘴上游的流动方向上供应的电解质的压力以及p2是电解质在喷嘴的最小横截面和与气体空间l2的连接部中的压力，以及v1是电解质在喷嘴上游的流动方向上的速度和v2是电解质在喷嘴的最小横截面中的速度。可利用这种关系将电解质从气体空间中的收集区域吸出。

文丘里喷嘴，也像拉瓦尔喷嘴一样，其形状没有特别限制，只要喷嘴的横截面首先在供应的电解质的流动方向上减小。横截面的形状没有特别限制，并且可为圆形、椭圆形、正方形、矩形、三角形等，但根据特定的实施方式是圆形的。对称的喷嘴形状也是优选的。

此外，文丘里喷嘴，也像拉瓦尔喷嘴一样，在配置方面也没有任何进一步的限制，其中与气体空间或气体空间中的收集区域的连接部优选地位于喷嘴的最窄的位置处。

导管l2(其中存在压力p2)在图8中与电解池的气体空间连接，电解质被收集在该气体空间中。

根据特定的实施方式，周期性地从气体空间吸出电解质。由此可确保穿过gde的电解质被定期吸出，但另一方面，电解也有足够长的时间而不受吸力的干扰。根据特定的实施方式，以这样的方式进行吸出，使得不将全部电解质从收集区域吸出，以便能够更好地稳定系统中的压力并防止气态基质进入连接部。根据特定的实施方式，抑制或防止气态基质进入气体空间和电解质进料装置之间的连接部。

为了实现周期性的吸出，特别地以优选的特征，根据特定的实施方式，周期性的吸出通过调节周期性吸出的调节机构实现。

这种调节机构不受任何进一步的限制，并且在下文中参考各种实施方式来进一步地示例性地详细描述。通过调节机构，特别地根据特定的实施方式，气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部可例如周期性地从用于电解质的进料装置封闭或关闭，例如通过堵塞(堵塞件)，如液体堵塞件，其可存在于气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中的任何位置处，例如以阀的形式，例如在靠近电解质进料装置的管道连接部处，例如在t形件处，或作为在气体空间中的例如收集区域的流出口(ausfluss)处的堵塞件，例如还以浮子的形式。调节机构可例如根据测量或传感器数据触发堵塞件的打开，例如参考收集区域中的电解质的填充水平，但也可为全自动的，或者机械或机器自动调节，无需进行任何测量。

因此，根据特定的实施方式，本发明的设备包括至少一个调节机构，优选地是液体堵塞件和如下的调节机构，一旦达到收集区域的一定的填充水平，该调节机构就打开电解质流的通道。在此，调节机构也可与液体堵塞件整合，例如在使用浮子的情况下。

根据特定的实施方式，调节机构是机械式的。由此可尽可能低地保持用于气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部的成本。

根据特定的实施方式，调节机构包括浮子，该浮子存在于气体空间中的收集区域中并且能够根据气体空间中的收集区域中的电解质的填充水平来实现向气体空间和电解质进料装置之间的连接部的流出(abfluss)，其中例如周期性地打开浮子。在此，应注意的是，气体空间不仅必须邻接gde，而且还可包括气体进料装置的另一区域，例如中间容器，其可例如设置在gde下方的底部方向上，并且穿过的电解质可流向它。根据特定的实施方式，浮子采用圆锥形(锥体)或截头圆锥形的形式，例如塞子，其中圆锥体的尖端或截头圆锥体的具有较小尺寸的圆形面突出到在气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中。截头圆锥体可实现一种“楔形”，其在用于气体空间的收集区域中封闭气体空间和电解质的进料装置之间的连接部的开口。优选地，在这种情况下，浮子由确保相应的堵塞但另一方面不受电解质和/或气态基质的侵蚀的材料制成，例如基于弹性体或热固性材料。为了调节密度，可使用陶瓷填料。密度也可通过例如塑料的氟化来调节。代替浮子，可提供其他封闭装置，例如活门(klappen)等。

如示出了具有浮子9的各种实施例的图11至13所示，浮子9可关闭从气体空间1的收集区域2到连接部、特别地文丘里喷嘴或文丘里单元的电解质的注入。如图11中所示，气室pg中的压力和与通向处于关闭状态的文丘里喷嘴的连接部中的压力p2之间的压力差对浮子施加由该压力差引起的附加力f1。在流通操作中，气体空间(不在喷嘴处)的压力整体上高于电解质中的压力。随着收集区域2中电解质的量的增加，浮子9上产生向上的力f2。浮子9或另一个堵塞件被设计成使得浮子从一定的填充水平起释放在气体空间和通向文丘里喷嘴的电解质进料装置3之间的连接部的开口3a。喷嘴将电解质从气体空间1中吸出，直到浮子9再次关闭开口。在此，浮子的密度小于电解质的密度。借助于可例如由与浮子相同的材料制成的引导件9a，可确保开口3a的更好的闭塞。

浮子9的尺寸可使得阀优选地每分钟打开两次或更少，更优选地每分钟打开一次或更少。浮子9的使用同时确保整个系统中的滞后，从而可避免振动。优选地选择浮子9和文丘里喷嘴中的电解质进料装置，使得收集区域2不完全地排空。由此应防止另外将气态基质如co2从气体空间1中除去并且气体空间1中的压力pg显著下降。

图12示出了具有收集区域2的气体空间1的另一实施方式，其中浮子9具有不同的塞子形状，其中在截头圆锥体的两侧上邻接有圆柱体，以便一方面实现更好的闭塞，但另一方面还通过例如改变浮子的质量来针对性地控制浮子的浮力。在图13中，浮子9呈圆锥形，由此也可缓慢地实现将电解质从收集区域2再循环到电解质进料装置3中，因此可避免进料装置中的显著变化。

具有浮子9的设备既可用于流通操作(其中通过电极供给气体)又可用于流经操作(其中沿电极供给气体和气体通过电极扩散)。

在流通操作中，气体空间1中的整体压力pg-p2大致来说通常较高，这也将浮子9(除了其自身重量之外)压在电解质的连接部上。因此，通常需要在浮子9上消耗稍大的力f2，以便打开开口3a并因此打开连接部。待消耗的力f2也由开口3a的尺寸决定。

在流经操作中，处于关闭状态的电解系统中的整体压力气体空间/电解质～pg-p2应该优选地大致相同。接通电源时，所出现的电势导致电解质流动穿过gde返回到气体空间1中。浮子9通过文丘里效应并凭借其自身重量来关闭连接部。在一定的填充水平之上，开口3a打开，并且已经通过的电解质返回到电解质回路中。

作为浮子的替代或补充，还可提供另外的调节机构，例如另外的堵塞件，例如阀门，其可通过调节器关闭。当然也可提供多个阀门。

根据特定的实施方式，吸出由调节气体空间和电解质进料装置之间的连接部的阀门控制。

根据特定的实施方式，阀门通过调节器与用于气体空间中的电解质的填充水平传感器耦合，其中阀门的调节参照填充水平传感器的测量值进行。在此填充水平的测量可例如以电子方式、以光学方式、参照压力测量等进行，并且填充水平传感器没有特别限制。

具有阀门的相应系统在图9和10中被示意性地示出。

如图9所示，调节单元可通过传感器如电传感器和相应的阀门4实现。在此，可例如通过压力传感器5测量收集区域2中的填充水平。相应设计的调节器6，例如以pmax/pmin阀门调节单元的形式提供，在超过固定的压力上限pmax的情况下打开位于导管l2(未示出)和具有收集区域2的气体空间之间的阀门4。由于压差δp＝pmax-p2，收集的电解质被再次从气体空间1吸出，并且例如被再次供给电解质回路。如果气体空间1中的压力低于压力pmin，则阀门4再次关闭。这样，通过gde进入气室的电解质的水平可保持在预定水平，因此可防止在gde的反面形成盐。

以等效的方式，填充水平测量可替代地通过磁浮子7和簧片开关8进行，如图10中示例性示出的。

根据特定的实施方式，选择电解质中的盐浓度使得在操作期间，即在电解期间不发生盐沉积。该浓度可例如根据导电盐在电解质中的溶解度等适当地确定。

在另一方面，本发明涉及用于连续操作具有气态基质的电解池的设备，其包括

电解池，包括：

阳极，

阴极，

其中阳极和阴极中的至少一个采用气体扩散电极的形式，和

池空间，设计成填充有电解质并且阳极和阴极至少部分地引入其中；

用于电解质的进料装置，设计用于向池空间供给电解质；

气体空间，设计用于向气体扩散电极供给气态基质，其中该气体空间设置在气体扩散电极的远离所述池空间的一侧；

用于所述气态基质的进料装置，设计用于向气体空间供给气态基质；

气体空间中的收集区域，设计用于收集所述气体空间中的电解质；和

气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部，设计用于从所述气体空间中移除已收集在气体空间中的收集区域中的电解质。

所描述的设备适用于所有具有气态基质(co2，co)和气体扩散电极的电解池。根据特定的实施方式，该设备用于将co2电解成co或烃。本发明的设备可用于实施本发明的方法。

用于电解质的进料装置、气体空间、气体空间中的收集区域以及气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部已经结合本发明的方法进行了讨论，因此优选地对应于上面讨论的那些。除此之外，这些并不受特别限制。

设计用于向气体空间供给气态基质的用于气态基质的进料装置也没有特别限制，只要它能够供应气体并且优选地不受气体损害，并且可例如被设计成管道、软管等。

此外，本发明的设备还可具有用于电解质和/或液态或溶解产物的移除装置和/或用于气态产物和/或未消耗的气态基质的移除装置，其没有特别限制。

本发明的设备中的电解池至少包括阳极和阴极，其中至少一个采用气体扩散电极的形式；和被设计成填充有电解质并且阳极和阳极至少部分地引入其中的池空间。根据本发明不排除阳极和阴极都采用气体扩散电极的形式。根据特定的实施方式，阳极采用气体扩散电极的形式。根据特定的实施方式，阴极采用气体扩散电极的形式。根据特定的实施方式，二氧化碳或一氧化碳在阴极处被电解转化，即阴极被设计成使得它可以转化二氧化碳，例如以含铜(co2、co)和/或含银(co2)的气体扩散电极的形式。

使用的电解池例如对应于图1至图5中示意性示出的现有技术的电解池，其中附图中示出了具有膜m的池，其在本发明的设备中也可以不存在，但是根据特定的实施方式使用并且可分隔阳极室i和阴极室ii。如果存在膜，则该膜没有特别限制并且例如与电解，例如电解质和/或阳极反应和/或阴极反应相匹配。

电化学还原，例如co2的电化学还原发生在电解池中，该电解池通常由阳极室和阴极室组成。图1至5中示出了可能的池布置的实施例。对于这些池布置中的每一种，可使用根据本发明的气体扩散电极，例如作为阴极。

举例来说，图1和2中的阴极室ii被配置成使得阴极电解质从下方供应，然后沿向上方向离开阴极室ii。可替代地，阴极电解质还可从上方供应，例如在降膜电极的情况下。在阳极a(其通过用于提供电解电势(电压)的电源电连接至阴极k)处，在阳极室i中发生从下方与阳极电解质一起供应的物质的氧化，并且阳极电解质连同氧化产物然后离开阳极室。在图1和2所示的3室结构中，反应气体例如二氧化碳可穿过气体扩散电极(这里例如阴极k(未详细示出为gde))被输送到阴极室ii中以便还原，例如在图1中的流经操作或图2中的流通操作中。尽管未示出，但也可考虑具有多孔阳极a的实施方式。在图1和2中，室i和ii由膜m隔开。相反，图3的pem(质子或离子交换膜)构造中，作为阴极k的气体扩散电极(同样未详细示出为gde)和多孔阳极a直接邻接膜m，由此阳极室i与阴极室ii分开。图4中的结构对应于图2中的结构和图3中的结构的混合形式，其中在阴极电解质侧设置有具有气体扩散电极和以流通操作的气体进料g的结构，如图2所示，而阳极电解质侧设置如图3所示的结构。应当理解，也可想到以示例的方式描述的电极空间的混合形式或其他配置。也可想到没有膜的实施方式。根据特定的实施方式，阴极侧的电解质和阳极侧的电解质因此可相同，并且电解池/电解单元可不需要膜。然而，不排除在这样的实施方式中电解池具有膜，尽管这与关于膜的额外费用以及所施加的电压有关。阴极电解质和阳极电解质也可任选地在电解池外部被再次混合。

图5对应于图4的结构，其中再次如图1所示，气体进料g以流经操作发生并且示出了反应物和产物e和p的通过。

图1至5是示意图。也可将图1至5的电解池组合成混合变体。例如，阳极室可被设计成pem半电池，如图3所示，而阴极室由半电池组成，该半电池包括在膜和电极之间的一定的电解质体积，如图1所示。膜也可具有多层设计，使得能够分开进料阳极电解质或阴极电解质。对于水性电解质例如通过中间层的疏水性实现分离效果。尽管如此，当将导电基团引入这种分离层中时，仍然可确保电导率。膜可为离子传导膜，或仅产生机械分离并且可渗透阳离子和阴离子的隔板(separator)。

使用本发明的气体扩散电极可构建三相电极。例如，可将气体从后侧引导至电极的电活性前侧，以便在那里进行电化学反应。根据特定的实施方式，气体扩散电极也可仅被流经，这意味着气体如co2相对于电解质被引导经过气体扩散电极的后侧，在这种情况下气体可穿透气体扩散电极的孔并且可在后面移除产品。优选地，流经状态下的气体流与电解质的流动方向相反，由此可将被挤压穿过的液体例如电解质运走。

根据特定的实施方式，气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部包括文丘里喷嘴或另外的喷嘴例如拉瓦尔喷嘴，优选文丘里喷嘴。

本发明的设备还可包括调节机构，该调节机构被设计成调节电解质从气体空间中的收集区域的移除(输出)。

该调节机构不受任何进一步的限制，并且对应于例如结合本发明的方法给出的描述。通过调节机构，特别地根据特定的实施方式，气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部可例如周期性地从用于电解质的进料装置封闭或关闭，例如通过堵塞(堵塞件)，如液体堵塞件，其可存在于气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中的任何位置处，例如以阀的形式，例如在靠近电解质进料装置的管道连接处，例如在t形件处，或作为例如气体空间中的收集区域的流出口(ausfluss)处的堵塞件，例如还以浮子的形式。调节机构可例如根据测量或传感器数据触发堵塞件的打开，例如参考收集区域中的电解质的填充水平，但也可为全自动的，或者也可为机械的，无需进行任何测量。

因此，根据特定的实施方式，本发明的设备包括至少一个调节机构，优选地液体堵塞件和如下的调节机构：一旦达到收集区域的一定的填充水平，该调节机构就打开电解质流的通道。在此，调节机构也可与液体堵塞件整合，例如在使用浮子的情况下。

根据特定的实施方式，调节机构包括浮子，该浮子设置在气体空间中的收集区域中并且被设计成能周期性地中断气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部。在此，浮子可为任何所需的设计，只要它能够中断气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部。根据特定的实施方式，浮子采用圆锥形(锥体)或截头圆锥形的形式，其中圆锥体的尖端或截头圆锥体的具有较小尺寸的圆形面突出到气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中。

根据特定的实施方式，调节机构包括在气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中的阀门，其与气体空间中的填充水平传感器和调节器耦合，其中填充水平传感器和调节器被设计成根据电解质在气体空间中的填充水平对在气体空间和用于电解质的进料装置之间的连接部中的阀门进行调节。

根据特定的实施方式，本发明的设备包括多个电解池或多个电解池的堆叠体，在每个电解池中，阳极和阴极中的至少一个分别采用气体扩散电极的形式，其中这些电解池在各自的情况下具有至少一个气体空间，所述气体空间通过该气体空间和相应的用于电解质的进料装置之间的连接部分别连接到用于所有池的一个电解质进料装置或用于所有池的多个电解质进料装置，例如包括用于各个池的单独的电解质进料装置。然后可组合多个电解池以形成池堆(例如100个或更多个池)以节省空间。在这种堆的情况下，特别地出于空间的原因，使用浮子作为调节机构或自调节系统是有利的。因此，根据特定的实施方式，也可采用具有多个电解池或具有例如100个或更多个池的池堆的设备，其中浮子的使用在此同样有利于调节气体空间和相应的用于电解质的进料装置之间的连接部。

此外，本发明的设备可包括存在于电解设备中的其他构件(部件)，即除用于电解的电源之外还有各种冷却和/或加热装置等。设备例如电解设备的这些其他构件不受任何进一步的限制并且可以合适的方式提供。

如果可行的话，上述实施方式、配置(设计)和发展可任意地相互组合。本发明的另外的可能的配置、发展和实施方式还包括未明确提及的本发明的特征的组合，其已在上文中描述或在下文中针对实施例进行描述。更具体地，本领域技术人员还将添加各个方面作为对本发明的相应基本形式的改进或补充。

下面参考一些示例性实施例描述本发明，但是这些并不限制本发明。

实施例

除非另有说明，否则所有实验以及对比例和实施例均在约20℃-25℃的室温下进行。

对比例1

图6中示出了不连接电解质进料装置和气体进料装置的co2电解设备。

示出了电解过程，其中二氧化碳在阴极侧被还原并且水在阳极侧a被氧化。在阳极侧，例如可进行如下反应：氯化物反应成氯，溴化物反应成溴，硫酸盐反应成过二硫酸盐(有或没有气体逸出)等。例如铂适合作为阳极a，以及铜适合作为阴极k。电解池的两个电极空间由的膜m隔开。在没有气体扩散电极的图6中(或具有气体扩散电极的图7中；参见对比例2)示出了将池结合到具有阳极电解质回路10和阴极电解质回路20的系统中。

在阳极侧，添加有电解质的水经由入口11供给到电解质储存容器12中。然而，不排除在阳极电解质回路10的另一位置处另外供应水或代替入口11供水，因为根据图6，电解质储存容器12也可用于气体分离。借助于泵13将电解质从电解质储存容器12泵入到阳极室中，在那里被氧化。然后将产物泵送回电解质储存容器12中，在那里它可被输送到产物气体容器26中。通过产物气体出口27，可将产物气体从产物气体容器26中取出。当然也可在别处进行产物气体的分离。由此产生阳极电解质回路10，因为电解质在阳极侧循环。

在阴极侧，在阴极电解质回路20中，二氧化碳通过co2入口22被引入到电解质储存容器21中，在那里例如被物理溶解。借助于泵23，将该溶液引入阴极室中，其中二氧化碳在阴极k处被还原，例如在银阴极处被还原成co。然后，任选的另外的泵24将在阴极k处获得的含有co和未转化的co2的溶液进一步泵送到用于气体分离的容器25，其中可将包含co的产物气体输送到产物气体容器26中。通过产物气体出口27，可从产物气体容器26取出产物气体。然后将电解质从用于气体分离的容器泵送回电解质储存容器21，在那里可再次添加二氧化碳。这里也仅指定了阴极电解质回路20的示例性布置，其中阴极电解质回路20的各个装置部件也可不同地布置，例如方式是在阴极空间中已经实现了气体分离。优选地，气体分离和气体饱和化(gassattigung)分开进行，换句话说，在一个容器中用co2饱和电解质，然后将其作为没有气泡的溶液泵送穿过阴极室。然后，从阴极室排出的气体主要由co组成，因为co2本身保持溶解，因为它已被消耗并且因此在电解质中的浓度稍低。

在图6中，通过未示出的电源添加电流来进行电解。

为了将电解质和溶解在电解质中的co2以随时间可变的压力供给电解单元，在阳极电解质回路10和阴极电解质回路20中引入阀门30，其由未示出的控制装置控制并因此控制阳极电解质和阴极电解质分别进料到阳极和阴极，由此进料以可变的压力进行并且产物气体可从相应的电极单元排出。

阀门30在图中示出在电解池的入口的上游，但也可设置在例如电解池的出口的下游和/或阳极电解质回路10或阴极电解质回路20的其他位置处。例如，阀门30也可在阳极电解质回路中存在于电解池中的入口的上游，而阀门在阴极电解质回路20中存在于电解池之后，反之亦然。

在池的操作中，在阴极k处形成盐。

对比例2

图7中所示的设备对应于对比例1中的设备，其中阴极k在此采用流通式气体扩散电极的形式。

在池的操作中，在阴极k处同样形成盐。

实施例1

实施例1中的结构对应于对比例2中的结构，其中省去了阀门30并且代替阀门，在阴极电解质回路20中设置了文丘里喷嘴，其与相应于图11中的结构的、气体空间中的用于co2的进料装置连接。

在“常规”操作条件下，证明了超过1000小时的可操作性。

在常规电解池的操作中，已经发现电解质穿过气体扩散电极(gde)并导致气体空间中的电解质收集。在流通操作和流经操作两者的情况下，电解质都由于气体流动而失去溶剂，特别地水，因此在气体空间中发生盐的沉积并且特别不利地在gde本身中发生盐的沉积。

该问题可通过在气体空间和电解质进料装置之间向电解池添加可堆叠的、优选地纯机械式的连接部来解决，所述连接部可吸出、优选周期性地吸出进入气体空间的液体。设备优选地包括根据“文丘里原理”工作的抽吸单元和确保必要滞后的浮子。流动穿过gde的电解质的量可例如通过调节gde的亲水性来实现。

本发明的设备和本发明的方法可确保电解池中的连续操作。与集成到小型实验室池中相比，该设备尤其是能够更容易地集成到大面积(范围)电解池中。