journal article·2020Open access

Advances and challenges in electrochemical CO 2 reduction processes: an engineering and design perspective looking beyond new catalyst materials

Sahil Garg, Mengran Li, Adam Z. Weber, Lei Ge, Liye Li, Victor Rudolph, Guoxiong Wang, Thomas E. Rufford

Abstract

This review of design and operating conditions of electrochemical CO 2 reduction covers electrolytes, electrodes, reactors, temperature, pressure, and pH effects.
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Research context

OpenAlex topics: CO2 Reduction Techniques and Catalysts · Ionic liquids properties and applications · Ammonia Synthesis and Nitrogen Reduction

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Affiliations

School of Chemical Engineering

The University of Queensland

St Lucia 4072

Australia

Joint Center for Artificial Photosynthesis

Lawrence Berkeley National Laboratory

Berkeley

USA

Center for Future Materials

HBIS Group Technology Research Institute

Shijiazhuang

China

Funding

Lawrence Berkeley National Laboratory · Australian Research Council

References (100+)

Show source-provided references
1. Naims · Environ. Sci. Pollut. Res. · 2016 · 23 · 2222610.1007/s11356-016-6810-2 ↗
2. Global CCS Institute, The Global Status of CCS: 2015, Summary Report , Melbourne, Australia , 2015
3. M. M. Halmann , Chemical Fixation of Carbon DioxideMethods for Recycling CO2 into Useful Products , CRC press , 1993
4. Al-Mamoori · Energy Technol. · 2017 · 5 · 83410.1002/ente.201600747 ↗
5. Chu · Nature · 2012 · 488 · 29410.1038/nature11475 ↗
6. Kondratenko · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 311210.1039/c3ee41272e ↗
7. Jhong · Curr. Opin. Chem. Eng. · 2013 · 2 · 19110.1016/j.coche.2013.03.005 ↗
8. Agarwal · ChemSusChem · 2011 · 4 · 130110.1002/cssc.201100220 ↗
9. Bushuyev · Joule · 2018 · 2 · 82510.1016/j.joule.2017.09.003 ↗
10. Kauffman · ACS Appl. Mater. Interfaces · 2015 · 7 · 1562610.1021/acsami.5b04393 ↗
11. Lim · Catal. Today · 2014 · 233 · 16910.1016/j.cattod.2013.11.037 ↗
12. Pardo · Energy · 2013 · 54 · 11310.1016/j.energy.2013.03.015 ↗
13. Opus-12, We have developed a device that recycles CO2 into chemicals and fuels, https://www.opus-12.com/technology
14. C. E. R. Toronto, Technology, https://co2cert.com/technology/
15. Evonik, Evonik and siemens to generate high-value specialty chemicals from carbon dioxide and eco-electricity, https://corporate.evonik.com/en/media/search/pages/news-details.aspx?NewsId=72457
16. The Powerhaus Pavilion , http://greenangelenergy.ca/ph/mantraenergy.html , accessed at 1st December 2018
17. Alper · Petroleum · 2017 · 3 · 10910.1016/j.petlm.2016.11.003 ↗
18. Hori · Electrochim. Acta · 2005 · 50 · 535410.1016/j.electacta.2005.03.015 ↗
19. Wuttig · ACS Catal. · 2015 · 5 · 447910.1021/acscatal.5b00808 ↗
20. Jermann · Electrochim. Acta · 1994 · 39 · 189110.1016/0013-4686(94)85181-6 ↗
21. Nogami · J. Electrochem. Soc. · 1994 · 141 · 113810.1149/1.2054886 ↗
22. Yano · J. Solid State Electrochem. · 2007 · 11 · 55410.1007/s10008-006-0181-4 ↗
23. Yano · J. Appl. Electrochem. · 2008 · 38 · 172110.1007/s10800-008-9622-3 ↗
24. Kedzierzawski · J. Electrochem. Soc. · 1994 · 141 · L5810.1149/1.2054936 ↗
25. Kumar · ACS Catal. · 2016 · 6 · 473910.1021/acscatal.6b00857 ↗
26. Chiacchiarelli · J. Appl. Electrochem. · 2012 · 42 · 2110.1007/s10800-011-0367-z ↗
27. Qiao · Chem. Soc. Rev. · 2014 · 43 · 63110.1039/C3CS60323G ↗
28. Voiry · Nat. Rev. Chem. · 2018 · 2 · 010510.1038/s41570-017-0105 ↗
29. Dong · Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) · 2016 · 28 · 342310.1002/adma.201504766 ↗
30. Li · Nanoscale · 2018 · 10 · 623510.1039/C7NR09620H ↗
31. Yang · Adv. Mater. Technol. · 2018 · 170037710.1002/admt.201700377 ↗
32. Sun · Chem · 2017 · 3 · 56010.1016/j.chempr.2017.09.009 ↗
33. Francke · Chem. Rev. · 2018 · 118 · 463110.1021/acs.chemrev.7b00459 ↗
34. Ziqi · Adv. Theory Simul. · 2018 · 1 · 180000410.1002/adts.201800004 ↗
35. Lee · Adv. Mater. (Weinheim, Ger.) · 2018 · 170471710.1002/adma.201704717 ↗
36. Grice · Coord. Chem. Rev. · 2017 · 336 · 7810.1016/j.ccr.2017.01.007 ↗
37. Benson · Chem. Soc. Rev. · 2009 · 38 · 8910.1039/B804323J ↗
38. Kornienko · J. Am. Chem. Soc. · 2015 · 137 · 1412910.1021/jacs.5b08212 ↗
39. Weekes · Acc. Chem. Res. · 2018 · 51 · 91010.1021/acs.accounts.8b00010 ↗
40. Endrődi · Prog. Energy Combust. Sci. · 2017 · 62 · 13310.1016/j.pecs.2017.05.005 ↗
41. Bevilacqua · Energy Technol. · 2015 · 3 · 19710.1002/ente.201402166 ↗
42. Ma · Energy Technol. · 2017 · 5 · 86110.1002/ente.201600576 ↗
43. Kutz · Energy Technol. · 2017 · 5 · 92910.1002/ente.201600636 ↗
44. D. Materials, CO 2 Electrolyzers, https://dioxidematerials.com/technology/co2-electrolysis/
45. Dinh · Science · 2018 · 360 · 78310.1126/science.aas9100 ↗
46. Skyre, Products: CO 2 RENEWTM, https://www.skyre-inc.com/products/co2renew/
47. Haas · Nat. Catal. · 2018 · 1 · 3210.1038/s41929-017-0005-1 ↗
48. J. Qiao , Y.Liu and J.Zhang , Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide: Fundamentals and Technologies , CRC Press , Boca Raton , 201610.1201/b20177 ↗
49. A. J. Bard and L. R.Faulkner , Electrochemical methods: fundamentals and applications , Wiley , 1980
50. K. Scott , in Sustainable and Green Electrochemical Science and Technology , 2017 , pp. 27–85 , 10.1002/9781118698075.ch210.1002/9781118698075.ch2 ↗
51. Faber · J. Am. Chem. Soc. · 2014 · 136 · 1005310.1021/ja504099w ↗
52. Zeng · Prog. Energy Combust. Sci. · 2010 · 36 · 30710.1016/j.pecs.2009.11.002 ↗
53. Burdyny · Energy Environ. Sci. · 2019 · 12 · 144210.1039/C8EE03134G ↗
54. Dufek · J. Appl. Electrochem. · 2011 · 41 · 62310.1007/s10800-011-0271-6 ↗
55. Hashiba · J. Phys. Chem. C · 2018 · 122 · 371910.1021/acs.jpcc.7b11316 ↗
56. Gupta · J. Appl. Electrochem. · 2006 · 36 · 16110.1007/s10800-005-9058-y ↗
57. Lobaccaro · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2016 · 18 · 2677710.1039/C6CP05287H ↗
58. Weng · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2018 · 20 · 1697310.1039/C8CP01319E ↗
59. Wakerley · Nat. Mater. · 2019 · 18 · 122210.1038/s41563-019-0445-x ↗
60. Chen · ACS Catal. · 2016 · 6 · 713310.1021/acscatal.6b02299 ↗
61. Sandberg · Surf. Sci. · 2016 · 654 · 5610.1016/j.susc.2016.08.006 ↗
62. Singh · J. Am. Chem. Soc. · 2016 · 138 · 1300610.1021/jacs.6b07612 ↗
63. Resasco · J. Am. Chem. Soc. · 2017 · 139 · 1127710.1021/jacs.7b06765 ↗
64. Varela · ACS Catal. · 2016 · 6 · 213610.1021/acscatal.5b02550 ↗
65. Xie · Energy Environ. Sci. · 2016 · 9 · 168710.1039/C5EE03694A ↗
66. Gao · ACS Catal. · 2017 · 7 · 511210.1021/acscatal.7b01416 ↗
67. Singh · Proc. Natl. Acad. Sci. · 2017 · 114 · E881210.1073/pnas.1713164114 ↗
68. Chen · Catal. Sci. Technol. · 2015 · 5 · 16110.1039/C4CY00906A ↗
69. Whipple · J. Phys. Chem. Lett. · 2010 · 1 · 345110.1021/jz1012627 ↗
70. Delacourt · J. Electrochem. Soc. · 2010 · 157 · B190210.1149/1.3502532 ↗
71. Li · ACS Energy Lett. · 2016 · 1 · 114910.1021/acsenergylett.6b00475 ↗
72. Singh · Energy Environ. Sci. · 2015 · 8 · 276010.1039/C5EE01721A ↗
73. Xiang · Mater. Horiz. · 2016 · 3 · 16910.1039/C6MH00016A ↗
74. Li · Int. J. Hydrogen Energy · 2005 · 30 · 35910.1016/j.ijhydene.2004.09.019 ↗
75. Wang · Fuel Cells · 2012 · 12 · 98910.1002/fuce.201200074 ↗
76. Hamilton · Fuel Cells · 2010 · 10 · 48910.1002/fuce.201000033 ↗
77. Santos · Quim. Nova · 2013 · 36 · 117610.1590/S0100-40422013000800017 ↗
78. Harnisch · Environ. Sci. Technol. · 2008 · 42 · 174010.1021/es702224a ↗
79. Vargas-Barbosa · ChemSusChem · 2014 · 7 · 301710.1002/cssc.201402535 ↗
80. McDonald · ChemSusChem · 2015 · 8 · 264510.1002/cssc.201500538 ↗
81. Luo · Adv. Energy Mater. · 2016 · 6 · 160010010.1002/aenm.201600100 ↗
82. McDonald · ChemSusChem · 2014 · 7 · 302110.1002/cssc.201402288 ↗
83. Reiter · J. Electrochem. Soc. · 2016 · 163 · H313210.1149/2.0201604jes ↗
84. Kusoglu · Chem. Rev. · 2017 · 117 · 98710.1021/acs.chemrev.6b00159 ↗
85. Kaczur · Front. Chem. · 2018 · 6 · 26310.3389/fchem.2018.00263 ↗
86. Luo · J. Membr. Sci. · 2018 · 555 · 42910.1016/j.memsci.2018.03.051 ↗
87. Hagesteijn · J. Mater. Sci. · 2018 · 53 · 1113110.1007/s10853-018-2409-y ↗
88. D. Y. Leung and J.Xuan , Micro & nano-engineering of fuel cells , Crc Press , 201510.1201/b18394 ↗
89. Dewulf · Catal. Lett. · 1988 · 1 · 7310.1007/BF00765357 ↗
90. Delacourt · J. Electrochem. Soc. · 2008 · 155 · B4210.1149/1.2801871 ↗
91. Hori · Electrochim. Acta · 2003 · 48 · 265110.1016/S0013-4686(03)00311-6 ↗
92. Ziv · Electrochem. Commun. · 2018 · 88 · 10910.1016/j.elecom.2018.01.021 ↗
93. Varcoe · Energy Environ. Sci. · 2014 · 7 · 313510.1039/C4EE01303D ↗
94. Grew · Electrochem. Solid-State Lett. · 2011 · 14 · B12710.1149/2.011112esl ↗
95. Sun · Adv. Sci. · 2018 · 5 · 180006510.1002/advs.201800065 ↗
96. Albo · Appl. Catal., B · 2015 · 176 · 70910.1016/j.apcatb.2015.04.055 ↗
97. Alvarez-Guerra · Chem. Eng. J. (Lausanne) · 2012 · 207 · 27810.1016/j.cej.2012.06.099 ↗
98. Ramdin · Ind. Eng. Chem. Res. · 2019 · 58 · 183410.1021/acs.iecr.8b04944 ↗
99. Kuhl · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 705010.1039/c2ee21234j ↗
100. Hatsukade · Phys. Chem. Chem. Phys. · 2014 · 16 · 1381410.1039/C4CP00692E ↗