鉴于气候变化以及由此产生的能源和原材料转型的需求，水电解等电化学过程在未来将变得越来越重要。弗劳恩霍夫微工程和微系统IMM研究所正在与hteGmbH合作开发模块化电化学电池。这些流通池用于筛选任务，从而有助于优化电化学生产过程，例如水电解。

在能源和原材料转型的背景下，电化学过程具有优势，因为它们依靠电力而不是化学试剂运行。它们还可以通过在电力过剩时连接电化学过程并在电力不足时关闭它们来主动响应电源波动。

一个重要的用例是水电解。这会产生氢气——一种灵活且易于运输的能源，在能源转型中发挥着核心作用。因此，FraunhoferIMM正在开发和改进电化学微反应器(也称为“流通池”)，用于电合成等绿色合成过程，并作为研究水电解的一种手段。

这些微反应器能够在实验室规模上开发和筛选合成，同时允许合成转移到中试规模。FraunhoferIMM与海德堡的hteGmbH一起开发了一种模块化且灵活的电化学流动池概念，并将其用于电催化中的高通量筛选任务。

“借助微反应器可以精确控制化学过程。这也适用于我们的电化学电池，它可用于优化电化学生产过程，例如，在可持续化学生产或水电解方面。使用我们的筛选平台设计允许在很短的时间内测试多种催化剂和加工条件。

“需要对电催化筛选平台进行修改。除了电催化剂本身之外，还需要研究压力、温度、电池电压、流速和电解质成分等工艺条件。这就是我们的流通式反应器的用武之地“作为筛选系统的一部分，”美因茨FraunhoferIMM流动化学小组负责人PatrickLöb博士解释道。

基于板堆的反应器概念

FraunhoferIMM为电化学应用开发的基本反应器概念采用板堆设计。单个电化学电池由一组电极板和其他部件组成。该电池堆可以包含用于单独操作的一个电池，也可以包含一组可以并行、串行或两者组合操作的电池。并行操作模式特别适合筛选任务。因此，研究膜材料对电化学过程的影响是可行的，因为可以在电池堆中的每个电化学电池中安装不同的膜，而其他方面是相同的。研究结果可用于选择适合该工艺的最佳膜。

研究人员说：“该反应器允许大量的电池变化，这意味着可以修改和测试不同的膜材料和电催化剂。”hteGmbH的流通池的独特之处在于其基本池结构(反应器配置)可以进一步变化。

具有四个平行排列的电化学电池的初始筛选模块原型已经交付并正在进行验证。我们正在将其扩展到16个并行单元。例如，这些反应器可用于研究如何优化水电解。在这里，必须确定哪些电催化剂和膜可以提高工艺效率。由于其模块化设计，它们还可以用于其他流程。

因此，当前的电池设计可以覆盖各种反应器配置(例如，具有不同的电极间距)，这说明了广泛的应用。多种反应器配置使筛选平台能够适应不同的应用领域。因此，除了水电解之外，还可以考虑其他任务，例如活性药物成分的生产或废水处理中废物的分解。

根据初步估计，与长期实验中采用的经典方法相比，由新型电化学流动池实现的并行测试可能会将催化剂的筛选速度加快四倍。今年，新的流通池预计将被集成到hteGmbH试验工厂中。

“一般来说，我们可以对我们的可扩展电化学微反应器进行具体的改造，以便它们可以用于不同类型的任务。电化学目前正在经历一场复兴，这是由对绿色合成工艺的探索和对直接使用(过度)可持续发展的努力所驱动的。产生的能量，”Löb总结道。

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