中科大吴宇恩/张钰团队Nat.Commun：重力辅助无膜电化学除氧反应器，开启冰箱保鲜新纪元

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长 食品保 质 期并保持 营 养成分。虽然 传统 家用冰箱主要依靠低温减 缓 腐 败过 程， 调 控 储 存 环 境中的氧气水平 则为 新 鲜农产 品和高 营 养敏感食品的保 鲜 提供了 额 外 优势 。然而， 现 有的除氧方法（如氮气置 换 或膜分离技 术 ）通常依 赖 体 积庞 大、成本 较 高的 设备 ， 难 以集成于空 间 受限的家用 电 器中，且除氧效率有限。 相比之下， 电 化学技 术 通 过 阴极氧 还 原反 应 （ ORR ）可 实现对环 境中氧气的高效 选择 性去除， 为 低氧 储 存提供了一种 节 能、 紧 凑的替代路径。但 现 有 电 化学系 统 仍普遍依 赖 离子交 换 膜 实现产 物分离，或采用复 杂 的气液循 环 机制，从而造成系 统 集成 难 度大、运 维 成本高。此外，系 统 关 键 部件如 传统 碳 纸 基气体 扩 散 电 极（ GDE ）在 长 期运行中常面 临 机械强度不足与 稳 定性 较 差等 问题 ， 进 一步限制了其在 实际应 用中的可靠性与推广潜力 。

本文亮点

在本研究中，我 们 开 发 了一种重力 辅 助 阴阳产物 自分离反 应 器（ GAPS 反 应 器），通 过 耦合 创 新的反 应 器 结 构与 电 极材料，有效 应对电 化学除氧中的分离效率与系 统稳 定性 难题 。基于流体力学原理，氧气气泡因密度差 驱动 沿密度梯度自然上升， 实现 无需膜或外部循 环 的高效自 发 分离，构建了自 组织 的 “O₂ 阶 梯 ” 路径。 为 增强在高静水 压 力下的运行可靠性，我 们设计 了一种一体化气体 扩 散 电 极，其 电导 率和渗透率分别达到 传统 碳 纸 的 85.5% 和 80.2% ，机械强度和 稳 定性 则 提升至 2.2 倍与 30 倍。加速寿命 测试显 示系 统 可 稳 定运行达 10 年。在家用冰箱中部署双 单 元串 联 模 块 后，保 鲜 能力提升了 3.4 倍。 经济 分析表明， 该 系 统 的 单 位成本除氧能力 为传统 膜系 统 的 22.6 倍，具 备 广泛的 实际应

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