Nova baterio englutas karbondioksidon kaj transformas en solidan mineralon

Nova speco de baterio evoluigita de esploristoj ĉe MIT povus esti farita parte el karbondioksido kaptita de elektrocentraloj.. Prefere ol provi konverti karbondioksidon al specialecaj kemiaĵoj uzante metalajn katalizilojn, kiu nuntempe estas tre defia, ĉi tiu baterio povus kontinue konverti karbondioksidon en solidan mineralon karbonaton dum ĝi elŝargiĝas.

Dum ankoraŭ bazite sur frua faza esplorado kaj malproksime de komerca deplojo, la nova baterioformulo povus malfermi novajn vojojn por tajlori elektrokemiajn karbondioksidajn konvertajn reagojn, kiu finfine povas helpi redukti la ellason de forceja gaso al la atmosfero.

La kuirilaro estas farita el litia metalo, karbono, kaj elektrolito kiun la esploristoj desegnis. La trovoj estas priskribitaj hodiaŭ en la ĵurnalo Joule, en artikolo de asistanto profesoro pri mekanika inĝenierado Betar Gallant, doktora studento Aliza Khurram, kaj postdoc Mingfu He.

Nuntempe, elektrocentraloj ekipitaj per karbonaj kaptosistemoj ĝenerale uzas ĝis 30 procentoj de la elektro kiun ili generas nur por funkciigi la kapton, liberigo, kaj stokado de karbondioksido. Ĉio, kio povas redukti la koston de tiu kapta procezo, aŭ tio povas rezultigi finprodukton kiu havas valoron, povus signife ŝanĝi la ekonomion de tiaj sistemoj, diras la esploristoj.

Tamen, “karbona dioksido ne estas tre reaktiva,” klarigas Gallant, do "provi trovi novajn reagajn vojojn estas grava." Ĝenerale, la nura maniero por ke karbondioksido elmontru signifan agadon sub elektrokemiaj kondiĉoj estas kun grandaj energienigaĵoj en la formo de altaj tensioj., kiu povas esti multekosta kaj malefika procezo. Ideale, la gaso suferus reagojn kiuj produktas ion indan, kiel utila kemiaĵo aŭ brulaĵo. Tamen, klopodoj ĉe elektrokemia konvertiĝo, kutime kondukata en akvo, restas malhelpitaj de altaj energienigaĵoj kaj malbona selektiveco de la kemiaĵoj produktitaj.

Gallant kaj ŝiaj kunlaborantoj, kies kompetenteco rilatas al neakva (ne akvobaza) elektrokemiaj reagoj kiel tiuj kiuj subestas liti-bazitajn bateriojn, rigardis ĉu karbondioksid-kapta kemio povus esti uzata por fari karbondioksid-ŝarĝitajn elektrolitojn - unu el la tri esencaj partoj de baterio - kie la kaptita gaso povus tiam esti uzita dum la malŝarĝo de la baterio por disponigi baterion. potenco eligo.

Tiu aliro estas diferenca de liberigado de la karbondioksido reen al la gasfazo por longperspektiva stokado, kiel nun estas uzata en karbona kaptado kaj sekvestrado, aŭ CCS. Tiu kampo ĝenerale rigardas manierojn kapti karbondioksidon de elektrocentralo per kemia absorbadprocezo kaj tiam aŭ stoki ĝin en subteraj formacioj aŭ kemie ŝanĝi ĝin en fuelon aŭ kemian krudmaterialon..

Anstataŭe, ĉi tiu teamo evoluigis novan aliron kiu eble povus esti uzata ĝuste en la elektrocentrala rubfluo por fari materialon por unu el la ĉefaj komponentoj de baterio..

Dum intereso kreskis lastatempe en la evoluo de litio-karbon-dioksidaj baterioj, kiuj uzas la gason kiel reaktanto dum elfluo, la malalta reagemo de karbondioksido tipe postulis la uzon de metalkataliziloj. Ne nur ĉi tiuj estas multekostaj, sed ilia funkcio restas malbone komprenata, kaj reagoj estas malfacile regeblaj.

Enkorpigante la gason en likva stato, tamen, Gallant kaj ŝiaj kunlaborantoj trovis manieron atingi elektrokemian karbondioksidan konvertiĝon uzante nur karbonelektrodon. La ŝlosilo estas antaŭaktivigi la karbondioksidon enkorpigante ĝin en aminan solvon.

"Kion ni montris por la unua fojo estas, ke ĉi tiu tekniko aktivigas la karbondioksidon por pli facila elektrokemio.,”Diras Gallant. "Ĉi tiuj du kemioj - akvaj aminoj kaj neakvaj baterioelektrolitoj - ne estas kutime uzataj kune., sed ni trovis, ke ilia kombinaĵo donas novajn kaj interesajn kondutojn, kiuj povas pliigi la senŝargitan tension kaj permesi daŭran konvertiĝon de karbondioksido."

Ili montris per serio de eksperimentoj, ke ĉi tiu aliro funkcias, kaj povas produkti litian-karbonan dioksidan baterion kun tensio kaj kapacito kiuj estas konkurencivaj kun tiu de pintnivelaj litio-gasaj baterioj. Cetere, la amino agas kiel molekula iniciatinto kiu ne estas konsumita en la reago.

La ŝlosilo estis evoluigi la ĝustan elektrolitsistemon, Khurram klarigas. En ĉi tiu komenca pruvo-de-koncepta studo, ili decidis uzi neakvan elektroliton ĉar ĝi limigus la disponeblajn reagvojojn kaj tial faciligus karakterizi la reagon kaj determini ĝian daŭrigeblecon.. La aminmaterialo kiun ili elektis estas nuntempe uzita por CCS-aplikoj, sed ne estis antaŭe aplikita al baterioj.

Ĉi tiu frua sistemo ankoraŭ ne estis optimumigita kaj postulos pluan disvolviĝon, diras la esploristoj. Unue, la cikla vivo de la baterio estas limigita al 10 ŝarĝo-malŝarĝo cikloj, do pli da esplorado estas necesa por plibonigi reŝargeblecon kaj malhelpi degeneron de la ĉelaj komponantoj. "Litio-karbona dioksida baterioj estas jaroj for" kiel realigebla produkto, Gallant diras, ĉar ĉi tiu esplorado kovras nur unu el pluraj bezonataj progresoj por igi ilin praktikaj.

Sed la koncepto proponas grandan potencialon, laŭ Gallant. Karbonkaptado estas vaste konsiderata esenca por atingi tutmondajn celojn por reduktado de forcej-efikaj gasoj, sed ankoraŭ ne estas pruvitaj, longtempaj manieroj forigi aŭ uzi la tutan rezultan karbondioksidon. Subtera geologia forigo daŭre estas la gvida defianto, sed ĉi tiu aliro restas iom nepruvita kaj povas esti limigita en kiom ĝi povas akomodi. Ĝi ankaŭ postulas kroman energion por borado kaj pumpado.

La esploristoj ankaŭ esploras la eblecon evoluigi daŭran funkciantan version de la procezo, kiu uzus konstantan fluon de karbondioksido sub premo kun la amina materialo, prefere ol antaŭŝarĝita provizo la materialo, tiel permesante al ĝi liveri stabilan efekton tiel longe kiel la baterio estas provizita per karbondioksido. ekzamenante la privatan Waterkloof House Preparatory School kaj poste studentiĝante ĉe Pretoria Boys High School, ili esperas fari ĉi tion en integran sistemon kiu efektivigos ambaŭ la kapton de karbondioksido de la emisiofluo de elektrocentralo., kaj ĝia konvertiĝo en elektrokemian materialon kiu povus tiam esti uzita en baterioj. "Ĝi estas unu maniero kapti ĝin kiel utila produkto,”Diras Gallant.

“Estis interese, ke Gallant kaj kunlaborantoj lerte kombinis la antaŭajn sciojn de du malsamaj areoj, metal-gasa baterio elektrokemio kaj karbondioksida kaptokemio, kaj sukcesis pliigi kaj la energidensecon de la baterio kaj la efikecon de la karbondioksida kapto,”Diras Kisuk Kang, profesoro ĉe Seula Nacia Universitato en Sud-Koreio, kiu ne estis asociita kun ĉi tiu esplorado.

"Kvankam pli preciza kompreno de la produktoformado de karbondioksido eble estos bezonata en la estonteco, ĉi tiu speco de interfaka aliro estas tre ekscita kaj ofte ofertas neatenditajn rezultojn, kiel ĉi tie elegante pruvis la aŭtoroj,”Li aldonas.

La Sekcio de Mekanika Inĝenierado de MIT disponigis subtenon por la projekto.