新电池吃掉二氧化碳并将其转换成固体矿物

研究人员在麻省理工学院开发的新型电池可以部分从发电厂捕获的二氧化碳进行. 而不是试图二氧化碳转化为利用金属催化剂专门化学品, 这是目前极具挑战性, 该电池可以二氧化碳连续地转化成固体无机碳酸盐，因为它排出.

虽然仍然基于早期的研究和商业化部署远, 新电池制剂可以打开了新的途径用于定制电化学二氧化碳转化反应, 这可能最终有助于减少大气中的温室气体的排放.

将电池从锂金属制成, 碳, 和电解质的研究人员设计. 调查结果今天描述的日记 焦耳, 在机械工程Betar浩副教授的论文, 博士生阿里扎Khurram, 和博士后他明福.

目前, 电厂配备了碳捕集系统一般使用最多 30 电力的百分之他们刚刚产生的力拔头筹, 发布, 和二氧化碳的存储. 凡是可以减少拍摄过程中的成本, 或者，可以得到具有价值最终产品, 可能显著改变这种系统的经济, 研究人员说，.

然而, “二氧化碳不是非常具有反应性,”浩解释, 所以“试图寻找新的反应途径是非常重要的。”一般, 获得二氧化碳的电化学条件下表现出显著活性的唯一方法是使用在高电压的形式大的能量输入, 这可能是昂贵和低效的过程. 理想的情况下, 气体将经历产生一些有意义的事情反应, 如一个有用的化学或燃料. 然而, 在电化学转化力度, 通常在水中进行, 保持由高能量的输入和所产生的化学物质的选择性差受阻.

浩和她的同事, 其专长与非水相有关 (非水性) 电化学反应，例如锂基电池的基础反应, 研究是否可以使用二氧化碳捕获化学来制造载有二氧化碳的电解质——电池的三个基本部分之一——然后可以在电池放电期间使用捕获的气体来提供功率输出.

这种方法不同于将二氧化碳释放回气相进行长期储存, 现在用于碳捕获和封存, 或CCS. 该领域通常着眼于通过化学吸收过程从发电厂中捕获二氧化碳，然后将其储存在地下地层中或通过化学方法将其转化为燃料或化学原料的方法.

代替, 该团队开发了一种新方法，该方法有可能直接用于发电厂废物流中，为电池的主要组件之一制造材料.

虽然最近人们对锂-二氧化碳电池的开发产生了兴趣, 在放电过程中使用气体作为反应物, 二氧化碳的低反应性通常需要使用金属催化剂. 这些不仅贵, 但它们的功能仍然知之甚少, 和反应难以控制.

通过将气体加入液态, 然而, Gallant 和她的同事找到了一种仅使用碳电极实现二氧化碳电化学转化的方法. 关键是通过将二氧化碳加入胺溶液中来预活化二氧化碳.

“我们第一次展示的是，这项技术可以激活二氧化碳，从而实现更简便的电化学,” 加兰特说. “这两种化学物质——水性胺和非水性电池电解质——通常不会一起使用, 但我们发现它们的组合赋予了新的和有趣的行为，可以增加放电电压并允许二氧化碳的持续转化。”

他们通过一系列实验表明这种方法确实有效, 并能生产出电压和容量与最先进的锂气电池相媲美的二氧化碳锂电池. 此外, 胺作为分子促进剂，在反应中不被消耗.

关键是开发正确的电解质系统, 库拉姆解释说. 在这个最初的概念验证研究中, 他们决定使用非水电解质，因为它会限制可用的反应途径，因此更容易表征反应并确定其可行性. 他们选择的胺材料目前用于 CCS 应用, 但之前并未应用于电池.

这个早期的系统尚未优化，需要进一步开发, 研究人员说，. 对于一件事, 电池的循环寿命仅限于 10 充放电循环, 所以需要更多的研究来提高可充电性和防止电池组件的退化. “锂二氧化碳电池还需要数年时间”成为可行的产品, 加兰特 说, 因为这项研究只涵盖了使它们实用的几个必要进步中的一个.

但这个概念提供了巨大的潜力, 根据加兰特. 碳捕获被广泛认为对于实现减少温室气体排放的全球目标至关重要, 但尚未证实, 处理或使用所有产生的二氧化碳的长期方法. 地下地质处置仍是主要竞争者, 但是这种方法仍然有些未经证实，并且可能会限制它可以容纳的数量. 它还需要额外的能量来进行钻孔和泵送.

研究人员还在研究开发该过程的连续操作版本的可能性, 这将在压力下使用稳定的二氧化碳流和胺材料, 而不是预装供应材料, 因此只要电池供应二氧化碳，它就可以提供稳定的功率输出. 最终，, 他们希望将其变成一个集成系统，从发电厂的排放流中捕获二氧化碳, 并将其转化为可用于电池的电化学材料. “这是将其作为有用产品进行隔离的一种方式,” 加兰特说.

“有趣的是，Gallant 和同事巧妙地结合了来自两个不同领域的先验知识, 金属气体电池电化学和二氧化碳捕获化学, 并成功地提高了电池的能量密度和二氧化碳捕获的效率,” Kisuk Kang 说, 韩国首尔国立大学教授, 谁与这项研究无关.

“可能需要在将来从二氧化碳产物形成的尽管更精确的理解, 这种跨学科的方法是非常令人兴奋的，经常提供意想不到的结果, 这里展示了优雅的作者,“康补充.

机械工程的麻省理工学院的部门为该项目提供支持.