Batteriet kan genoplades med kuldioxid

(Phys.org) – Forskere har udviklet en type genopladeligt batteri kaldet en flowcelle, der kan genoplades med en vandbaseret opløsning indeholdende opløst kuldioxid (CO) ₂ ) udledes fra kraftværker med fossilt brændsel. Enheden fungerer ved at udnytte CO ₂ koncentrationsforskel mellem CO ₂ emissioner og omgivende luft, som i sidste ende kan bruges til at producere elektricitet.

Den nye flowcelle producerer en gennemsnitlig effekttæthed på 0,82 W/m ² , hvilket er næsten 200 gange højere end værdier opnået ved brug af tidligere lignende metoder. Selvom det endnu ikke er klart, om processen kan være økonomisk rentabel i stor skala, de tidlige resultater ser lovende ud og kan forbedres yderligere med fremtidig forskning.

Forskerne, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, og Christopher A. Gorski ved Pennsylvania State University, har udgivet et papir om den nye metode til CO ₂ -til-el konvertering i et nyligt nummer af Miljøvidenskab og teknologibreve .

"Dette arbejde tilbyder et alternativ, enklere måde at opfange energi fra CO ₂ emissioner sammenlignet med eksisterende teknologier, der kræver dyre katalysatormaterialer og meget høje temperaturer for at omdanne CO ₂ til nyttige brændstoffer, " fortalte Gorski Phys.org .

Mens kontrasten af ​​grå-hvid røg mod en blå himmel illustrerer den negative miljøpåvirkning af afbrænding af fossile brændstoffer, den store forskel i CO ₂ koncentrationen mellem de to gasser er også det, der giver en uudnyttet energikilde til at generere elektricitet.

For at udnytte den potentielle energi i denne koncentrationsforskel, forskerne opløste først CO ₂ gas og omgivende luft i separate beholdere af en vandig opløsning, i en proces kaldet sparging. I slutningen af ​​denne proces, CO ₂ -sprøjtet opløsning danner bikarbonationer, hvilket giver den en lavere pH på 7,7 sammenlignet med den luftsprøjtede opløsning, som har en pH på 9,4.

Efter sparring, forskerne injicerede hver opløsning i en af ​​to kanaler i en flowcelle, skabe en pH-gradient i cellen. Flowcellen har elektroder på modsatte sider af de to kanaler, sammen med en semi-porøs membran mellem de to kanaler, der forhindrer øjeblikkelig blanding, mens den stadig tillader ioner at passere igennem. På grund af pH-forskellen mellem de to opløsninger, forskellige ioner passerer gennem membranen, skabe en spændingsforskel mellem de to elektroder og få elektroner til at flyde langs en ledning, der forbinder elektroderne.

Efter flowcellen er afladet, den kan genoplades ved at skifte de kanaler, som opløsningerne strømmer igennem. Ved at skifte opløsningen, der flyder over hver elektrode, lademekanismen vendes, så elektronerne strømmer i den modsatte retning. Tests viste, at cellen bibeholder sin ydeevne over 50 cyklusser med alternerende løsninger.

Resultaterne viste også, at jo højere pH-forskel mellem de to kanaler, jo højere den gennemsnitlige effekttæthed. Selvom pH-gradient flowcellen opnår en effekttæthed, der er høj sammenlignet med lignende celler, der omdanner affalds-CO ₂ til elektricitet, det er stadig meget lavere end effekttæthederne for brændselscellesystemer, der kombinerer CO ₂ med andre brændstoffer, såsom H ₂ .

Imidlertid, den nye flowcelle har visse fordele i forhold til disse andre enheder, såsom brugen af ​​billige materialer og stuetemperaturdrift. Disse funktioner gør flowcellen attraktiv til praktiske anvendelser på eksisterende kraftværker.

"Et system indeholdende adskillige identiske flowceller ville blive installeret på kraftværker, der forbrænder fossile brændstoffer, " sagde Gorski. "Røggassen, der udsendes fra forbrænding af fossilt brændstof, skal forkøles, boblede derefter gennem et reservoir af vand, der kan pumpes gennem flowcellerne."

I fremtiden, forskerne planlægger at forbedre flowcellens ydeevne yderligere.

"Vi søger i øjeblikket at se, hvordan løsningsforholdene kan optimeres for at maksimere mængden af ​​produceret energi, " sagde Gorski. "Vi undersøger også, om vi kan opløse kemikalier i vandet, der udviser pH-afhængige redoxegenskaber, således at vi kan øge mængden af ​​energi, der kan genvindes. Sidstnævnte tilgang ville være analog med et flowbatteri, som reducerer og oxiderer opløste kemikalier i vandige opløsninger, bortset fra at vi får dem til at blive reduceret og oxideret her ved at ændre opløsningens pH med CO ₂ ."

© 2017 Phys.org