En batteri-inspireret strategi for carbonfiksering

Forskere, der arbejder hen imod det undvigende lithium-luftbatteri, opdagede en uventet tilgang til at opfange og opbevare kuldioxid væk fra atmosfæren. Brug af et design beregnet til en lithium-CO ₂ batteri, forskere i Japan og Kina har udviklet en måde at isolere fast kulstofstøv fra gasformig kuldioxid, med potentiale til også at udskille iltgas gennem samme metode. Deres arbejde vises den 9. august i Joule , et nyt tværfagligt energitidsskrift fra Cell Press.

Konvertering af kuldioxidemissioner til andre kulstofholdige forbindelser er ønskeligt på grund af kuldioxids bidrag til drivhuseffekten og den globale opvarmning. Eksempler spænder fra naturlige processer, såsom planter, der omdanner CO ₂ til ilt og sukker, til menneskeskabte, såsom at injicere kuldioxid i klippeformationer for at blive fanget som carbonatmineraler.

"Problemet med de fleste fysiske og kemiske veje for CO ₂ fiksering er, at deres produkter er gasser og væsker, der skal gøres mere flydende eller komprimeret, og det fører uundgåeligt til yderligere energiforbrug og endnu mere CO ₂ emissioner, " siger seniorforfatter Haoshen Zhou fra Japans National Institute of Advanced Industrial Science and Technology og Kinas Nanjing University. "I stedet, vi demonstrerer en elektrokemisk strategi for CO ₂ fiksering, der giver faste kulstofprodukter, samt en lithium-CO ₂ batteri, der kan levere den nødvendige energi til den proces."

Forskerne stødte på kulstoffikseringsstrategien, da de forsøgte at genoplade en lithium-CO ₂ batteri prototype. I stedet for fuldt ud at regenerere lithium-ioner og CO ₂ fra lithiumkarbonat og kulstof produceret under batteriafladning, som ville have fundet sted med en reversibel Li-CO ₂ batteri, lithiumcarbonatet nedbrydes, giver yderligere kulstof, samt iltgas, der ikke blev isoleret på grund af hurtig reaktion med batterielektrolytten. Typisk, denne form for opbygning forårsager fysisk nedbrydning og reduceret funktionel levetid for et batteri, men i stedet, aflejringen af ​​fast kulstof har en separat fordel, peger på en lovende tilgang til at fikse kulstof i en stabil og let-at-kassere form.

"Det, der er imponerende ved dette arbejde, er muligheden for at omdanne en tredjedel af CO ₂ arter til kulstof med en høj teoretisk energieffektivitet over 70 %, " siger Joule videnskabelig redaktør Rahul Malik. "Batteriarkitektur er en uforudset, men spændende måde at se på kulstoffiksering."

Da generering af carbon-faststoffer både indser, at carbonfiksering reducerer batteriets ydeevne, forskerne var ikke i stand til samtidig at opfylde begge mål inden for en enkelt enhed. Imidlertid, ved at inkorporere en lille mængde rutheniummetal i deres design som katalysator, de var i stand til at undgå omfattende kulstofaflejringer og inducere bedre reversibilitet, konvertere deres kulstoffikseringsapparat til en fungerende Li-CO ₂ batteri.

En tilbageværende udfordring for både kulstoffiksering og batteriydelse er at gå fra ren CO ₂ til den omgivende luft, et spring, der potentielt ville give mulighed for at behandle atmosfærisk CO ₂ i det første tilfælde og ville gå videre mod den teoretisk kraftfulde, men endnu ikke-stabile lithium-luft batteriteknologi i det andet tilfælde. Fikseringsteknikken kan også tilpasses til at skrubbe andre skadelige eller forurenende gasser såsom kulilte, Svovldioxid, nitrogenoxid, og nitrogendioxid fra atmosfæren, siger Zhou.

Ser frem til, forskerne er også begejstrede for deres systems potentiale til måske at føre til en vej til at omdanne kuldioxid til ren kulstof og iltgas. "Opnåelse af frigivelse af oxygengas ved opladning, kombineret med ophobning af fast kulstof, ville realisere en elektrokemisk kuldioxidfikseringsstrategi analog med fotosyntese, " siger Zhou.