Новая литиевая батарея работает, всасывая CO2

Всем известно, что в мире существует серьезная проблема с выбросами углекислого газа, но учёные нашли потенциально экономически эффективный способ борьбы с избытком СО2  – литиевые батареи.

В течение многих лет ученые рассматривали способы захвата углерода и хранения его под землей или даже в океане. Но новая система оказывается экономически эффективнее всех существующих сегодня способов утилизации CO2.

Проблема с традиционными системами улавливания и секвестрации углерода (CCS), по мнению исследователей из Массачусетского технологического института, заключается в том, что, хотя они хорошо предотвращают проникновение CO2 в атмосферу и улавливание тепла, но для этого требуется очень много энергии.

Исследование, проведенное в 2014 году, предполагает, что CCS использует до 30 процентов мощности, генерируемой электростанцией, которая его выбрасывает. В конце концов, многие такие системы только захватывают CO2 и переводят его в твёрдую форму, но никак его не используют.

Отдельная отрасль науки о СО2 рассматривает способы превращения химического вещества в другие виды материалов, которые мы могли бы использовать в качестве топлива, что, по мнению многих исследователей, является предпочтительной стратегией, поскольку она одновременно решает несколько проблем.

В этом ключе команда в Массачусетском технологическом институте придумала систему батарей на основе лития, которая впитывает углекислый газ непосредственно из внутренних электростанций, превращая отработанный пар в электролит (CO2-загруженный) – одну из трех основных частей аккумулятора.

Литиево-углекислотные батареи обычно требуют использования металлических катализаторов, поскольку углекислый газ не очень реактивен. Проблема заключается в том, что катализаторы могут быть дорогими для источника, и связанные с ними химические реакции трудно контролировать.

Чтобы обойти это, команда, возглавляемая инженером-механиком Бетар Галлантом, добилась электрохимической конверсии двуокиси углерода без металлического катализатора, используя только углеродный электрод.

Ответ состоял в том, чтобы использовать CO2 в жидком состоянии, включив его в раствор аминов.

«Эти два химиката — водные амины и батареи электролитов – обычно не используются вместе, но мы обнаружили, что их комбинация придает новое и интересное поведение, которое может увеличить разрядное напряжение и обеспечить постоянное превращение диоксида углерода».

Исследование пока еще не готово для коммерческого использования, но эксперименты показывают, что использование аминов является конкурентоспособным по сравнению с другими схемами литиево-газовых батарей, хотя и тут есть определенные проблемы, которые ещё нужно решить.

В основном, батарея в настоящее время ограничена 10 циклами зарядки-разрядки – это очень серьезное ограничение, которое учёные планируют исправить в скором времени.

«Будущие исследования будут включать в себя разработку систем с более быстрым оборотом амина для приближения к непрерывной работе и увеличения количества циклов заряда-разряда, а также для увеличения пропускной способности», – пишут авторы в своей статье.

С каждым незначительным препятствием, которое проходят учёные, они приближаются к заветной цели – помогают решить одну из ключевых ключевых экологических проблем сегодняшнего мира.

«Литиево-углекислые батареи существуют уже много лет, – объясняет Галлант. – Но, по крайней мере, если мы сможем превратить CO2 в нечто вроде батарейного компонента, это «один из способов сделать его полезным продуктом».

Полученные результаты опубликованы в Joule.