Батарея нового типу, розроблена дослідниками з MIT, може бути частково зроблена з вуглекислого газу, захопленого з електростанцій. Замість того, щоб намагатися перетворити вуглекислий газ на спеціалізовані хімічні речовини з використанням металевих каталізаторів, що в даний час дуже складно, ця батарея може безперервно перетворювати вуглекислий газ на твердий мінеральний карбонат у міру розрядки.
Незважаючи на те, що розробка нової акумуляторної батареї як і раніше заснована на дослідженнях на ранніх стадіях і далека від комерційного впровадження, вона може відкрити нові можливості для адаптації електрохімічних реакцій конверсії діоксиду вуглецю, що в кінцевому підсумку може сприяти скороченню викидів парникових газів в атмосферу.
Батарея зроблена від металу літію, вуглецю, і електроліту, який створили дослідники. Результати досліджень описані в науковому журналі Joule.
В даний час електростанції, обладнані системами вловлювання вуглецю, зазвичай використовують до 30 відсотків електроенергії, яку вони генерують, тільки для забезпечення захоплення, викиду і зберігання двоокису вуглецю. Дослідники кажуть, що все, що може знизити вартість цього процесу захоплення або може призвести до кінцевого продукту, що має цінність, може значно змінити економіку таких систем.
Однак «вуглекислий газ не дуже реактивний», пояснюють вчені, тому «спроба знайти нові шляхи реакції важлива». Як правило, єдиний спосіб змусити вуглекислий газ проявляти значну активність в електрохімічних умовах - це великі входи енергії у вигляді високих напружень, які можуть бути дорогим і неефективним процесом.
В ідеальному випадку газ буде піддаватися реакціям, які виробляють щось вартісне, наприклад корисний хімікат або паливо. Однак зусилля з електрохімічного перетворення, які зазвичай проводяться у воді, як і раніше стримуються високими енерговитратами і низькою селективністю вироблених хімічних речовин.
Вчені вивчали питання про те, чи можна використовувати хімію для вловлювання діоксиду вуглецю, двоокису електролітів - одну з трьох основних частин батареї - де захоплений газ потім може використовуватися під час розряду батареї для забезпечення вихідної потужності.
Цей підхід відрізняється від вивільнення вуглекислого газу назад в газову фазу для довгострокового зберігання, як використовується в даний час. Такий підхід, як правило, розглядає способи захоплення вуглекислого газу з електростанції через процес хімічної абсорбції, а потім або зберігання його в підземних резервуарах або хімічна зміна його в паливо або сировину.
Замість цього ця команда дослідників розробила новий підхід, який потенційно можна використовувати прямо в потоці відходів електростанції для виготовлення матеріалу для одного з основних компонентів батареї.
Хоча останнім часом зріс інтерес до розробки літій-вуглекислотних батарей, які використовують газ як реагент під час розряду, низька реакційна здатність вуглекислого газу, як правило, вимагає використання металевих каталізаторів, це не тільки дорого, але і їх функція залишається погано понятою, а реакції важко контролювати.
Однак, включивши до складу газ в рідкому стані, вчені знайшли спосіб домогтися електрохімічної конверсії двоокису вуглецю з використанням тільки вуглецевого електрода. Ключ полягає в тому, щоб попередньо активувати вуглекислий газ, включивши його в розчин амінів.
«Ми вперше показали, що цей метод активує вуглекислий газ для більш легкої електрохімії», - кажуть дослідники. «Ці дві хімії - водні аміни і неводні електроліти батареї - зазвичай не використовуються разом, але ми виявили, що їх комбінація надає нову і цікаву поведінку, яка може збільшити напругу розряду і забезпечити постійну конверсію діоксиду вуглецю».
Дослідники продемонстрували в серії експериментів, що такий підхід дійсно працює, і може виробляти літій-вуглекислотні батареї з напругою і ємністю, які є конкурентоспроможними порівняно з новітніми літієво-газовими батареями.
Ключем є розробка правильної системи електроліта.У дослідженні було вирішено використовувати неводний електроліт, так як це обмежило б доступні шляхи реакції і, отже, полегшило б опис реакції і визначення її життєздатності.
Ця рання система ще не оптимізована і потребує подальшого розвитку, кажуть дослідники. По-перше, термін служби батареї обмежений 10 циклами зарядки-розрядки, тому необхідні додаткові дослідження для поліпшення перезарядки і запобігання деградації компонентів комірки. «Літій-вуглекислотні батареї знаходяться на відстані декількох років» як життєздатний продукт, кажуть вчені, оскільки це дослідження охоплює тільки одне з декількох необхідних досягнень, щоб зробити такі батареї практичними.