Ett flödesschema över energilagring och kolfixering med Li-CO2-teknik. Kredit:Qiao et al.
Forskare som arbetar mot det svårfångade litium-luftbatteriet upptäckte ett oväntat tillvägagångssätt för att fånga och lagra koldioxid borta från atmosfären. Använder en design avsedd för en litium-CO 2 batteri, forskare i Japan och Kina har utvecklat ett sätt att isolera fast koldamm från gasformig koldioxid, med potential att även separera ut syrgas genom samma metod. Deras verk visas 9 augusti i Joule , en ny tvärvetenskaplig energitidskrift från Cell Press.
Att omvandla koldioxidutsläpp till andra kolhaltiga föreningar är önskvärt på grund av koldioxidens bidrag till växthuseffekten och den globala uppvärmningen. Exempel sträcker sig från naturliga processer, som växter som vänder CO 2 till syre och socker, till konstgjorda, som att injicera koldioxid i bergformationer för att fångas som karbonatmineraler.
"Problemet med de flesta fysikaliska och kemiska vägar för CO 2 fixering är att deras produkter är gaser och vätskor som behöver göras ytterligare flytande eller komprimeras, och det leder oundvikligen till ytterligare energiförbrukning och ännu mer CO 2 utsläpp, " säger seniorförfattaren Haoshen Zhou från Japans nationella institut för avancerad industriell vetenskap och teknologi och Kinas Nanjing University. "Istället, vi visar en elektrokemisk strategi för CO 2 fixering som ger fasta kolprodukter, samt en litium-CO 2 batteri som kan ge den energi som krävs för den processen."
Forskarna stötte på kolfixeringsstrategin när de försökte ladda upp en litium-CO 2 batteri prototyp. Istället för att helt regenerera litiumjoner och CO 2 från litiumkarbonat och kol som produceras under batteriurladdning, som skulle ha skett med en reversibel Li-CO 2 batteri, litiumkarbonatet sönderdelade, ger ytterligare kol, samt syrgas som inte isolerades på grund av snabb reaktion med batterielektrolyten. Vanligtvis, denna typ av uppbyggnad orsakar fysisk försämring och minskad funktionell livslängd för ett batteri, men istället, avsättningen av fast kol har en separat fördel, pekar på ett lovande tillvägagångssätt för att fixera kol i en stabil och lättskött form.
"Det som är imponerande med detta arbete är möjligheten att omvandla en tredjedel av CO 2 arter till kol med en hög teoretisk energieffektivitet över 70 %, " säger Joule vetenskaplig redaktör Rahul Malik. "Batteriarkitektur är ett oförutsett men spännande sätt att se på kolfixering."
Eftersom generering av kolfasta ämnen båda inser att kolfixering minskar batteriets prestanda, forskarna kunde inte samtidigt uppfylla båda målen inom en enda enhet. Dock, genom att införliva en liten mängd ruteniummetall i deras design som en katalysator, de kunde undvika omfattande kolavsättning och inducera bättre reversibilitet, omvandlar sin kolfixeringsapparat till en fungerande Li-CO 2 batteri.
En återstående utmaning för både kolfixering och batteriprestanda är att gå från ren CO 2 till omgivande luft, ett hopp som potentiellt skulle möjliggöra behandling av atmosfärisk CO 2 i det första fallet och skulle gå vidare mot den teoretiskt kraftfulla men ännu inte stabila litium-luftbatteritekniken i det andra fallet. Fixeringstekniken kan också anpassas för att skrubba andra skadliga eller förorenande gaser som kolmonoxid, svaveldioxid, kväveoxid, och kvävedioxid från atmosfären, säger Zhou.
Blickar framåt, forskarna är också entusiastiska över deras system potential att kanske leda till en väg för att omvandla koldioxid till rent kol och syrgas. "Att uppnå utsläpp av syrgas vid laddning, i kombination med ackumulering av fast kol, skulle förverkliga en elektrokemisk koldioxidfixeringsstrategi analog med fotosyntes, säger Zhou.
