PH-gradientflödescellen har två kanaler:den ena innehåller en vattenlösning som är fylld med koldioxid (lågt pH) och den andra som innehåller en vattenlösning som fylls med omgivande luft (högt pH). PH -gradienten får joner att flyta över membranet, skapa en spänningsskillnad mellan de två elektroderna och få elektroner att flöda längs en tråd som förbinder elektroderna. Upphovsman:Kim et al. © 2017 American Chemical Society
(Phys.org) —Forskare har utvecklat en typ av laddningsbart batteri som kallas en flödescell som kan laddas med en vattenbaserad lösning som innehåller löst koldioxid (CO 2 ) som avges från fossila kraftverk. Enheten fungerar genom att dra fördel av CO 2 koncentrationsskillnad mellan CO 2 utsläpp och luft, som i slutändan kan användas för att generera el.
Den nya flödescellen ger en genomsnittlig effekttäthet på 0,82 W/m 2 , vilket är nästan 200 gånger högre än värden som erhållits med tidigare liknande metoder. Även om det ännu inte är klart om processen kan vara ekonomiskt livskraftig i stor skala, de tidiga resultaten verkar lovande och kan förbättras ytterligare med framtida forskning.
Forskarna, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, och Christopher A. Gorski vid Pennsylvania State University, har publicerat en uppsats om den nya metoden för CO 2 -om elkonvertering i ett nyligen utgåva av Environmental Science &Technology Letters .
"Detta arbete erbjuder ett alternativ, enklare sätt att fånga energi från CO 2 utsläpp jämfört med befintlig teknik som kräver dyra katalysatormaterial och mycket höga temperaturer för att omvandla CO 2 till användbara bränslen, "Berättade Gorski Phys.org .
Medan kontrasten mellan gråvit rök mot en blå himmel illustrerar den negativa miljöpåverkan av förbränning av fossila bränslen, den stora skillnaden i CO 2 koncentrationen mellan de två gaserna är också det som ger en outnyttjad energikälla för elproduktion.
För att utnyttja den potentiella energin i denna koncentrationsskillnad, forskarna löste först upp CO 2 gas och omgivande luft i separata behållare med en vattenlösning, i en process som kallas sparging. I slutet av denna process, kompaniet 2 -sparad lösning bildar bikarbonatjoner, vilket ger det ett lägre pH-värde på 7,7 jämfört med den luftskadade lösningen, som har ett pH på 9,4.
Efter sparning, forskarna injicerade varje lösning i en av två kanaler i en flödescell, skapa en pH -gradient i cellen. Flödescellen har elektroder på motsatta sidor av de två kanalerna, tillsammans med ett semi-poröst membran mellan de två kanalerna som förhindrar omedelbar blandning samtidigt som joner fortfarande kan passera. På grund av pH -skillnaden mellan de två lösningarna, olika joner passerar genom membranet, skapa en spänningsskillnad mellan de två elektroderna och få elektroner att flöda längs en tråd som förbinder elektroderna.
Efter att flödescellen har urladdats, den kan laddas igen genom att byta kanal som lösningarna flyter igenom. Genom att byta lösning som flyter över varje elektrod, laddningsmekanismen vänds så att elektronerna flödar i motsatt riktning. Tester visade att cellen bibehåller sin prestanda under 50 cykler med alternerande lösningar.
Resultaten visade också att ju högre pH -skillnad mellan de två kanalerna, desto högre genomsnittlig effekttäthet. Även om pH-gradientflödescellen uppnår en effekttäthet som är hög jämfört med liknande celler som omvandlar avfall CO 2 till el, det är fortfarande mycket lägre än effekttätheten hos bränslecellsystem som kombinerar CO 2 med andra bränslen, som H. 2 .
Dock, den nya flödescellen har vissa fördelar jämfört med dessa andra enheter, till exempel dess användning av billiga material och rumstemperaturdrift. Dessa funktioner gör flödescellen attraktiv för praktiska tillämpningar vid befintliga kraftverk.
"Ett system som innehåller många identiska flödesceller skulle installeras vid kraftverk som förbränner fossila bränslen, "Gorski sa." Rökgasen som släpps ut från förbränning av fossila bränslen måste förkylas, bubblade sedan genom en behållare med vatten som kan pumpas genom flödescellerna. "
I framtiden, forskarna planerar att ytterligare förbättra flödescellens prestanda.
"Vi söker för närvarande hur lösningsförhållandena kan optimeras för att maximera mängden producerad energi, "Gorski sa." Vi undersöker också om vi kan lösa upp kemikalier i vattnet som uppvisar pH-beroende redoxegenskaper, så att vi kan öka mängden energi som kan återvinnas. Det senare tillvägagångssättet skulle vara analogt med ett flödesbatteri, som reducerar och oxiderar upplösta kemikalier i vattenlösningar, förutom att vi får dem att reduceras och oxideras här genom att ändra lösningens pH med CO 2 . "
© 2017 Phys.org
