Преобразование выбросов диоксида углерода в другие углеродсодержащие соединения желательно из-за вклада диоксида углерода в парниковый эффект и глобальное потепление. Примеры варьируются от естественных процессов, таких как превращение СО2 в кислород и сахар на заводах, до техногенных процессов, таких как закачка углекислого газа в горные породы для улавливания их в виде карбонатных минералов.«Проблема с большинством физических и химических путей фиксации CO2 заключается в том, что их продуктами являются газы и жидкости, которые необходимо дополнительно сжижать или сжимать, что неизбежно приводит к дополнительному потреблению энергии и даже большему количеству выбросов CO2», — говорит старший автор книги Хаошэнь Чжоу.
Японский национальный институт передовых промышленных наук и технологий и Нанкинский университет Китая. «Вместо этого мы демонстрируем электрохимическую стратегию фиксации CO2, которая дает твердые углеродные продукты, а также литий-углекислый аккумулятор, который может обеспечить энергию, необходимую для этого процесса».Исследователи столкнулись со стратегией фиксации углерода при попытке перезарядить прототип литиево-углекислотной батареи.
Вместо полной регенерации ионов лития и CO2 из карбоната лития и углерода, образующегося при разряде батареи, как это произошло бы с обратимой батареей Li-CO2, карбонат лития разложился, дав дополнительный углерод, а также газообразный кислород, который не был изолирован. из-за быстрой реакции с электролитом аккумулятора. Как правило, такой вид отложений вызывает физическую деградацию и сокращение срока службы батареи, но вместо этого отложение твердого углерода имеет отдельное преимущество, указывая на многообещающий подход к фиксации углерода в стабильной и легко утилизируемой форме. .«Что впечатляет в этой работе, так это возможность преобразовать одну треть углекислого газа в углерод с высокой теоретической энергоэффективностью выше 70%», — говорит научный редактор Joule Рахул Малик. «Архитектура батареи — это неожиданный, но интригующий способ взглянуть на фиксацию углерода».
Поскольку образование твердых частиц углерода приводит к снижению эффективности аккумуляторов, исследователи не смогли одновременно удовлетворить обе цели в одном устройстве. Однако, включив небольшое количество металлического рутения в свою конструкцию в качестве катализатора, они смогли избежать обширного отложения углерода и улучшить обратимость, превратив свое устройство фиксации углерода в работающую батарею Li-CO2.Остающейся проблемой как для фиксации углерода, так и для производительности батареи является переход от чистого CO2 к окружающему воздуху, скачок, который потенциально позволит очистить атмосферный CO2 в первом случае и продвинется к теоретически мощному, но еще не стабильному литий-воздуху.
Аккумуляторная технология во втором случае. По словам Чжоу, метод фиксации также может быть адаптирован для очистки атмосферы от других вредных или загрязняющих газов, таких как оксид углерода, диоксид серы, оксид азота и диоксид азота.
Заглядывая вперед, исследователи также воодушевлены потенциалом их системы, которая, возможно, приведет к превращению углекислого газа в чистый углерод и газообразный кислород. «Достижение выделения газообразного кислорода при зарядке в сочетании с накоплением твердого углерода позволило бы реализовать стратегию электрохимической фиксации диоксида углерода, аналогичную фотосинтезу», — говорит Чжоу.