Wetenschappers die aan de ongrijpbare lithium-luchtbatterij werkten, ontdekten een onverwachte benadering om koolstofdioxide op te vangen en op te slaan, weg van de atmosfeer. Een ontwerp gebruiken dat bedoeld is voor een lithium-CO ₂ accu, onderzoekers in Japan en China hebben een manier ontwikkeld om vast koolstofstof te isoleren van gasvormig koolstofdioxide, met het potentieel om ook zuurstofgas via dezelfde methode af te scheiden. Hun werk verschijnt 9 augustus in Joule , een nieuw interdisciplinair energietijdschrift van Cell Press.

Het omzetten van kooldioxide-emissies in andere koolstofhoudende verbindingen is wenselijk vanwege de bijdrage van kooldioxide aan het broeikaseffect en de opwarming van de aarde. Voorbeelden variëren van natuurlijke processen, zoals planten die CO . worden ₂ in zuurstof en suikers, aan door mensen gemaakte, zoals het injecteren van koolstofdioxide in rotsformaties om te worden gevangen als carbonaatmineralen.

"Het probleem met de meeste fysische en chemische routes voor CO ₂ fixatie is dat hun producten gassen en vloeistoffen zijn die verder vloeibaar moeten worden gemaakt of gecomprimeerd, en dat leidt onvermijdelijk tot extra energieverbruik en nog meer CO ₂ uitstoot, ", zegt senior auteur Haoshen Zhou van het Japanse National Institute of Advanced Industrial Science and Technology en de Chinese Nanjing University. "In plaats daarvan, we demonstreren een elektrochemische strategie voor CO ₂ fixatie die vaste koolstofproducten oplevert, evenals een lithium-CO ₂ batterij die de energie kan leveren die nodig is voor dat proces."

De onderzoekers kwamen de koolstoffixatiestrategie tegen toen ze probeerden een lithium-CO . op te laden ₂ batterij prototype. In plaats van lithiumionen en CO . volledig te regenereren ₂ van het lithiumcarbonaat en koolstof dat wordt geproduceerd tijdens het ontladen van de batterij, zoals zou zijn gebeurd met een omkeerbare Li-CO ₂ accu, het lithiumcarbonaat ontleedde, extra koolstof opleveren, evenals zuurstofgas dat niet werd geïsoleerd vanwege de snelle reactie met de elektrolyt van de batterij. Typisch, dit soort ophoping veroorzaakt fysieke degradatie en verminderde functionele levensduur van een batterij, maar in plaats daarvan, de afzetting van vaste koolstof heeft een apart voordeel, wijzend op een veelbelovende aanpak om koolstof in een stabiele en gemakkelijk weg te gooien vorm te fixeren.

"Wat indrukwekkend is aan dit werk, is de mogelijkheid om een ​​derde van de CO . om te zetten in ₂ soorten tot koolstof met een hoge theoretische energie-efficiëntie van meer dan 70%, " zegt Joule wetenschappelijk redacteur Rahul Malik. "Batterijarchitectuur is een onvoorziene maar intrigerende manier om naar koolstoffixatie te kijken."

Aangezien het genereren van koolstofvaste stoffen zowel zorgt voor koolstoffixatie, vermindert de batterijprestaties, de onderzoekers waren niet in staat om beide doelen tegelijkertijd binnen één apparaat te vervullen. Echter, door een kleine hoeveelheid rutheniummetaal in hun ontwerp op te nemen als katalysator, ze waren in staat om uitgebreide koolstofafzetting te voorkomen en een betere omkeerbaarheid te induceren, het omzetten van hun koolstoffixerende apparaat in een functionerende Li-CO ₂ accu.

Een resterende uitdaging voor zowel koolstoffixatie als batterijprestaties is om over te stappen van pure CO ₂ naar de omgevingslucht, een sprong die het mogelijk zou maken om atmosferische CO . te behandelen ₂ in het eerste geval en zou in het tweede geval doorgaan naar de theoretisch krachtige maar nog niet stabiele lithium-luchtbatterijtechnologie. De fixatietechniek kan ook worden aangepast om andere schadelijke of vervuilende gassen zoals koolmonoxide, zwaveldioxide, stikstofoxide, en stikstofdioxide uit de atmosfeer, Zegt Zhou.

Vooruit kijken, de onderzoekers zijn ook enthousiast over het potentieel van hun systeem om misschien te leiden tot een manier om koolstofdioxide om te zetten in zuivere koolstof en zuurstofgas. "Het bereiken van het vrijkomen van zuurstofgas bij het opladen, gekoppeld aan de ophoping van vaste koolstof, een elektrochemische kooldioxidefixatiestrategie zou realiseren analoog aan fotosynthese, ' zegt Zhou.