(Phys.org)—Onderzoekers hebben een type oplaadbare batterij ontwikkeld, een stroomcel genaamd, die kan worden opgeladen met een oplossing op waterbasis die opgeloste koolstofdioxide (CO ₂ ) uitgestoten door fossiele energiecentrales. Het apparaat werkt door gebruik te maken van de CO ₂ concentratieverschil tussen CO ₂ emissies en omgevingslucht, die uiteindelijk kan worden gebruikt om elektriciteit op te wekken.

De nieuwe stroomcel produceert een gemiddelde vermogensdichtheid van 0,82 W/m ² , wat bijna 200 keer hoger is dan waarden die zijn verkregen met eerdere vergelijkbare methoden. Hoewel het nog niet duidelijk is of het proces op grote schaal economisch haalbaar is, de eerste resultaten lijken veelbelovend en kunnen met toekomstig onderzoek verder worden verbeterd.

De wetenschappers, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, en Christopher A. Gorski aan de Pennsylvania State University, hebben een paper gepubliceerd over de nieuwe methode van CO ₂ -naar-elektriciteit conversie in een recente uitgave van Brieven over milieuwetenschap en technologie .

"Dit werk biedt een alternatief, eenvoudigere manier om energie uit CO . te halen ₂ emissies in vergelijking met bestaande technologieën die dure katalysatormaterialen en zeer hoge temperaturen vereisen om CO . om te zetten ₂ in bruikbare brandstoffen, " vertelde Gorski Phys.org .

Terwijl het contrast van grijs-witte rook tegen een blauwe lucht de nadelige milieu-impact illustreert van het verbranden van fossiele brandstoffen, het grote verschil in CO ₂ concentratie tussen de twee gassen is ook wat zorgt voor een onaangeboorde energiebron voor het opwekken van elektriciteit.

Om de potentiële energie in dit concentratieverschil te benutten, de onderzoekers losten eerst CO . op ₂ gas en omgevingslucht in afzonderlijke containers van een waterige oplossing, in een proces dat sparging wordt genoemd. Aan het einde van dit proces, de CO ₂ - doorgespoelde oplossing vormt bicarbonaationen, waardoor het een lagere pH van 7,7 heeft in vergelijking met de met lucht gespoelde oplossing, met een pH van 9,4.

Na het sparren, de onderzoekers injecteerden elke oplossing in een van de twee kanalen in een stroomcel, het creëren van een pH-gradiënt in de cel. De stroomcel heeft elektroden aan weerszijden van de twee kanalen, samen met een semi-poreus membraan tussen de twee kanalen dat onmiddellijke vermenging voorkomt en toch ionen doorlaat. Vanwege het pH-verschil tussen de twee oplossingen, verschillende ionen passeren het membraan, een spanningsverschil tussen de twee elektroden creëren en ervoor zorgen dat elektronen langs een draad stromen die de elektroden verbindt.

Nadat de stroomcel wordt ontladen, het kan weer worden opgeladen door de kanalen te wisselen waar de oplossingen doorheen stromen. Door de oplossing die over elke elektrode stroomt om te schakelen, het laadmechanisme wordt omgekeerd zodat de elektronen in de tegenovergestelde richting stromen. Tests toonden aan dat de cel zijn prestaties behoudt gedurende 50 cycli van afwisselende oplossingen.

De resultaten toonden ook aan dat, hoe hoger het pH-verschil tussen de twee kanalen, hoe hoger de gemiddelde vermogensdichtheid. Hoewel de stroomcel met pH-gradiënt een hoge vermogensdichtheid bereikt in vergelijking met vergelijkbare cellen die afval CO . omzetten ₂ naar elektriciteit, het is nog steeds veel lager dan de vermogensdichtheden van brandstofcelsystemen die CO . combineren ₂ met andere brandstoffen, zoals H ₂ .

Echter, de nieuwe stroomcel heeft bepaalde voordelen ten opzichte van deze andere apparaten, zoals het gebruik van goedkope materialen en werking bij kamertemperatuur. Deze eigenschappen maken de stroomcel aantrekkelijk voor praktische toepassingen bij bestaande elektriciteitscentrales.

"Een systeem met talrijke identieke stroomcellen zou worden geïnstalleerd bij elektriciteitscentrales die fossiele brandstoffen verbranden, "Zei Gorski. "Het rookgas dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen zou moeten worden voorgekoeld, vervolgens geborreld door een reservoir met water dat door de stroomcellen kan worden gepompt."

In de toekomst, de onderzoekers zijn van plan om de prestaties van de stroomcel verder te verbeteren.

"We zijn momenteel aan het kijken hoe de omstandigheden van de oplossing kunnen worden geoptimaliseerd om de hoeveelheid geproduceerde energie te maximaliseren, "Zei Gorski. "We onderzoeken ook of we chemicaliën in het water kunnen oplossen die pH-afhankelijke redox-eigenschappen vertonen, waardoor we de hoeveelheid energie die kan worden teruggewonnen vergroten. De laatste benadering zou analoog zijn aan een stroombatterij, die opgeloste chemicaliën in waterige oplossingen vermindert en oxideert, behalve dat we ervoor zorgen dat ze hier worden gereduceerd en geoxideerd door de pH van de oplossing te veranderen met CO ₂ ."

© 2017 Fys.org