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电池启发的碳固定策略

为难以捉摸的锂 - 空气电池而努力的科学家们发现了一种意想不到的方法来捕获和储存大气中的二氧化碳。 日本和中国的研究人员利用锂 - 二氧化碳电池的设计,开发了一种从气态二氧化碳中分离出固体碳尘的方法,并有可能通过同样的方法分离出氧气。 他们的工作将于8月9日出版,来自Cell Press的一份新的跨学科能源杂志Joule。
锂电池

由于二氧化碳对温室效应和全球变暖的贡献,将二氧化碳排放转化为其他含碳化合物是可取的。例如,从植物将二氧化碳转化为氧气和糖的自然过程到人造的过程,例如将二氧化碳注入岩层以被捕获为碳酸盐矿物。

二氧化碳固定的大多数物理和化学途径的问题是,他们的产品是需要进一步液化或压缩的气体和液体,并且不可避免地导致额外的能量消耗和更多的二氧化碳排放“,高级作者周浩申日本国家先进工业科学技术研究院和中国南京大学。 “相反,我们正在展示一种产生固体碳产品的二氧化碳固定的电化学策略,以及一个可以为该过程提供必要能量的锂 - 二氧化碳电池。

研究人员试图对锂 - 二氧化碳电池原型进行充电时遇到了碳固定策略。锂电池放电过程中产生的碳酸锂和碳会完全再生锂离子和二氧化碳,而不是像锂二氧化碳电池那样发生锂碳酸锂分解,产生额外的碳以及未被隔离的氧气由于与电池电解液快速反应。通常,这种积累会导致电池的物理降解和功能寿命缩短,但是相反,固体碳的沉积具有单独的优势,指出了以稳定且易于处理的形式固定碳的有希望的方法。

焦耳科学编辑Rahul Malik说:“这项工作令人印象深刻的是,可以将三分之一的二氧化碳物质转化为碳,理论能源效率高达70%以上。 “电池架构是一个无法预料的,​​但有趣的方式来看待碳固定”。

由于生成碳固体既实现碳固定降低电池性能,研究人员不能同时满足单一设备的两个目标。然而,通过在其设计中加入少量的钌金属作为催化剂,他们能够避免大量的碳沉积并且诱导更好的可逆性,将它们的碳固定装置转换成功能正常的Li-CO2电池。

碳固定和电池性能方面的一个挑战是从纯二氧化碳转移到环境空气,这是一个跳跃,可能允许在第一种情况下处理大气中的二氧化碳,并向理论上强大但尚未稳定的锂空气电池技术在第二种情况下。 Zhou说,固定技术也可能适用于从大气中清除其他有害或污染气体,如一氧化碳,二氧化硫,一氧化氮和二氧化氮。

展望未来,研究人员也对他们的系统的潜力感到兴奋,这可能导致将二氧化碳转化为纯碳和氧气的途径。 Zhou说:“充电时释放氧气,加上固体碳的积累,将实现类似于光合作用的电化学二氧化碳固定策略。

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