Nová studie, jak postavit baterie z tenkého vzduchu pro uhlík-negativní automobily

  • Phillip Hopkins
  • 0
  • 2684
  • 805
Zde znázorněné uhlíkové nanotrubice by mohly být vyrobeny z oxidu uhličitého získaného z atmosféry; mohli bychom je použít k vytvoření uhlíkově negativních baterií. Andrzej Wojcicki / Getty Images

Boj o zpomalení globálního oteplování se většinou zaměřil na odstavení lidí od spalování fosilních paliv, které emitují oxid uhličitý a přispívají ke skleníkovému efektu. Bylo také vyvinuto velké úsilí k nalezení způsobů, jak zachytit CO2 ven ze vzduchu a umístěte ho někam, kde nemůže ublížit. Dokonalým řešením by samozřejmě bylo dosáhnout obou věcí najednou. Co kdybyste mohli vzít CO2 z atmosféry a používejte jej jako čistší zdroj energie, což snižuje potřebu spalování fosilních paliv?

Vědci z univerzit Vanderbilt a George Washington možná našli způsob, jak to udělat. V článku publikovaném dnes v časopise American Chemical Society ACS Central Science popisují proces extrakce uhlíku z atmosférického CO2, a pak jej použít k výrobě uhlíkových nanotrubic. Nanotrubice by pak byly použity k nahrazení grafitových elektrod v lithium-iontových bateriích pro automobily na elektrický pohon. 

Teoreticky bychom mohli vytvořit nejen elektricky neutrální, ale uhlíkově negativní elektrická auta, která ukládají energii a působí proti poškození životního prostředí v minulosti.

„Vzhledem k jejich lepšímu výkonu, předpokládaným nízkým nákladům a schopnosti odstranit skleníkový plyn je pravděpodobné, že automobily vybavené uhlíkovými nanotrubičovými bateriemi se stanou normou,“ říká jeden z vědců, profesor chemie GWU Stuart Licht, e-mailem.

V tiskové zprávě, která oznamuje vývoj, Vanderbilt, asistent strojního inženýrství Cary Pint, řekl: „Představte si svět, ve kterém by každé nové elektrické vozidlo nebo instalace baterie v měřítku umožnilo nejen překonat environmentální hříchy naší minulosti, říká, ale také poskytnout krok našim dětem k udržitelné budoucnosti. ““

Jak by to fungovalo?

Nová metoda výroby baterií používá proces, který vyvinul Licht a jeho kolegové z GWU pro zachycování uhlíku a jeho použití k výrobě uhlíkových nanovláken, které lze spojit a vytvářet nanotrubice. Tento proces zahrnuje nasazení koncentrované sluneční energie k vytvoření roztavené lázně chemikálií, která dosahuje 1 379 ° F (749 ° C). Když je do článku přidán vzduch, oxid uhličitý se rozpustí, když je vystaven teplu a stejnosměrnému proudu z niklových a ocelových elektrod.

Solární termální elektrochemický proces (STEP) převádí atmosférický oxid uhličitý na uhlíkové nanotrubice, které lze použít v pokročilých bateriích. Univerzita Julie Turner / Vanderbilt

Jak se plyn rozkládá, uhlíkové molekuly ulpívají na elektrodách a vytvářejí se v nanovláknech. Poté, co Licht a jeho tým zveřejnili svou práci v roce 2015, slíbili, že to bude potenciální hráč na změnu her. Nejen, že poskytla metodu pro vytváření uhlíkových nanovláken, která byla levnější než předchozí metody, ale také nabídla způsob, jak extrahovat obrovské množství oxidu uhličitého z atmosféry. 

Když byl tento vývoj oznámen minulý rok, Licht řekl, že zamýšlel postavit řadu obrovských C02-do nanovlákenných rostlin velikosti měst na řídce osídlených místech, jako je australský vnitrozemí a pouště Sahara a Mojave.

Vzhledem k tomu, že je to velmi silný a zároveň lehký uhlíkový nanovlákno, bylo nabízeno jako materiál budoucnosti pro vše od mrakodrapových nosníků po letadlové trupy. Ale uhlíkové nanotrubičky vyrobené z takových vláken jsou také skvělé pro výrobu baterií, protože jejich velký povrch jim umožňuje ukládat více náboje než jiné formy uhlíku. V roce 2010 vědci z Massachusetts Institute of Technology vytvořili experimentální baterii s uhlíkovými nanotrubicemi, která měla o třetinu větší kapacitu než konvenční lithium-iontová baterie, a 10krát vyšší výkon.

Vědci GW a Vanderbilt hlásí, že lithium-iontová baterie s uhlíkovými nanotrubičovými elektrodami také funguje o něco lépe než konvenční lithium-iontová baterie, a že podpora se zesílí, když se baterie rychle nabije.

Když použili nanotrubice k nahrazení grafitových elektrod v sodno-iontové baterii, což je další typ úložiště, dostali ještě větší zlepšení - asi 3,5krát vyšší výkon. Oba typy baterií vybavené uhlíkovými nanotrubicemi úspěšně vydržely 10 týdnů nepřetržitého nabíjení a vybíjení bez známek únavy.

Praktické žádosti o zálohy

Podle Licht, uvedení baterií s uhlíkovými nanotrubic do automobilů „poskytne alternativy bez emisí skleníkových plynů k dnešním průmyslovým a dopravním procesům fosilních paliv“.

Gina Coplon-Newfield, ředitelka iniciativy pro elektrická vozidla v Sierra Clubu, uvedla, že ačkoli ještě neviděla specifika průlomu Vanderbilt-GWU, „zní to opravdu zajímavě.“ "Obecně jsme velmi povzbuzeni tím, co v těchto dnech vidíme v bateriové technologii," říká Coplon-Newfield. "To se týká jak technologického pokroku, tak snižování nákladů."

Proces používání atmosférického oxidu uhličitého k výrobě baterií by se nemusel používat pouze pro elektromobily. Mohlo by se také použít k výrobě lithium-iontových baterií pro elektronická zařízení a také v mnohem větších bateriích, které by mohly být použity k ukládání elektřiny generované solárními panely a větrnými turbínami..

Mít takový druh skladování je zásadní pro rozvoj budoucích „inteligentních“ elektrických sítí, které se spoléhají na menší decentralizované zdroje elektřiny, místo toho, aby byly závislé na obrovských uhelných elektrárnách.

Nyní je to zajímavé Použití baterií jako úložných zařízení pro energii sahá stovky, ne-li tisíce let.



Zatím žádné komentáře

Nejzajímavější články o tajemstvích a objevech. Spousta užitečných informací o všem
Články o vědě, prostoru, technologii, zdraví, životním prostředí, kultuře a historii. Vysvětlete tisíce témat, abyste věděli, jak všechno funguje