Ny studie Hvordan bygge batterier ut av tynn luft for karbon-negative biler

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 4014
  • 720
Karbon nanorør, illustrert her, kunne være laget av karbondioksid høstet fra atmosfæren; vi kunne bruke dem til å lage karbon-negative batterier. Andrzej Wojcicki / Getty Images

Kampen for å redusere den globale oppvarmingen har hovedsakelig fokusert på å avvenne mennesker vekk fra å brenne fossilt brensel som avgir karbondioksid og bidrar til drivhuseffekten. Det har også blitt lagt ned mye arbeid for å finne måter å fange CO2 opp av luften og sett den et sted der den ikke kan skade. Selvfølgelig ville den perfekte løsningen være å oppnå begge ting på en gang. Hva om du kan ta CO2 ut av atmosfæren og benytt den til en renere energikilde, og reduserer behovet for å forbrenne fossilt brensel?

Forskere fra Vanderbilt og George Washington-universitetene kan ha funnet en måte å gjøre nettopp det på. I en artikkel publisert i dag i American Chemical Society-tidsskriftet ACS Central Science, beskriver de en prosess for å trekke ut karbon fra atmosfærisk CO2, og bruk den til å lage karbon nanorør. Nanorørene vil da bli brukt til å erstatte grafittelektrodene i litium-ion-batterier for elektriske biler. 

I teorien kunne vi ikke bare lage karbonnøytrale, men karbon-negative elbiler som lagrer strøm og motvirker miljøskader fra fortiden.

"Gitt deres bedre ytelse, anslåtte lave kostnader og evne til å fjerne en klimagass, er det sannsynlig at biler med karbon-nanorørbatteri vil bli normen," sier en av forskerne, GWU kjemiprofessor Stuart Licht, via e-post.

I en pressemelding som kunngjorde utviklingen, sa Vanderbilt assisterende professor i maskinteknikk Cary Pint: "Tenk deg en verden der hvert nytt elektrisk kjøretøy eller batteriinstallasjon av nettnettet ikke bare vil gjøre oss i stand til å overvinne vår tids synder, men sier også gi et skritt mot en bærekraftig fremtid for våre barn. "

Hvordan ville dette fungere?

Den nye metoden for å lage batterier bruker en prosess utviklet av Licht og hans kolleger i GWU for å fange opp karbon og bruke den til å lage karbon nanofibre, som kan pakkes sammen for å lage nanorør. Denne prosessen innebærer å bruke konsentrert solenergi for å lage et smeltet bad med kjemikalier som når 1380 grader F (749 grader C). Når det tilsettes luft til cellen, løses karbondioksid opp når den blir utsatt for varme og likestrøm fra nikkel- og stålelektroder..

Solar Thermal Electrochemical Process (STEP) konverterer atmosfærisk karbondioksid til karbon nanorør som kan brukes i avanserte batterier. Julie Turner / Vanderbilt University

Når gassen brytes sammen, klamrer karbonmolekylene seg til elektrodene og bygger seg opp til nanofibre. Etter at Licht og teamet hans publiserte arbeidet i 2015, lovet det å være en potensiell spillbytter. Ikke bare ga den en metode for å lage karbon nanofiber som var billigere enn tidligere metoder, men den tilbød også en måte å trekke ut enorme mengder karbondioksid fra atmosfæren. 

Da den utviklingen ble kunngjort i fjor, fortalte Licht at han så for seg å bygge en rekke gigantiske C02-to-nanofiber planter størrelsen på byer i tynt befolket steder som den australske Outback, og Sahara og Mojave ørkenene.

Siden den er supersterk såvel som lett, har karbon nanofiber blitt fremmet som fremtidens materiale for alt fra skyskraperdragere til flykrok. Men karbon nanorør laget av slike fibre er også ganske bra for å lage batterier, fordi deres store overflate gjør at de kan lagre mer lading enn andre former for karbon. Tilbake i 2010 skapte Massachusetts Institute of Technology forskere et eksperimentelt batteri med karbon nanorør som hadde en tredjedel mer kapasitet enn et konvensjonelt litium-ion-batteri, og 10 ganger kraftuttaket.

Forskerne fra GW og Vanderbilt rapporterer at et litium-ion-batteri med karbon nanorørelektroder også klarer seg litt bedre enn et konvensjonelt litium-ion-batteri, og at boostet forsterkes når batteriet lades raskt.

Da de brukte nanorørene til å erstatte grafittelektroder i et natriumionbatteri, en annen type lagring, fikk de en enda større forbedring - omtrent 3,5 ganger ytelsen. Begge typer batterier utstyrt med karbon nanorør lyktes vellykket 10 ukers kontinuerlig lading og utladning uten tegn til utmattelse.

Praktiske applikasjoner for forskudd

I følge Licht vil det å sette batterier med karbon nanorør i biler "gi utslippsfrie alternativer til klimagasser til dagens industrielle og transportbaserte fossile brenselsprosesser."

Gina Coplon-Newfield, direktør for Sierra Club's Electric Vehicles Initiative, sa at selv om hun ennå ikke har sett detaljene i Vanderbilt-GWU gjennombrudd, "høres det veldig spennende ut." "Generelt er vi veldig oppmuntret av det vi ser som skjer i batteriteknologi i disse dager," sier Coplon-Newfield. "Det er både når det gjelder de teknologiske fremskrittene, og kostnadene som kommer ned."

Prosessen for å bruke atmosfærisk karbondioksid for å lage batterier, trenger ikke bare å brukes til elbiler. Det kan også tas i bruk for å lage litium-ion-batterier til elektroniske enheter, og også i mye større batterier som kan brukes til å lagre strøm produsert av solcellepaneler og vindturbiner.

Å ha den slags lagring er avgjørende for å utvikle fremtidige "smarte" elektriske nett som er avhengige av mindre, desentraliserte strømkilder, i stedet for å være avhengige av enorme kullforbrenningsanlegg..

Nå er det interessant Bruken av batterier som lagringsenheter for energi går hundrevis, om ikke tusenvis av år tilbake.



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer