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Neue Batterie verschlingt Kohlendioxid
Sep 26, 2018

Neue Batterie verschlingt Kohlendioxid

Lithium-basierte Batterien machen könnte Treibhausgas nutzen, bevor es überhaupt in die Atmosphäre gelangt

Datum: September 21, 2018

Quelle: Massachusetts Institute of Technology

Zusammenfassung: neuer Technologie könnte Kohlendioxid aus Kraftwerken eingefangen verwenden, um eine neue Art von Lithiumbatterie zu machen.

 

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Dieses Raster-Elektronenmikroskop-Bild zeigt die Kohlenstoff-Kathode eines Kohlenstoff-Dioxid-basierte Akkus von MIT-Forscher gemacht, nachdem die Batterie entladen wurde. Es zeigt den Aufbau von Kohlenstoffverbindungen auf der Oberfläche, bestehend aus Carbonat-Material, das von Kraftwerk-Emissionen im Vergleich zu der ursprünglichen unberührte Fläche (kleines Foto) abgeleitet werden kann.

Bildnachweis: mit freundlicher Genehmigung von den Forschern

 

Eine neue Art von Batterie-Forscher am MIT entwickelt könnte teilweise aus Kohlendioxid aus Kraftwerken eingefangen hergestellt. Anstatt zu versuchen, Kohlendioxid, spezielle Chemikalien, die mit Metall-Katalysatoren zu konvertieren, die ist derzeit sehr schwierig, diese Batterie könnte kontinuierlich wandeln Kohlendioxid in einem festen mineralischen Carbonat sich es entlädt.

 

Während noch auf Frühphasen-Forschung und weit von kommerziellen Einsatz, die neue Batterie Formulierung könnte eröffnet neue Wege für die Anpassung der elektrochemischen Kohlendioxid Umwandlung Reaktionen, die letztlich dazu beitragen können, reduzieren die Emission von der Treibhausgase in die Atmosphäre.

 

Die Batterie besteht aus lithiummetall, Kohlenstoff und ein Elektrolyt, das die Forschern entwickelt. Die Ergebnisse werden heute in der Zeitschrift Joule, in einem Papier von Assistant Professor für Maschinenbau Betar Gallant, Doktorand Aliza Khurram und Postdoc Mingfu He beschrieben.

 

Derzeit verwenden Kraftwerke ausgestattet mit Carbon Capture-Systeme in der Regel bis zu 30 Prozent des Stroms erzeugen sie nur um macht die Erfassung, Veröffentlichung und Speicherung von Kohlendioxid. Nichts, die könnten die Kosten dieses Prozesses erfassen, oder führen ein Endprodukt, das Wert hat, könnte wesentlich die Wirtschaftlichkeit solcher Systeme ändern, sagen die Forscher.

 

Jedoch erklärt "Kohlendioxid nicht sehr reaktiv," Gallant, also "versucht, neue Reaktionswege zu finden ist wichtig." Im Allgemeinen ist der einzige Weg zu Kohlendioxid, signifikante Aktivität elektrochemische Bedingungen auszustellen mit großen Energieinputs in Form von hohen Spannungen, die ein teurer und ineffizienter Prozess sein kann. Im Idealfall würde das Gas Reaktionen durchmachen, die etwas sinnvolles, wie z. B. einer nützlichen chemischen oder Brennstoff zu produzieren. Allerdings bleiben Bemühungen um elektrochemische Umwandlung in Wasser, in der Regel durchgeführt durch hochenergetische Eingänge und schlechte Selektivität der hergestellten Chemikalien behindert.

 

Gallant und ihre Mitarbeiter, deren Know-how hat zu tun mit nichtwässrigen (nicht wasserbasiert) elektrochemischen Reaktionen wie diejenigen, die Lithium-basierte Batterien zugrunde liegen, untersucht, ob Kohlenstoff-Abscheidung Chemie genutzt werden könnte, um zu Kohlenstoff-Dioxid-geladene Elektrolyte--eines der drei wesentliche Bestandteile einer Batterie--wo die aufgenommene Gas dann während der Entladung des Akkus benutzt werden konnten, um eine Leistung zu bieten.

 

Dieser Ansatz unterscheidet sich durch die Freisetzung von Kohlendioxid zurück in die Gasphase für langfristige Lagerung, wie jetzt in CO2-Abscheidung und Sequestrierung oder CCS verwendet wird. Das Feld sieht im Allgemeinen wegen der Aufnahme von Kohlendioxid aus einem Kraftwerk durch eine chemische absorptionsprozess und dann entweder in unterirdischen Formationen speichern oder chemisch in Brennstoff oder chemischen Rohstoff zu verändern.

 

Stattdessen dieses Team entwickelte einen neuen Ansatz, die möglicherweise verwendet werden könnte Recht im Kraftwerk Abfallstrom, Material für eines der wichtigsten Bestandteile einer Batterie zu machen.

 

Während Interesse vor kurzem in der Entwicklung von Lithium-Kohlendioxid-Batterien,, die das Gas als Reaktionspartner bei der Entladung zu verwenden gewachsen ist, hat die geringe Reaktivität von Kohlendioxid in der Regel die Verwendung von Metall-Katalysatoren erforderlich. Nicht nur sind diese teuer, aber ihre Funktion bleibt schlecht verstanden und Reaktionen sind schwer zu kontrollieren.

 

Durch die Integration des Gases in einem flüssigen Zustand, jedoch Gallant und ihre Mitarbeiter einen Weg gefunden, elektrochemische Kohlendioxid-Konvertierung mit nur einem kohlenstoffelektrode zu erreichen. Der Schlüssel ist, das Kohlendioxid Voraktivierung durch Einbeziehung in ein Amin-Lösung.

 

"Was wir zum ersten Mal gezeigt haben, dass diese Technik das Kohlendioxid für facile Elektrochemie aktiviert", sagt Gerhard. "Diese beiden Chemikalien--Amine wässrigen und nichtwässrigen Batterie Elektrolyte--nicht normalerweise zusammen verwendet werden, aber wir fanden, dass ihre Kombination neue und interessante Verhaltensweisen vermittelt, die die Entladespannung erhöhen und ermöglichen nachhaltige Umstellung der von Kohlendioxid."

 

Durch eine Reihe von Experimenten zeigten sie, dass dieser Ansatz funktioniert und eine Lithium-Kohlenstoff-Dioxid Batterie mit Spannung und Kapazität, die im Wettbewerb mit der State-of-the-Art Lithium-Gas Batterien sind zu produzieren. Darüber hinaus fungiert das Amin als molekulare Förderer, die nicht in der Reaktion verbraucht wird.

 

Der Schlüssel der richtige Elektrolyt-System entwickelte, erklärt Witold. In dieser ersten Proof-of-Concept-Studie beschlossen sie, einen nichtwässrigen Elektrolyten zu verwenden, weil es würde die verfügbaren Reaktionswege zu begrenzen und daher leichter zu charakterisieren die Reaktion und die Rentabilität des Unternehmens zu bestimmen. Das Amin Material wählten sie ist derzeit für CCS-Anwendungen verwendet, sondern um Batterien bisher nicht angewandt worden.

 

Dieses frühe System noch nicht optimiert und wird weitere Entwicklung benötigen, sagen die Forscher. Für eine Sache, beschränkt sich die Lebensdauer der Batterie auf 10 Lade-Entlade-Zyklen, so dass mehr Forschung notwendig ist, zur Verbesserung Wiederaufladbarkeit und Verhinderung der Verschlechterung der die Zellbestandteile. "Lithium-Kohlenstoff-Dioxid-Batterien sind Jahre entfernt" als ein marktfähiges Produkt Gallant sagt, da diese Forschung nur eine von mehreren benötigten Fortschritte zu machen, praktische abdeckt.

 

Aber das Konzept bietet ein großes Potenzial, nach Gallant. Kohlenstoffabscheidung gilt als wichtig, treffen weltweit Ziele zur Verringerung der Treibhausgas-Emissionen, aber es gibt noch keine bewährten, langfristige Wege entsorgen oder mit Hilfe des entstehenden Kohlendioxids. Unterirdische geologische Lagerung ist immer noch die führenden Anwärter, aber dieser Ansatz etwas unbewiesen bleibt und wie viel es unterbringen kann begrenzt sein kann. Es erfordert auch zusätzlichen Energie für das Bohren und Pumpen.

 

Die Forscher untersuchen auch die Möglichkeit der Entwicklung einer Dauerbetrieb Version des Prozesses, die einen stetigen Strom von Kohlendioxid unter Druck mit der Amin-Material, anstatt eine vorgespannte Versorgung das Material so verwenden würde ermöglicht es, liefern eine stabile Leistung, solange die Batterie mit Kohlendioxid versorgt wird. Schließlich hoffen sie, dies in ein integriertes System zu machen, die Durchführung sowohl die Aufnahme von Kohlendioxid aus einem Kraftwerk Emissionen Stream und seine Umwandlung in ein elektrochemischen Material, die dann in Batterien verwendet werden könnte. "Es ist ein Weg, um es als ein nützliches Produkt zu binden", sagt Gallant.