【干貨】電池啟動的碳固定策略

研究鋰空氣電池工作的科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種獨特的方法來捕獲和儲存二氧化碳并使其遠離大氣層。研究人員利用一種用于鋰二氧化碳電池的設(shè)計，開發(fā)了一種從氣態(tài)二氧化碳中分離出固體碳塵的方法，同時也有可能利用相同的方法分離氧氣。

【圖注】這是使用Li-CO2技術(shù)儲存能量和固定碳的流程圖。

日本和中國的研究人員采用了一種用于鋰二氧化碳電池的設(shè)計方案，已經(jīng)開發(fā)了一種從氣態(tài)二氧化碳中分離固體碳粉的方法，同時也有可能通過相同的方法分離氧氣。

由于二氧化碳對溫室效應(yīng)和全球變暖有極大影響，將二氧化碳排放轉(zhuǎn)化為其他含碳化合物是最為理想的處理方式。例如從天然過程，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧和糖的工藝，到人造的工藝，例如將二氧化碳注入到巖層中作為碳酸鹽礦物被捕獲。

“用于二氧化碳固定的大多數(shù)物理和化學(xué)途徑的問題是它們的產(chǎn)品是需要進一步液化或壓縮的氣體和液體，這將不可避免地導(dǎo)致額外的能源消耗和更多的二氧化碳排放。”資深作者Haoshen Zhou（來自日本國立先進工業(yè)科技研究院和中國南京大學(xué)）說道，“相反，我們正在研究產(chǎn)生固體碳產(chǎn)品的二氧化碳固定電化學(xué)策略，甚至可提供該過程所需能量的鋰二氧化碳電池?！?/p>

研究人員試著為鋰二氧化碳電池原型充電時加入固定碳策略。與電池放電過程中完全再生的鋰離子和二氧化碳不同，如同可逆的Li-CO2電池一樣，碳酸鋰會分解產(chǎn)生額外的碳，使得未分離的氧氣會與電池電解液發(fā)生快速反應(yīng)。通常，這種堆積會導(dǎo)致電池的物理降解并縮短其功能壽命，但固體碳的沉積具有其獨特的優(yōu)勢，標志著碳固定將成為穩(wěn)定且易于處理的方法。

《焦耳》的科學(xué)編輯Rahul Malik說“這項工作最為特殊的是將三分之一的二氧化碳種類轉(zhuǎn)化為碳，其理論能效高于70％。電池結(jié)構(gòu)是以一種不可預(yù)見但有趣的方式來觀察碳固定?！庇捎谠摲椒饶軐崿F(xiàn)碳固定，又能降低電池性能，但研究人員卻無法在單一設(shè)備中同時滿足這兩個目標。然而，通過在其設(shè)計中加入少量的釕金屬作為催化劑，它們就能夠避免大量的碳沉積并具有更好的可逆性，將它們的碳定影裝置轉(zhuǎn)化為功能性的Li-CO2電池。

碳固定和電池性能的另一個挑戰(zhàn)是從純二氧化碳環(huán)境轉(zhuǎn)移到空氣環(huán)境中，這種跳躍可能會處理大氣中的二氧化碳，并將逐步形成理論上強大但尚不穩(wěn)定的鋰空氣電池技術(shù)。周永康說，此項固定技術(shù)有可能也適用于從大氣中洗滌其他有害或污染的氣體，如一氧化碳，二氧化硫，一氧化氮和二氧化氮。

展望未來，研究人員也對其系統(tǒng)的潛力充滿信心，最終可能實現(xiàn)將二氧化碳轉(zhuǎn)化為純碳和氧氣的途徑。他們認為，“充電后氧氣的釋放加上固體碳的積累，將實現(xiàn)類似于光合作用的電化學(xué)二氧化碳固定策略。