Ny undersøgelse, hvordan man bygger batterier ud af tynd luft til kulstof-negative biler

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 4613
  • 1058
Carbon nanorør, illustreret her, kunne fremstilles af kuldioxid høstet fra atmosfæren; vi kunne bruge dem til at oprette kulstof-negative batterier. Andrzej Wojcicki / Getty Images

Kampen for at bremse den globale opvarmning har for det meste fokuseret på at fravænde mennesker væk fra forbrænding af fossile brændstoffer, der udsender kuldioxid og bidrager til drivhuseffekten. Der har også været en stor indsats for at finde måder at fange CO2 ud af luften og læg den et sted, hvor den ikke kan skade. Naturligvis ville den perfekte løsning være at udføre begge ting på én gang. Hvad hvis du kunne tage CO2 ud af atmosfæren og Anvend den til en renere energikilde, hvilket reducerer behovet for forbrænding af fossilt brændstof?

Forskere fra Vanderbilt- og George Washington-universiteterne har måske fundet en måde at gøre netop det på. I en artikel, der blev offentliggjort i dag i American Chemical Society-tidsskriftet ACS Central Science, beskriver de en proces til udvinding af kulstof fra atmosfærisk CO2, og brug det derefter til at fremstille kulstofnanorør. Nanorørene vil derefter blive brugt til at erstatte grafitelektroderne i lithium-ion-batterier til elektriske biler. 

I teorien kunne vi skabe ikke kun kulstofneutrale, men kulstofnegative elbiler, der opbevarer strøm og modvirker tidligere miljøskader.

"I betragtning af deres bedre ydeevne, forventede lave omkostninger og kapacitet til at fjerne en drivhusgas, er det sandsynligt, at biler, der er udstyret med carbon nanotube, bliver normen," siger en af ​​forskerne, GWU-kemi-professor Stuart Licht, via e-mail.

I en pressemeddelelse, der annoncerede udviklingen, sagde Vanderbilt lektor i maskinteknik Cary Pint: ”Forestil dig en verden, hvor hvert nyt elektrisk køretøj eller batteriinstallation i netskala ikke kun gør det muligt for os at overvinde vores fortiders miljømæssige synder, men også give et skridt mod en bæredygtig fremtid for vores børn. "

Hvordan ville dette arbejde?

Den nye batteriproduktionsmetode bruger en proces udviklet af Licht og hans GWU-kolleger til opsamling af kulstof og brug af den til at fremstille carbon nanofibers, som kan samles til oprettelse af nanorør. Denne proces involverer anvendelse af koncentreret solenergi for at skabe et smeltet bad med kemikalier, der når 1380 grader F (749 grader C). Når der tilføres luft til cellen, opløses kuldioxid, når den udsættes for varme og jævnstrøm fra nikkel- og stålelektroder.

Solar Thermal Electrochemical Process (STEP) omdanner atmosfærisk kuldioxid til kulstof nanorør, der kan bruges i avancerede batterier. Julie Turner / Vanderbilt University

Når gassen nedbrydes, klæber kulstofmolekylerne fast på elektroderne og bygger sig op til nanofibre. Efter at Licht og hans team offentliggjorde deres arbejde i 2015, lovede det at være en potentiel spiludveksler. Ikke kun tilvejebragte det en metode til at skabe kulstof nanofiber, der var billigere end tidligere metoder, men det tilbød også en måde at udtrække enorme mængder kuldioxid fra atmosfæren. 

Da denne udvikling blev annonceret sidste år, fortalte Licht, at han forestillede sig at bygge en række gigantiske C02-to-nanofiber planter størrelsen på byer i tyndt befolkede steder som den australske Outback og Sahara og Mojave ørkenerne.

Da det er superstærk såvel som letvægt, er carbon nanofiber blevet fremhævet som fremtidens materiale for alt fra skyskraberbjælker til flykroge. Men kulstofananorør, der er dannet af sådanne fibre, er også ret gode til at fremstille batterier, fordi deres store overfladeareal giver dem mulighed for at opbevare mere af en opladning end andre former for kulstof. Tilbage i 2010 skabte Massachusetts Institute of Technology forskere et eksperimentelt batteri med carbon nanorør, der havde en tredjedel mere kapacitet end et konventionelt lithium-ion-batteri og 10 gange effekt.

GW- og Vanderbilt-forskerne rapporterer, at et lithium-ion-batteri med carbon nanotube-elektroder også klarer sig lidt bedre end et konventionelt lithium-ion-batteri, og at boostet forstærkes, når batteriet hurtigt oplades.

Da de brugte nanorørene til at udskifte grafitelektroder i et natriumionbatteri, en anden type opbevaring, fik de en endnu større forbedring - cirka 3,5 gange ydelsen. Begge typer batterier, der er udstyret med carbonananorør, varede med succes 10 ugers kontinuerlig opladning og afladning uden tegn på træthed.

Praktiske applikationer til forskud

Ifølge Licht vil placering af batterier med kulstofananorør i biler "give drivhusgasemissionsfrie alternativer til nutidens industrielle og transport fossile brændselsprocesser."

Gina Coplon-Newfield, direktør for Sierra Club's Electric Vehicles Initiative, sagde, at selvom hun endnu ikke har set detaljerne i Vanderbilt-GWU gennembrud, "lyder det virkelig spændende." "Generelt er vi meget opmuntret af, hvad vi ser ske i batteriteknologi i disse dage," siger Coplon-Newfield. "Det er både hvad angår de teknologiske fremskridt og omkostningerne, der kommer ned."

Processen til at bruge atmosfærisk kuldioxid til at fremstille batterier behøver ikke bare bruges til elbiler. Det kan også bruges til at fremstille lithium-ion-batterier til elektroniske enheder, og også i meget større batterier, der kunne bruges til at opbevare elektricitet, der er produceret af solcellepaneler og vindmøller.

At have den slags opbevaring er afgørende for at udvikle fremtidige "smarte" elektriske net, der er afhængige af mindre, decentrale elektricitetskilder i stedet for at være afhængige af enorme kulbrændende anlæg.

Nu er det interessant Brugen af ​​batterier som lagerenheder til energi går hundreder, hvis ikke tusinder, år tilbage.



Endnu ingen kommentarer

De mest interessante artikler om hemmeligheder og opdagelser. Masser af nyttige oplysninger om alt
Artikler om videnskab, rum, teknologi, sundhed, miljø, kultur og historie. Forklare tusinder af emner, så du ved, hvordan alt fungerer