研究人员开发了一种低成本设备,可以在充电时选择性捕获二氧化碳气体。然后,当二氧化碳排放时,它可以以受控的方式释放并收集起来,以便重新使用或负责任地处理。
超级电容器类似于可充电电池,只有两便士硬币大小,部分由椰子壳和海水等可持续材料制成。
超级电容器由剑桥大学的研究人员设计,可以帮助以更低的成本为碳捕获和存储技术提供动力。每年约有350亿吨二氧化碳排放到大气中,迫切需要解决方案来消除这些排放并解决气候危机。目前,最先进的碳捕获技术需要大量能源,而且价格昂贵。
超级电容器由正负电荷的两个电极组成。在特雷弗·宾福德(TrevorBinford)在剑桥大学攻读硕士学位时领导的研究中,研究小组尝试从负电压到正电压交替,以延长先前实验的充电时间。这提高了超级电容器捕获碳的能力。
领导这项研究的剑桥大学优素福·哈米德化学系的亚历山大·福斯博士说:“我们发现,通过缓慢地改变极板之间的电流,我们可以捕获比以前加倍的二氧化碳。”。
福斯说:“我们的超级电容器的充放电过程可能比现在工业上使用的胺加热过程消耗更少的能量。”。“我们接下来的问题将涉及研究二氧化碳捕获的精确机制并加以改进。然后将是扩大规模的问题。”
研究结果发表在《纳米尺度》杂志上。
超级电容器类似于可充电电池,但主要区别在于这两种设备存储电荷的方式。电池利用化学反应来储存和释放电荷,而超级电容器则不依赖化学反应。相反,它依赖于电极之间的电子运动,因此降解时间更长,寿命更长。
合著者格雷斯·麦普斯通(GraceMapstone)说:“取舍是,超级电容器不能存储像电池那样多的电荷,但对于碳捕获之类的东西,我们会优先考虑耐用性。”。“最棒的是,用于制造超级电容器的材料既便宜又丰富。电极由碳制成,碳来自废椰子壳。
“我们希望使用惰性材料,这些材料不会对环境造成危害,并且我们需要减少处理频率。例如,二氧化碳会溶解到基本上是海水的水基电解质中。”
然而,这种超级电容器不会自发吸收二氧化碳:它必须充电才能吸收二氧化碳。当电极充电时,负极吸入CO2气体,而忽略其他排放物,如氧气、氮气和水,这些排放物不会导致气候变化。使用这种方法,超级电容器可以捕获碳并存储能量。
合著者Israel Temprano博士通过开发该设备的气体分析技术为该项目做出了贡献。该技术使用一个压力传感器来响应电化学装置中气体吸附的变化。Temprano贡献的结果有助于缩小超级电容器内二氧化碳吸收和释放的精确机制。了解这些机制、可能的损耗和退化途径,对于超级电容器的规模化之前都是至关重要的。
Temprano说:“这一研究领域是非常新的,因此超级电容器内部工作的精确机制仍然未知。”。