Σε μια ανακάλυψη που θα μπορούσε να αναδιαμορφώσει την τεχνολογία καθαρής ενέργειας, επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Surrey ανέπτυξαν μια μπαταρία λιθίου-διοξειδίου του άνθρακα, που όχι μόνο αποθηκεύει ενέργεια αποτελεσματικά, αλλά και δεσμεύει διοξείδιο του άνθρακα στη διαδικασία - μετατρέποντας τη ρύπανση σε ενέργεια.
Η νέα εποχή στις μπαταρίες
Αυτές οι φιλικές προς το περιβάλλον μπαταρίες σηματοδοτούν ένα πολλά υποσχόμενο βήμα προς τις εφαρμογές του πραγματικού κόσμου. Εάν εμπορευματοποιηθούν, αυτές οι μπαταρίες όχι μόνο θα μπορούσαν να βοηθήσουν στη μείωση των εκπομπών από τα οχήματα και τις βιομηχανικές πηγές, αλλά θα λειτουργήσουν και στον Άρη, λένε οι επιστήμονες, όπου η ατμόσφαιρα αποτελείται από 95% CO₂.
Όσον αφορά τις εκπομπές στον πραγματικό κόσμο, ο αντίκτυπος θα μπορούσε να είναι απτός.
«Με τους πρόχειρους υπολογισμούς μας, ένα κιλό του καταλύτη θα μπορούσε να απορροφήσει περίπου 18,5 κιλά CO₂», δήλωσε σε ανακοίνωση ο Δρ Daniel Commandeur, Surrey Future Fellow. «Αυτό ισοδυναμεί περίπου με τις εκπομπές από μια οδήγηση αυτοκινήτου 100 μιλίων - που σημαίνει ότι αυτή η μπαταρία θα μπορούσε, κυριολεκτικά, να αντισταθμίσει μια ημέρα μετακίνησης».
Μέχρι τώρα, οι μπαταρίες λιθίου-CO₂ ήταν ανεπαρκείς, καθώς ήταν επιρρεπείς σε ταχεία φθορά, κακή επαναφορτιζόμενη ικανότητα και εξάρτηση από δαπανηρά σπάνια μέταλλα όπως το ρουθήνιο και η πλατίνα.
Από τους ρύπους στην ενέργεια
Οι επιστήμονες βρήκαν μια λύση: έναν καταλύτη χαμηλού κόστους που ονομάζεται φωσφορομολυβδαινικό καίσιο (CPM), ο οποίος είναι φθηνός και εύκολος στην κατασκευή σε θερμοκρασία δωματίου.
Υποστηριζόμενο από υπολογιστική μοντελοποίηση και εργαστηριακές δοκιμές, το CPM βοήθησε την μπαταρία να αποθηκεύσει 2,5 φορές περισσότερο φορτίο από μια μπαταρία ιόντων λιθίου, να φορτίσει με λιγότερη ισχύ και να λειτουργήσει αξιόπιστα για πάνω από 100 κύκλους.
«Υπάρχει αυξανόμενη ανάγκη για λύσεις αποθήκευσης ενέργειας που υποστηρίζουν την προσπάθειά μας προς τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, αντιμετωπίζοντας παράλληλα την αυξανόμενη απειλή της κλιματικής αλλαγής. Η εργασία μας στις μπαταρίες λιθίου-CO₂ μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα στην υλοποίηση αυτού του οράματος», δήλωσε ο Δρ. Siddharth Gadkari, λέκτορας Χημικής Διεργασίας στο πανεπιστήμιο.
Οι δοκιμές για τη νέα μπαταρία
Για να αποκαλύψουν γιατί η CPM λειτούργησε τόσο αποτελεσματικά, ερευνητές από τη Σχολή Χημείας και Χημικής Μηχανικής του Surrey και το Ινστιτούτο Προηγμένης Τεχνολογίας ακολούθησαν μια διττή προσέγγιση.
Πρώτον, αποσυναρμολόγησαν την μπαταρία μετά από πολλαπλούς κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης για να εξετάσουν τις χημικές αλλαγές στο εσωτερικό της.
Αυτές οι δοκιμές αποκάλυψαν ότι το ανθρακικό λίθιο - η ένωση που σχηματίζεται όταν απορροφάται CO₂ - θα μπορούσε να συσσωρεύεται και να διασπάται με συνέπεια, ένα κρίσιμο χαρακτηριστικό για τη μακροπρόθεσμη απόδοση της μπαταρίας.
Στη συνέχεια, η ομάδα χρησιμοποίησε υπολογιστική μοντελοποίηση βασισμένη στη θεωρία συναρτησιακής πυκνότητας (DFT) για να προσομοιώσει τον τρόπο με τον οποίο εξελίσσονται οι αντιδράσεις στην επιφάνεια του υλικού.
Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η σταθερή, πορώδης δομή της CPM παρέχει μια ιδανική πλατφόρμα για τις χημικές διεργασίες που οδηγούν στην απόδοση της μπαταρίας.
Δημιουργία καλύτερης χημείας μπαταρίας
«Αυτό που είναι συναρπαστικό σε αυτήν την ανακάλυψη είναι ότι συνδυάζει την ισχυρή απόδοση με την απλότητα. Έχουμε δείξει ότι είναι δυνατή η κατασκευή αποδοτικών μπαταριών λιθίου-CO₂ χρησιμοποιώντας προσιτά, κλιμακώσιμα υλικά - δεν απαιτούνται σπάνια μέταλλα. Τα ευρήματά μας ανοίγουν επίσης την πόρτα για το σχεδιασμό ακόμη καλύτερων καταλυτών στο μέλλον», δήλωσε ο Commandeur.
Η ανακάλυψη ανοίγει τον δρόμο για τον σχεδιασμό ακόμη πιο αποδοτικών και χαμηλού κόστους υλικών για μπαταρίες. Με βαθύτερη έρευνα σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο αυτοί οι καταλύτες αλληλεπιδρούν με ηλεκτρόδια και ηλεκτρολύτες, οι μπαταρίες λιθίου-CO₂ θα μπορούσαν να εξελιχθούν σε μια πρακτική, κλιμακούμενη λύση για την αποθήκευση καθαρής ενέργειας — ενώ παράλληλα αφαιρούν ενεργά τον άνθρακα από την ατμόσφαιρα.
Τα επόμενα στάδια της μπαταρίας
Η ομάδα επικεντρώνεται τώρα στο να καταστήσει την τεχνολογία ακόμη πιο οικονομική, αναπτύσσοντας έναν καταλύτη που αντικαθιστά το καίσιο — καθώς το φωσφομολυβδαινικό είναι αυτό που παίζει τον κρίσιμο ρόλο. Αυτό θα μπορούσε να φέρει το σύστημα πιο κοντά σε μια μεγάλης κλίμακας και οικονομικά προσιτή ανάπτυξη.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν επίσης να μελετήσουν τις διαδικασίες φόρτισης και εκφόρτισης της μπαταρίας σε πραγματικό χρόνο για να αποκτήσουν βαθύτερη γνώση των εσωτερικών μηχανισμών της, με στόχο την περαιτέρω βελτίωση της απόδοσης και της ανθεκτικότητας, με κύρια έμφαση στην αξιολόγηση του τρόπου με τον οποίο η μπαταρία αποδίδει υπό διαφορετικές πιέσεις CO₂.
«Εάν οι μπαταρίες λειτουργούν στα 0,006 bar, την πίεση στην ατμόσφαιρα του Άρη, θα μπορούσαν να τροφοδοτήσουν οτιδήποτε, από ένα εξερευνητικό ρόβερ μέχρι μια αποικία. Στα 0,0004 bar, την πίεση του ατμοσφαιρικού αέρα της Γης, θα μπορούσαν να δεσμεύσουν CO₂ από την ατμόσφαιρά μας και να αποθηκεύσουν ενέργεια οπουδήποτε. Σε κάθε περίπτωση, το βασικό ερώτημα θα είναι πώς επηρεάζει την ικανότητα φόρτισης της μπαταρίας», δήλωσε ο Commandeur.
www.worldenergynews.gr
