Вместо того, чтобы пытаться превратить углекислый газ в другие химические вещества с использованием металлических катализаторов, учёные-химики из Массачуссетского технологического института создали батарею, которая может непрерывно превращать углекислый газ в твёрдый минеральный карбонат.

Хотя разработка новой батарея находится пока на ранней стадии, она могла бы открыть новые возможности для адаптации реакций конверсии диоксида углерода, которые могут в конечном итоге помочь уменьшить выброс парникового газа в атмосферу.

Аккумулятор выполнен из металлического лития, углерода и неводного электролита, разработанного командой исследователей в составе доцента по машиностроению Бетар Галлант, аспиранта Ализы Хуррам и аспиранта Мингфу Хэ.

В настоящее время электростанции, оборудованные системами улавливания углерода, обычно используют до 30 процентов электроэнергии, которую они генерируют, только для обеспечения захвата, обработки и хранения двуокиси углерода. Исследователи считают, что всё, что может снизить стоимость этого процесса нейтрализации или может привести к конечному продукту, имеющему ценность, может значительно изменить экономику таких систем.

До сих пор попытки утилизации углекислого газа путём превращения его в полезный продукт наталкивались на его низкую реакционную способность к проведению химических реакций, требующих или изготовления электродов из дорогих катализаторов, или высоких напряжений, что исключало возможность использование растворов на водной основе.

Вместо этого команда исследователей разработала новый подход, который потенциально можно использовать прямо в потоке отходов электростанции для изготовления материала для одного из основных компонентов батареи — электролита, используя углекислый газ в жидком состоянии.

При этом, используя газ в жидком состоянии, Галлант и её сотрудники нашли способ добиться электрохимической конверсии двуокиси углерода с использованием только углеродного электрода. Ключевой момент состоит в том, чтобы предварительно активировать углекислый газ, включив его в раствор амины.

Учёные продемонстрировали в серии экспериментов, что этот подход действительно работает, и может производить батареи литий-углекислого газа с напряжением и ёмкостью, которые являются конкурентоспособными по сравнению с новейшими литиево-газовыми батареями. Более того, амин действует как молекулярный катализатор, который не потребляется в ходе реакции.

Ключом является разработка правильной системы электролита, поясняет Хуррам. В этом первоначальном исследовании доказательной концепции учёные решили использовать неводный электролит.

Исследователи сообщают, что эта ранняя система еще не оптимизирована и потребует дальнейшего развития: срок службы батареи ограничен 10 циклами заряда-разрядки, поэтому необходимы дополнительные исследования для увеличения количества циклов перезарядки и предотвращения деградации компонентов ячейки.

Тем не менее, в отдалённой перспективе новый способ утилизации углекислого газа, с которым связывают потепление климата, может составить конкуренцию другим методам его нейтрализации, например подземным геологическим хранилищам с неопределённой временной гарантией.

Описание конструкции и принцип работы батареи опубликованы в журнале Joule.