Изследователите разработват суперкондензаторно устройство, което помага за намаляване на емисиите на CO2


Учените са изградили евтино устройство, способно селективно да улавя въглероден диоксид по време на зареждане. Когато се изхвърля, CO2 може да се разпространява по контролиран начин и да се натрупва за повторно използване или изхвърляне.

Кредит на изображението: petrmalinak/Shutterstock.com

Суперкондензаторът е с размерите на монета от два пенса и е създаден отчасти от устойчиви материали като кокосови черупки и морска вода.

Суперкондензаторът, разработен от учени в университет в Кеймбридж, може да подпомогне иновациите за улавяне и съхранение на въглерод на много по-ниска цена. Всяка година приблизително 35 милиарда тона CO2 се изхвърлят във въздуха и са отчаяно необходими алтернативи за избягване на тези емисии и разрешаване на климатичната криза. Най-сложните технологии за улавяне на въглерод в момента са енергоемки и скъпи.

Съавтори Израел Темпрано и Грейс Мапстоун. Кредит на изображението: Gabriella Bocchetti

Суперкондензаторът се състои от два електрода, един положителен и един отрицателен заредени. Групата се опита да смени напрежението от отрицателно към положително, за да разшири времето за зареждане от предишни опити в работата, ръководена от Тревър Бинфорд, докато завършва магистърската си степен в Кеймбридж. Това увеличава способността на суперкондензатора да улавя въглерод.

Открихме, че чрез бавно редуване на тока между плочите можем да уловим двойно количество CO2 отколкото преди.

Д-р Александър Форс, ръководител на изследването и професор, катедра по химия Юсуф Хамид, Университет в Кеймбридж

Процесът на зареждане-разреждане на нашия суперкондензатор потенциално използва по-малко енергия от процеса на нагряване на амини, използван в индустрията сега. Следващите ни въпроси ще включват изследване на точните механизми на CO2 улавянето и подобряването им. Тогава ще става въпрос за увеличаване на мащаба“, добави Форс.

Резултатите се отчитат в списанието Наномащаб.

Най-голямата разлика между суперкондензатор и акумулаторна батерия е как двете устройства запазват заряд. Батерията разчита на химични реакции, за да съхранява и излъчва заряд, докато суперкондензаторът не. По-скоро трябва да разчита на движението на електрони между електродите, така че се разгражда по-бавно и има по-дълъг живот.

Компромисът е, че суперкондензаторите не могат да съхраняват толкова заряд, колкото батериите, но за нещо като улавяне на въглерод бихме дали приоритет на издръжливостта. Най-хубавото е, че материалите, използвани за направата на суперкондензатори, са евтини и в изобилие. Електродите са направени от въглерод, който идва от отпадъци от кокосови черупки.

Грейс Мапстоун, съавтор на изследването, Университет Кеймбридж

Искаме да използваме материали, които са инертни, които не увреждат околната среда и които трябва да изхвърляме по-рядко. Например CO2 се разтваря в електролит на водна основа, който по същество е морска вода“, каза Mapstone.

Този суперкондензатор обаче не придобива CO2 самостоятелно – трябва да бъде заредено по начин, за да събере CO2. Когато електродите се заредят, отрицателната плоча абсорбира CO2 газ, като се пренебрегват други емисии, които не допринасят за глобалното изменение на климата, като кислород, азот и вода. Суперкондензаторът улавя въглерод, като същевременно съхранява енергия с помощта на тази техника.

Д-р Израел Темпрано, съавтор, продължи да работи, като конструира метод за анализ на газ за устройството. Методът използва сензор за налягане, който открива промени в адсорбцията на газ в електрохимично устройство.

Констатациите от приноса на Temprano помагат за по-доброто разбиране на механизма на работа вътре в суперкондензатора, когато CO2 се абсорбира и освобождава. Признаването на тези процеси, потенциалните загуби и пътищата на деградация са необходими, преди суперкондензаторът да може да бъде напълно внедрен.

Тази област на изследвания е много нова, така че точният механизъм, работещ вътре в суперкондензатора, все още не е известен“, каза Ранно.

Д-р Форс получи стипендия за бъдещи лидери от схемата за изследвания и иновации в Обединеното кралство, която е посветена на изграждането на следващото поколение отлични изследвания и технологии.

Справка за журнал

Бинфорд, туберкулоза, et al. (2022) Повишаване на капацитета на суперкапацитивна люлееща адсорбция на CO2 улавяне чрез настройка на протоколите за зареждане. Наномащаб. doi.org/10.1039/D2NR00748G.

Източник: https://www.cam.ac.uk/