Nghiên cứu mới:Cách chế tạo pin thoát khí loãng cho ô tô tiêu cực carbon

Các ống nano carbon, được minh họa ở đây, có thể được làm từ carbon dioxide thu được từ khí quyển; chúng ta có thể sử dụng chúng để tạo ra pin âm carbon. Hình ảnh Andrzej Wojcicki / Getty

Cuộc chiến làm chậm quá trình nóng lên toàn cầu chủ yếu tập trung vào việc cai sữa cho con người khỏi việc đốt nhiên liệu hóa thạch thải ra carbon dioxide và góp phần gây ra hiệu ứng nhà kính. Cũng có rất nhiều nỗ lực để tìm cách chiếm được CO ₂ ngoài không khí và đặt nó ở một nơi nào đó mà nó không thể gây hại gì. Tất nhiên, giải pháp hoàn hảo sẽ là hoàn thành cả hai việc cùng một lúc. Điều gì sẽ xảy ra nếu bạn có thể lấy CO ₂ ra khỏi bầu khí quyển và sử dụng nó một nguồn năng lượng sạch hơn, giảm nhu cầu đốt nhiên liệu hóa thạch?

Các nhà khoa học từ các trường đại học Vanderbilt và George Washington có thể đã tìm ra cách để thực hiện điều đó. Trong một bài báo được xuất bản ngày hôm nay trên tạp chí ACS Central Science của Hiệp hội Hóa học Hoa Kỳ, họ mô tả một quy trình tách carbon từ CO ₂ trong khí quyển , và sau đó sử dụng nó để chế tạo ống nano carbon. Sau đó, các ống nano sẽ được sử dụng để thay thế các điện cực graphit trong pin lithium-ion cho ô tô chạy bằng điện.

Về lý thuyết, chúng tôi có thể tạo ra những chiếc ô tô điện không chỉ không carbon mà còn tiêu cực carbon, có khả năng lưu trữ năng lượng và chống lại những tác hại của môi trường trong quá khứ.

Một trong những nhà khoa học, giáo sư hóa học của GWU, Stuart Licht, cho biết:“Với hiệu suất tốt hơn, chi phí thấp và khả năng loại bỏ khí nhà kính, rất có thể những chiếc ô tô được trang bị pin ống nano carbon sẽ trở thành tiêu chuẩn”. / P>

Trong một thông cáo báo chí thông báo về sự phát triển này, trợ lý giáo sư kỹ thuật cơ khí Cary Pint của Vanderbilt cho biết, "Hãy tưởng tượng một thế giới nơi mỗi chiếc xe điện mới hoặc việc lắp đặt pin quy mô lưới sẽ không chỉ cho phép chúng ta vượt qua những tội lỗi về môi trường trong quá khứ của chúng ta, mà còn cung cấp một bước tiến tới tương lai bền vững cho trẻ em của chúng ta. "

Điều này sẽ hoạt động như thế nào?

Phương pháp sản xuất pin mới sử dụng một quy trình do Licht và các đồng nghiệp GWU của ông phát triển để thu giữ carbon và sử dụng nó để tạo ra các sợi nano carbon, có thể được gói lại để tạo ra các ống nano. Quá trình đó liên quan đến việc triển khai năng lượng mặt trời tập trung để tạo ra một bể hóa chất nóng chảy đạt tới 1.380 độ F (749 độ C). Khi không khí được thêm vào tế bào, carbon dioxide sẽ hòa tan khi chịu nhiệt và dòng điện một chiều từ các điện cực niken và thép.

Quy trình Điện hóa Nhiệt Mặt trời (STEP) chuyển đổi carbon dioxide trong khí quyển thành các ống nano carbon có thể được sử dụng trong các loại pin tiên tiến. Julie Turner / Đại học Vanderbilt

Khi khí bị phá vỡ, các phân tử carbon bám vào các điện cực và tích tụ thành các sợi nano. Sau khi Licht và nhóm của anh ấy xuất bản công việc của họ vào năm 2015, nó hứa hẹn sẽ là một người thay đổi cuộc chơi tiềm năng. Nó không chỉ cung cấp một phương pháp tạo ra sợi nano carbon rẻ hơn so với các phương pháp trước đây, mà còn cung cấp một cách để chiết xuất một lượng lớn carbon dioxide từ khí quyển.

Khi sự phát triển đó được công bố vào năm ngoái, Licht nói với HowStuffWorks rằng anh ấy đã hình dung ra việc xây dựng một mảng C0 ₂ khổng lồ. -tới sợi nano có kích thước bằng các thành phố ở những nơi thưa dân cư như Vùng hẻo lánh của Úc, sa mạc Sahara và Mojave.

Vì nó siêu bền và nhẹ, sợi nano carbon đã được coi là vật liệu của tương lai cho mọi thứ, từ dầm nhà chọc trời đến thân máy bay. Nhưng các ống nano carbon được làm từ những sợi như vậy cũng khá tuyệt vời để sản xuất pin, vì diện tích bề mặt lớn của chúng cho phép chúng lưu trữ nhiều điện tích hơn các dạng carbon khác. Quay trở lại năm 2010, các nhà nghiên cứu của Viện Công nghệ Massachusetts đã tạo ra một loại pin thử nghiệm với các ống nano carbon có dung lượng lớn hơn một phần ba so với pin lithium-ion thông thường và công suất đầu ra gấp 10 lần.

Các nhà nghiên cứu của GW và Vanderbilt báo cáo rằng pin lithium-ion với điện cực ống nano carbon cũng hoạt động tốt hơn một chút so với pin lithium-ion thông thường và mức tăng được khuếch đại khi pin được sạc nhanh.

Khi họ sử dụng các ống nano để thay thế các điện cực graphit trong pin natri-ion, một loại lưu trữ khác, họ đã nhận được một cải tiến thậm chí còn lớn hơn - khoảng 3,5 lần hiệu suất. Cả hai loại pin được trang bị ống nano carbon đều có thể hoạt động thành công trong 10 tuần sạc và xả liên tục mà không có dấu hiệu mệt mỏi.

Ứng dụng Thực tế để Tiến bộ

Theo Licht, việc lắp pin có ống nano carbon vào ô tô sẽ "cung cấp các giải pháp thay thế không phát thải khí nhà kính cho các quy trình sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong công nghiệp và giao thông ngày nay."

Gina Coplon-Newfield, giám đốc Sáng kiến ​​Xe điện của Câu lạc bộ Sierra, nói rằng mặc dù cô ấy vẫn chưa nhìn thấy các chi tiết cụ thể của bước đột phá Vanderbilt-GWU, "nó nghe thực sự hấp dẫn." Coplon-Newfield nói:“Nói chung, chúng tôi rất khuyến khích những gì chúng tôi thấy đang xảy ra trong công nghệ pin ngày nay. "Đó là cả về tiến bộ công nghệ và chi phí giảm."

Quá trình sử dụng carbon dioxide trong khí quyển để sản xuất pin sẽ không chỉ được sử dụng cho ô tô điện. Nó cũng có thể được sử dụng để sản xuất pin lithium-ion cho các thiết bị điện tử và cũng có thể được sử dụng trong các loại pin lớn hơn nhiều có thể được sử dụng để lưu trữ điện do các tấm pin mặt trời và tuabin gió tạo ra.

Có được loại lưu trữ như vậy là rất quan trọng để phát triển lưới điện "thông minh" trong tương lai dựa vào các nguồn điện nhỏ hơn, phi tập trung hơn, thay vì phụ thuộc vào các nhà máy đốt than khổng lồ.

Bây giờ điều đó thật thú vị

Việc sử dụng pin làm thiết bị lưu trữ năng lượng có từ hàng trăm năm, nếu không muốn nói là hàng nghìn năm.