Революция в энергетике: аккумуляторы поглощают CO₂ и питают будущее

Ученые из Университета Суррея представляют новый тип аккумулятора, способный кардинально изменить подходы к хранению энергии и борьбе с изменением климата.

Эти усовершенствованные литий-углекислотные (Li-CO₂) аккумуляторы не только обладают более высокой энергоэффективностью, но и поглощают углекислый газ из атмосферы во время работы. Они предлагают мощное решение «два в одном» для двух актуальнейших мировых проблем: хранения чистой энергии и сокращения выбросов парниковых газов.

Благодаря решению давних проблем с эффективностью с помощью недорогого катализатора, это нововведение может проложить путь к масштабируемым, экологически чистым батареям, превосходящим современные литий-ионные технологии – как на Земле, так и, возможно, на Марсе.

В отличие от обычных аккумуляторов, которые только накапливают и отдают энергию, литий-углекислотные батареи, как утверждают разработчики, «дышат». Они поглощают CO₂ из окружающей среды и преобразуют его в энергию во время разрядки. Эта уникальная функция позволяет им служить двойной цели: питать устройства и одновременно снижать уровень углекислого газа в атмосфере.

Однако, несмотря на свой потенциал, литий-углекислотные батареи долгое время сталкивались с техническими трудностями. Обычно они страдают от короткого срока службы, неэффективности при перезарядке и зависимости от редких, дорогих материалов, таких как платина.

Команда Университета Суррея теперь заявляет, что преодолела эти ограничения, представив недорогой катализатор, известный как фосфомолибдат цезия (CPM).

Это новое соединение играет ключевую роль в снижении так называемого «сверхпотенциала» – дополнительной энергии, необходимой для протекания химических реакций в батарее. Сглаживая эту потребность в энергии, CPM позволяет аккумулятору работать более эффективно, теряя меньше энергии при каждом цикле.

Лабораторные испытания, по словам исследователей, показали значительные улучшения: модифицированные литий-углекислотные батареи выдержали более 100 циклов, сохранили значительно больше энергии и требовали гораздо меньше энергии для перезарядки, при этом используя недорогие, масштабируемые материалы.

Чтобы понять, почему CPM так эффективен, ученые применили двусторонний подход.

Анализ после использования показал, что карбонат лития, основной продукт реакции батареи с CO₂, может надежно образовываться и удаляться. Эта стабильность является ключом к продлению срока службы батареи.

Команда также использовала компьютерное моделирование с помощью теории функционала плотности (DFT) для изучения молекулярных взаимодействий на поверхности батареи.

Результаты подтвердили, что стабильная, пористая структура CPM обеспечивает идеальную среду для необходимых электрохимических реакций, что дополнительно подтверждает его превосходные характеристики.

Последствия этого исследования выходят за пределы земной атмосферы. Учитывая, что атмосфера Марса на 95% состоит из CO₂, литий-углекислотные батареи потенциально могут обеспечивать энергией будущие миссии на Красную планету.

Ближе к Земле, эти батареи могут помочь сократить выбросы от транспортного и промышленного секторов, что делает их важным инструментом в борьбе с изменением климата.

Исследование знаменует собой важный шаг на пути к коммерциализации литий-углекислотных батарей. Демонстрируя, что высокая производительность может быть достигнута с помощью легкодоступных материалов, оно открывает двери для дальнейших инноваций в области энергосбережения с улавливанием углерода.

По мере роста спроса на устойчивые энергетические решения, литий-углекислотные батареи могут стать практичным, экологически чистым вариантом для глобального перехода на возобновляемые источники энергии, обеспечивая чистую энергию и одновременно активно снижая уровень CO₂ в атмосфере.