Az áttörést jelentő fejlesztés átalakíthatja a tiszta energia technológiáját. A Surrey Egyetem tudósai fejlesztettek ki egy lítium–CO₂ akkumulátort, amely nemcsak hatékonyan tárolja az energiát, hanem a szén-dioxidot is megköti – a szennyezést energiává alakítva.
Ezek a környezetbarát akkumulátorok ígéretes lépést jelentenek a gyakorlati alkalmazások felé. Ha kereskedelmi forgalomba kerülnek, nemcsak a járművek és ipari források kibocsátásának csökkentéséhez járulhatnak hozzá, hanem – a tudósok szerint – a Marson is működhetnek, ahol a légkör 95 százaléka CO₂. Az Interesting Engineering-en taglalt tanulmány az Advanced Science folyóiratban jelent meg.
Az áttörést jelentő fejlesztés átalakíthatja a tiszta energia technológiáját. (Fotó: Unsplash)
„Durva számításaink szerint egy kilogramm katalizátor körülbelül 18,5 kilogramm CO₂-t tud megkötni,” mondta Dr. Daniel Commandeur, a Surrey Future Fellow munkatársa egy közleményben. „Ez nagyjából annyi, mint egy 160 kilométeres autóút kibocsátása – tehát ez az akkumulátor szó szerint semlegesíthetné egy napi ingázás szén-dioxid-kibocsátását.”
Eddig a lítium–CO₂ akkumulátorok nem teljesítettek jól – gyorsan elhasználódtak, gyengén voltak újratölthetők, és ritka, drága fémekre, például ruténiumra és platinára volt szükségük. A tudósok azonban találtak egy megoldást. Egy olcsó katalizátor, a cézium-foszformolibdát (CPM), amely egyszerűen, szobahőmérsékleten előállítható.
Számítógépes modellezéssel és laboratóriumi tesztekkel alátámasztva a CPM 2,5-szer több töltést tett lehetővé, mint a lítium-ion akkumulátorok. Kevesebb energiával tölthető, és több mint 100 cikluson keresztül megbízhatóan működött.
„Egyre nagyobb szükség van olyan energiatárolási megoldásokra, amelyek támogatják a megújuló energiaforrásokra való áttérést, miközben a klímaváltozás növekvő fenyegetését is kezelik. Munkánk a lítium–CO₂ akkumulátorokon áttörést jelenthet e cél elérésében,” mondta Dr. Siddharth Gadkari, a Surrey Egyetem Vegyipari Folyamatmérnöki tanszékének oktatója.
Hogy kiderítsék, miért működik a CPM ilyen hatékonyan, a Surrey Kémiai és Vegyészmérnöki Kar és a Fejlett Technológiai Intézet kutatói kétirányú megközelítést alkalmaztak.
Először szétszerelték az akkumulátort több töltési–kisütési ciklus után, hogy megvizsgálják a belső kémiai változásokat. Ezek a „boncolási” tesztek kimutatták, hogy a lítium-karbonát – a CO₂ megkötése során képződő vegyület – megbízhatóan képes felépülni és lebomlani. Ez kulcsfontosságú a hosszú távú akkumulátor-teljesítmény szempontjából. Ezután a csapat sűrűségfunkcionál elméleten (DFT) alapuló számítógépes modellezéssel szimulálta, hogyan zajlanak le a reakciók az anyag felületén.
Az eredmények azt mutatták, hogy a CPM stabil, porózus szerkezete ideális platformot biztosít az akkumulátor teljesítményét meghatározó kémiai folyamatokhoz.
„Ami igazán izgalmas ebben a felfedezésben, az az, hogy ötvözi a nagy teljesítményt az egyszerűséggel. Megmutattuk, hogy hatékony lítium–CO₂ akkumulátorok építhetők megfizethető, nagyban előállítható anyagokkal – ritka fémek nélkül. Eredményeink egyúttal utat nyitnak még jobb katalizátorok tervezéséhez a jövőben,” mondta Commandeur.
A felfedezés lehetőséget teremt még hatékonyabb, alacsony költségű akkumulátor-anyagok tervezésére. A katalizátorok és az elektródok, illetve elektrolitok kölcsönhatásainak mélyebb vizsgálatával a lítium–CO₂ akkumulátorok gyakorlati, skálázható megoldássá válhatnak a tiszta energia tárolására – miközben aktívan távolítják el a szén-dioxidot a légkörből.
A csapat most azon dolgozik, hogy a technológiát még költséghatékonyabbá tegye egy céziummentes katalizátor fejlesztésével – mivel a kulcsszerepet a foszformolibdát játssza. Ez közelebb hozhatja a rendszert a nagy léptékű, megfizethető alkalmazáshoz.
A kutatók emellett azt tervezik, hogy valós időben vizsgálják az akkumulátor töltési és kisütési folyamatait, hogy mélyebb betekintést nyerjenek annak belső mechanizmusába. A teljesítmény és tartósság további javítása érdekében különösen a különböző CO₂ nyomások melletti működés értékelésére fókuszálva.
„Ha az akkumulátorok 0,006 bar nyomáson működnek, ami a Mars légköri nyomása, akkor mindent képesek lehetnek meghajtani a kutatórobotoktól egy kolóniáig. 0,0004 bar, vagyis a Föld CO₂ parciális nyomása esetén képesek lehetnek megkötni a légköri CO₂-t és bárhol energiát tárolni. Minden esetben a kulcskérdés az lesz, hogyan befolyásolja ez az akkumulátor töltési kapacitását,” mondta Commandeur.
Kiemelt kép: Unsplash
Devenyi Dalma
