薩里大學(xué)的科學(xué)家在環(huán)保電池技術(shù)方面取得了重大進(jìn)展，開發(fā)出一種不僅能儲(chǔ)存更多能量，還能幫助減少溫室氣體排放的系統(tǒng)。這些鋰-二氧化碳“呼吸”電池在發(fā)電的同時(shí)還能捕獲二氧化碳，提供了一種更具可持續(xù)性的選擇，其性能最終可能超越傳統(tǒng)的鋰離子電池。

此前，鋰-二氧化碳電池一直面臨效率問題。它們損耗快、充電困難，而且依賴于鉑等昂貴稀有的材料。薩里大學(xué)的研究人員通過引入一種名為磷鉬酸銫 (CPM) 的低成本催化劑解決了這些問題。

通過計(jì)算機(jī)建模和實(shí)驗(yàn)室測試相結(jié)合，他們發(fā)現(xiàn)這種簡單的改變可以讓電池存儲(chǔ)更多的能量，需要更少的充電電量，并可靠地運(yùn)行超過 100 次循環(huán)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》雜志上，代表著朝著實(shí)際應(yīng)用邁出了充滿希望的一步。如果投入市場，這些電池將有助于減少車輛和工業(yè)排放?？茖W(xué)家們還認(rèn)為，它們也可以在火星上使用，因?yàn)榛鹦堑拇髿庵?5%的成分都是二氧化碳。

薩里大學(xué)研究人員開發(fā)的鋰二氧化碳原型。圖片薩里大學(xué)

薩里大學(xué)化學(xué)過程工程講師、該研究的通訊作者 Siddharth Gadkari 博士表示：

“人們對能源存儲(chǔ)解決方案的需求日益增長，這些解決方案不僅能支持我們推動(dòng)可再生能源發(fā)展，還能應(yīng)對日益嚴(yán)重的氣候變化威脅。我們在鋰-二氧化碳電池方面的研究，有望在實(shí)現(xiàn)這一愿景的過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用?！?/p>

Siddharth Gadkari 博士。圖片薩里大學(xué)

這些電池面臨的最大挑戰(zhàn)之一是所謂的“過電位”——即啟動(dòng)反應(yīng)所需的額外能量。你可以把它想象成騎自行車先上坡，然后才能滑行。我們已經(jīng)證明，CPM 可以平整坡度，這意味著電池在每次充放電過程中損失的能量要少得多。

為了理解CPM為何如此有效，薩里大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院和先進(jìn)技術(shù)研究所的團(tuán)隊(duì)采用了兩種方法。首先，他們在充放電后拆解電池，研究其內(nèi)部的化學(xué)變化。這些事后測試發(fā)現(xiàn)，電池吸收二氧化碳時(shí)形成的化合物碳酸鋰能夠可靠地積聚和去除——這是長期使用的關(guān)鍵特性。

丹尼爾·康德德爾博士。圖片薩里大學(xué)

隨后，他們利用密度泛函理論 (DFT) 進(jìn)行計(jì)算機(jī)建模，這使得研究人員能夠探索反應(yīng)在材料表面的展開方式。結(jié)果表明，CPM 穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)為關(guān)鍵的化學(xué)反應(yīng)提供了理想的表面。

薩里大學(xué)未來研究員、該研究的通訊作者 Daniel Commandeur 博士表示：

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)令人興奮的地方在于，它兼具強(qiáng)大的性能和簡便易用性。我們證明了，使用經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、可擴(kuò)展的材料——無需稀有金屬——就能制造出高效的鋰-二氧化碳電池。我們的發(fā)現(xiàn)也為未來設(shè)計(jì)更先進(jìn)的催化劑打開了大門。

這一發(fā)現(xiàn)為開發(fā)更優(yōu)質(zhì)、低成本、易于制造的電池材料打開了新的大門。隨著對這些催化劑與電極和電解質(zhì)相互作用方式的進(jìn)一步研究，鋰-二氧化碳電池有望成為一種實(shí)用且可擴(kuò)展的清潔能源儲(chǔ)存方式，同時(shí)有助于減少大氣中的碳排放。