這個電池只靠二氧化碳和空氣發電!

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電力來自污染。

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在快速暖化的世界裡,尋找一種便宜的方式來吸取大氣層中的溫室氣體,同時又能滿足能源需求,可能是未來幾個世紀,我們在地球繼續生存的關鍵。

然而藉由開發一種在二氧化碳和空氣溶液運作的可充電式電池,新的研究帶領我們更進一步接近目標。

在過去,藉由將二氧化碳直接轉換成燃料,例如乙醇,這些研究人員已經使用溫室氣體排放來產生能源,跳過需要由植物來做這種骯髒工作。

去年,勞倫斯利福摩爾國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)的一個小組提出不同的提案,建議將排放氣體打進井底下1或2公里(3千到5千英呎),迫使受熱的水上升到地面上來,以提供地熱能源。

但如果我們可以在生產電池中直接使用二氧化碳呢?這些研究人員在過去探索過這種可能性,但大多數從大氣層過剩的二氧化碳來產生電力的計劃是非常昂貴的,或是不會產生大量的電流。

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來自賓州州立大學(Pennsylvania State University)的一個團隊,認為他們的新發明終於抵制了這種汙染趨勢。

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團隊成員Christopher Gorski告訴科技新聞網站Phys.org的Lisa Zyga:「與現有的科技需要昂貴的催化劑材料和非常高的溫度來將二氧化碳轉化為有用的燃料相比,這項研究成果提供一種更簡單的替代方法,從二氧化碳捕獲能量。」

根據一種被稱為液流電池(flow cell)的電池種類,結構在原則上是相當的簡單。

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想像兩個容器被一種半孔隙膜(semi-porous membrane)分開。利用一種稱為噴射(sparging)的過程,來自周遭的空氣被溶解在水中,然後加入到其中一個容器。

第二個容器裝有類似噴射過的水和純二氧化碳混合。當溶解時,二氧化碳分裂成帶正電荷的氫離子或簡單的質子,以及碳酸氫鹽(bicarbonate),使得溶液的酸鹼值(pH)降到7.7。

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由於空氣噴射溶液具有較高的9.4 酸鹼值,混合物在不同濃度的帶電粒子中形成梯度(gradient)。

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Kim et al./2017 American Chemical Society

大多數的分子不能流過分隔物,但是離子可以從一種溶液自由地移到另一種。結果,每個容器中的氧化錳電極經歷過電壓差,因而產生電流。

一旦耗盡,簡單地透過切換流過每個電極的溶液,電池就能夠充電。這些研究人員發現他們可以來回交換溶液超過50次,而且仍然保持相同的性能程度。

平均而言,液流電池產生0.82 W/m2 的功率密度,比之前的努力高出將近2百倍。而且使用的材料也比較便宜。

我們應該指出,每平方公尺大約1瓦特並不是很大,和普通AA電池可以產生大致相同的功率一樣小。

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雖然使用其他混合物可以得到更好的結果,但它是一個有希望的概念驗證。而且研究人員認為,進一步的調整應該會產生足夠大的功率,使得它值得施工的成本。

調整這項科技來利用燃燒石化燃料產生的氣體濃霧,會是另一個要克服的障礙。現在,這些溶液還是依賴純二氧化碳和相對乾淨的空氣。

但是考慮到成本的降低和功率的改善,像這樣的技術提供給我們所需的踏腳石,潛在地應付氣候變遷,同時還滿足我們日益增加的電力需求。

這項研究發表在環境科學與科技通訊期刊(Environmental Science & Technology Letters)

來源:ScienceAlert