Kasvihuonekaasu CO2 akun komponentiksi

Metalli-hiilidioksidi -akku on lupaava ja ympäristöystävällinen akkutekniikka, mutta sen energiatehokkuus on rajallinen.

Äskettäin Hongkongin kaupunginyliopiston (CityU) kemistien johtama tutkimusryhmä löysi innovatiivisen tavan ratkaista tämä ongelma ottamalla käyttöön epätavallisen faasin nanomateriaalin katalyyttinä, mikä nostaa akun energiatehokkuutta reilut 80 %.

Tutkimus tuo esiin uudenlaisen katalyyttiratkaisun uuden sukupolven meta-kaasu -akuille, jotka voivat edistää hiilineutraalien tavoitteiden saavuttamista.

Metalli-hiilidioksidi -akku voi tuottaa korkeaa energiatiheyttä elektroniikkaan ja mahdollistaa hiilidioksidin (CO2) kiinnittämisen ilman ylimääräistä energiankulutusta ulkoisesta piiristä akkupiiriin ja näin ottaen hiilidioksidin akun lisäarvokomponentiksi.

Erityisesti litium-hiilidioksidi -akulla on korkea teoreettinen energiatiheys (1876 Wh kg-1), mikä tekee siitä lupaavan ehdokkaan seuraavan sukupolven korkean suorituskyvyn energian muunnos- ja varastointiteknologiaan.

Metalli-CO2 -akut kärsivät kuitenkin edelleen hitaasta reaktiokinetiikasta. Tämä vaatii suuren ylipotentiaalin ajamaan akun hapetus-pelkistysreaktiota, ja aiheuttaa heikon energiatehokkuuden, huonon palautuvuuden ja rajoitetun työjaksovakauden.

"Tutkijat pitävät yleensä metallipohjaisten komponenttien morfologiaa, kokoa, aineosia ja jakautumista komposiittikatodisissa katalysaattoreissa tärkeimpinä huolenaiheina, jotka johtavat eroihin akun suorituskyvyssä", sanoo apulaisprofessori Fan Zhanxi. "Mutta huomasimme, että uusien katalyyttien valmistaminen epätavanomaisilla faaseilla oli toteuttamiskelpoinen ja lupaava strategia metallikaasuakkujen energiatehokkuuden ja suorituskyvyn parantamiseksi, varsinkin kun perinteiset katalyyttien modifiointistrategiat ovat kohdanneet pitkän aikavälin teknisiä esteitä."

Fan ja hänen tiiminsä keräsivät laajaa kokemusta ja tietämystä metallipohjaisten nanomateriaalien kidefaasin tarkasta säätelystä, minkä ansiosta he pystyivät valitsemaan sopivia elementtejä epätavanomaisten faasiensa rakentamiseen ja tutkimaan myöhemmin katalyyttien kidefaasin vaikutusta tietynlaisen aproottisen (eli ilman vetyioneja) metalli-kaasu sähkökemian reaktiokinetiikkaan.

"Tämä ei kuitenkaan tarkoita, että tämä prosessi olisi helppo toteuttaa, koska se sisältää tiukat vaatimukset katodikatalyyttien kaksitoiminnallisuudelle orgaanisessa ympäristössä", tohtori Fan selittää.

Ryhmän tekemien kokeiden ja teoreettisten laskelmien yhdistelmä toi esiin, että faasitekniikalla luodut 4H/fcc Ir -nanorakenteet ovat suotuisampia amorfisten/matalakiteisten purkaustuotteiden palautuvaan muodostumiseen, mikä pienentää ylipotentiaalia ja edistää työjaksojen sähkökemiallisten redox-reaktioiden vakautta.

"Tämä tutkimus tuo esiin metalli-kaasu sähkökemian katalyyttien faasisuunnittelun suuret mahdollisuudet. Se avaa uuden suunnan katalyyttien suunnittelulle kestävien sähkökemiallisten energian muunnos- ja varastointijärjestelmien kehittämiseen”, tohtori Fan toteaa.

Aiheesta aiemmin:

Uusia kierrätyskelpoisia akkukonsepteja

Hiilidioksidia hotkiva akku