Британские ученые создали литиевую батарею, улавливающую CO₂, накапливающую больше энергии и способную работать даже на Марсе, предлагая более экологичную альтернативу, которая в один прекрасный день может превзойти обычные литий-ионные аккумуляторы.
Как сообщают британские СМИ, ученые из Университета Суррея Великобритании разработали батарею, которая не только эффективно накапливает энергию, но и улавливает углекислый газ в процессе производства, превращая атмосферное загрязнение в энергию. По сообщениям исследователей, эти экологически чистые аккумуляторы являются многообещающим шагом на пути к практическому применению. По словам ученых, в случае коммерциализации эти аккумуляторы могли бы не только помочь сократить выбросы от транспортных средств и промышленных источников, но и работать на Марсе, где атмосфера на 95% состоит из CO₂.
Британские ученые утверждают, что с точки зрения реальных выбросов эффект может быть ощутимым. «По нашим приблизительным подсчетам, один килограмм катализатора может поглотить около 18,5 килограммов CO₂», — говорит в пресс-релизе Университета Суррея его научный сотрудник Даниэль Коммандер. «Это примерно эквивалентно выбросам вредных веществ при 100-мильной поездке на автомобиле, а это означает, что эта батарея может в буквальном смысле компенсировать дневную поездку на работу».
До сих пор литий-ионные аккумуляторы критиковались из-за подверженности быстрому износу, плохой подзарядке и зависимости от дорогостоящих редких металлов, таких как рутений и платина. Но ученые Университета Суррея объявили, что они нашли обходной путь: недорогой катализатор под названием фосфомолибдат цезия (CPM), который недорог и прост в изготовлении при комнатной температуре. Благодаря компьютерному моделированию и лабораторным тестам технология CPM позволила аккумулятору накапливать в 2,5 раза больше заряда, чем обычному литий-ионному, заряжаться с меньшими затратами энергии и надежно работать более 100 циклов.
«Существует растущая потребность в решениях для хранения энергии, которые поддерживают наше стремление к возобновляемым источникам энергии, а также борются с растущей угрозой изменения климата. Наша работа над литий-CO₂ аккумуляторами потенциально может изменить эту ситуацию», — сказал доктор Сиддхарт Гадкари, преподаватель кафедры технологии химических процессов в университете.
Чтобы выяснить, почему CPM работает так эффективно, исследователи из Школы химии и химической инженерии университета Суррея и Института передовых технологий применили двусторонний подход. Сначала они разобрали батарею после нескольких циклов зарядки–разрядки, чтобы изучить химические изменения внутри. Эти тесты показали, что карбонат лития — соединение, образующееся при поглощении CO₂, — может последовательно накапливаться и разлагаться, что является важной особенностью для долговременной работы батареи.
Затем команда использовала компьютерное моделирование, основанное на теории функционала плотности (DFT), чтобы смоделировать, как протекают реакции на поверхности материала. Результаты показали, что стабильная пористая структура CPM обеспечивает идеальную основу для химических процессов, которые влияют на производительность батареи.
«Самое интересное в этом открытии то, что оно сочетает высокую производительность с простотой. Мы показали, что можно создавать эффективные литий-CO₂ аккумуляторы, используя доступные по цене и масштабируемые материалы — редкие металлы не требуются. Наши результаты также открывают возможности для разработки еще более совершенных катализаторов в будущем», — сказал Даниэль Коммандер.
По убеждению ученых из Университета Суррея, это открытие открывает путь к разработке еще более эффективных и недорогих материалов для аккумуляторов. Они убеждены, что благодаря более глубокому изучению того, как эти катализаторы взаимодействуют с электродами и электролитами, литий-CO₂ аккумуляторы могут превратиться в практичное масштабируемое решение для экологически чистого хранения энергии, при этом активно удаляя углекислый газ из атмосферы.
В настоящее время команда ученых из Университета Суррея сосредоточена на том, чтобы сделать технологию еще более экономичной, разработав катализатор, который заменит цезий, поскольку именно фосфомолибдат играет решающую роль. Это может приблизить внедрение системы к крупномасштабному и доступному по цене решению. Исследователи также планируют изучить процессы зарядки и разрядки аккумулятора в режиме реального времени, чтобы получить более глубокое представление о его внутренних механизмах, с целью дальнейшего повышения производительности и долговечности, уделяя особое внимание оценке того, как аккумулятор работает при различных давлениях CO₂.
«Если аккумуляторы будут работать при давлении в 0,006 бар в атмосфере Марса, они смогут питать все, что угодно, от исследовательского марсохода до колонии астронавтов. При давлении окружающего воздуха на Земле 0,0004 бар они смогут улавливать углекислый газ из нашей атмосферы и накапливать энергию где угодно. Во всех случаях ключевым вопросом будет то, как это повлияет на заряд батареи», — сказал Даниэль Коммандер.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.