Thiết bị giống như pin giá rẻ mới thu hút khí thải CO2 trong khi sạc

Thiết bị siêu tụ điện, tương tự như pin sạc, có kích thước bằng 1/4 và được làm một phần từ các vật liệu bền vững bao gồm gáo dừa và nước biển. Được thiết kế bởi các nhà nghiên cứu từ Đại học Cambridge, siêu tụ điện có thể giúp cung cấp năng lượng cho các công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon với chi phí thấp hơn nhiều. Tín dụng: Gabriella Bocchetti

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị giá rẻ có thể thu giữ một cách có chọn lọc khí carbon dioxide trong khi sạc. Sau đó, khi nó thải ra ngoài, CO2 có thể được giải phóng một cách có kiểm soát và được thu gom để tái sử dụng hoặc xử lý một cách có trách nhiệm.

Thiết bị siêu tụ điện, tương tự như pin sạc, có kích thước bằng 1/4 và được làm một phần từ các vật liệu bền vững bao gồm gáo dừa và nước biển.

“Chúng tôi nhận thấy rằng bằng cách xoay chiều dòng điện từ từ giữa các tấm, chúng tôi có thể thu được gấp đôi lượng CO2 so với trước đây.” – Tiến sĩ Alexander Forse

Được thiết kế bởi các nhà khoa học từ Đại học Cambridge, siêu tụ điện có thể giúp cung cấp năng lượng cho các công nghệ thu giữ và lưu trữ carbon với chi phí rẻ hơn nhiều. Hàng năm, khoảng 35 tỷ tấn CO2 được thải vào khí quyển, và cần có các giải pháp cấp bách để loại bỏ lượng khí thải này và giải quyết cuộc khủng hoảng khí hậu. Các công nghệ thu giữ carbon tiên tiến nhất hiện nay khá đắt tiền và cần lượng năng lượng lớn.

Siêu tụ điện bao gồm hai điện cực mang điện tích âm và dương. Trong công việc do Trevor Binford dẫn dắt khi đang hoàn thành bằng Thạc sĩ tại Cambridge, nhóm đã thử xoay chiều từ điện áp âm sang điện áp dương để kéo dài thời gian sạc từ các thí nghiệm trước đó. Điều này đã cải thiện khả năng thu giữ carbon của siêu tụ điện.

Siêu tụ điện tương tự như pin sạc nhưng sự khác biệt chính là ở cách hai thiết bị lưu trữ điện tích. Pin sử dụng các phản ứng hóa học để lưu trữ và giải phóng điện tích, trong khi siêu tụ điện không dựa vào các phản ứng hóa học. Thay vào đó, nó dựa vào sự chuyển động của các electron giữa các điện cực, do đó, nó mất nhiều thời gian hơn để phân hủy và có tuổi thọ cao hơn. Tín dụng: Gabriella Bocchetti

Tiến sĩ Alexander Forse từ Khoa Hóa học Yusuf Hamied của Cambridge, người đứng đầu cuộc nghiên cứu, cho biết: “Chúng tôi phát hiện ra rằng bằng cách xoay chiều từ từ dòng điện giữa các tấm, chúng ta có thể thu giữ lượng CO2 gấp đôi so với trước đây.

Forse cho biết: “Quá trình sạc-xả của siêu tụ điện của chúng tôi có thể sử dụng ít năng lượng hơn so với quá trình đốt nóng amin được sử dụng trong công nghiệp hiện nay. “Các câu hỏi tiếp theo của chúng tôi sẽ liên quan đến việc điều tra các cơ chế chính xác của việc thu giữ CO2 và cải thiện chúng. Sau đó, nó sẽ là một câu hỏi về việc mở rộng quy mô. ”

Các kết quả được công bố vào ngày 19 tháng 5 năm 2022, trên tạp chí Nanoscale .

Siêu tụ điện tương tự như pin sạc nhưng sự khác biệt chính là ở cách hai thiết bị lưu trữ điện tích. Pin sử dụng các phản ứng hóa học để lưu trữ và giải phóng điện tích, trong khi siêu tụ điện không dựa vào các phản ứng hóa học. Thay vào đó, nó dựa vào sự chuyển động của các electron giữa các điện cực, do đó, nó mất nhiều thời gian hơn để phân hủy và có tuổi thọ cao hơn.

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một thiết bị giá rẻ có thể thu giữ một cách có chọn lọc khí carbon dioxide trong khi sạc. Sau đó, khi nó thải ra ngoài, CO2 có thể được giải phóng một cách có kiểm soát và được thu gom để tái sử dụng hoặc xử lý một cách có trách nhiệm. Tín dụng: Gabriella Bocchetti

Đồng tác giả Grace Mapstone cho biết: “Sự đánh đổi là siêu tụ điện không thể tích trữ nhiều điện năng như pin, nhưng đối với thứ gì đó như thu giữ carbon, chúng tôi sẽ ưu tiên độ bền. “Điều tuyệt vời nhất là vật liệu làm siêu tụ điện rất rẻ và phong phú. Các điện cực được làm bằng carbon, lấy từ gáo dừa thải.

“Chúng tôi muốn sử dụng các vật liệu trơ, không gây hại cho môi trường và chúng tôi cần thải bỏ ít thường xuyên hơn. Ví dụ, CO2 hòa tan vào một chất điện phân dựa trên nước mà về cơ bản là nước biển ”.

Tuy nhiên, siêu tụ điện này không hấp thụ CO2 một cách tự nhiên: nó phải được sạc để hút CO2 vào. Khi các điện cực trở nên tích điện, bản cực âm sẽ hút khí CO2 vào, đồng thời bỏ qua các khí thải khác, chẳng hạn như oxy, nitơ và nước, không gây ra biến đổi khí hậu. Sử dụng phương pháp này, siêu tụ điện vừa thu nhận cacbon vừa tích trữ năng lượng.

Đồng tác giả, Tiến sĩ Israel Temprano đã đóng góp cho dự án bằng cách phát triển kỹ thuật phân tích khí cho thiết bị. Kỹ thuật này sử dụng một cảm biến áp suất phản ứng với những thay đổi trong quá trình hấp phụ khí trong thiết bị điện hóa. Kết quả từ sự đóng góp của Temprano giúp thu hẹp cơ chế hoạt động chính xác bên trong siêu tụ điện khi CO2 được hấp thụ và giải phóng. Hiểu được các cơ chế này, các tổn thất có thể xảy ra và các lộ trình suy giảm đều là điều cần thiết trước khi siêu tụ điện có thể được mở rộng.

Temprano cho biết: “Lĩnh vực nghiên cứu này rất mới nên cơ chế hoạt động chính xác bên trong siêu tụ điện vẫn chưa được biết đến.

Tham khảo: “Nâng cao khả năng thu CO2 hấp phụ xoay vòng siêu điện bằng cách điều chỉnh các giao thức sạc” của Trevor B Binford, Grace Mapstone, Israel Temprano và Alexander C. Forse, 19 tháng 5 năm 2022, Kích thước nano .
DOI: 10.1039 / D2NR00748G

Nghiên cứu được tài trợ bởi Học bổng Lãnh đạo Tương lai cho Tiến sĩ Forse, một chương trình Nghiên cứu và Đổi mới của Vương quốc Anh đang phát triển làn sóng đổi mới và nghiên cứu đẳng cấp thế giới tiếp theo.

Theo Scitechdaily