圖片來源：Gabriella Bocchetti
超級電容器裝置類似于可充電電池，大約四分之一的大小，部分由椰子殼和海水等可持續(xù)材料制成。該超級電容器由劍橋大學(xué)的研究人員設(shè)計(jì)，可以幫助以更低的成本為碳捕獲和儲存技術(shù)提供動力。
研究人員開發(fā)了一種低成本設(shè)備，可以在充電時(shí)選擇性地捕獲二氧化碳氣體。然后，當(dāng)它排放時(shí)，CO2可以以受控的方式釋放并收集以重復(fù)使用或負(fù)責(zé)任地處置。
超級電容器裝置類似于可充電電池，大約四分之一的大小，部分由椰子殼和海水等可持續(xù)材料制成。
“我們發(fā)現(xiàn)，通過緩慢地在板之間交替電流，我們可以捕獲比以前兩倍的二氧化碳量。
超級電容器由劍橋大學(xué)的科學(xué)家設(shè)計(jì)，可以幫助以更便宜的成本為碳捕獲和儲存技術(shù)提供動力。每年約有350億噸二氧化碳被釋放到大氣中，迫切需要解決方案來消除這些排放并解決氣候危機(jī)。目前最先進(jìn)的碳捕集技術(shù)非常昂貴，需要大量的能源。
超級電容器由兩個(gè)正負(fù)電荷電極組成。在特雷弗·賓福德（Trevor Binford）在劍橋大學(xué)完成碩士學(xué)位時(shí)領(lǐng)導(dǎo)的工作中，該團(tuán)隊(duì)嘗試從負(fù)電壓交替到正電壓，以延長先前實(shí)驗(yàn)的充電時(shí)間。這提高了超級電容器捕獲碳的能力。
圖片來源：Gabriella Bocchetti
超級電容器類似于可充電電池，但主要區(qū)別在于兩個(gè)設(shè)備如何存儲電荷。電池使用化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放電荷，而超級電容器不依賴于化學(xué)反應(yīng)。相反，它依賴于電極之間電子的運(yùn)動，因此降解需要更長的時(shí)間，并且具有更長的使用壽命。
“我們發(fā)現(xiàn)，通過緩慢交替板之間的電流，我們可以捕獲比以前兩倍的二氧化碳量，”劍橋大學(xué)優(yōu)素?！す椎禄瘜W(xué)系的Alexander Forse博士說，他領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
“我們的超級電容器的充放電過程可能比現(xiàn)在工業(yè)中使用的胺加熱過程消耗更少的能量，”Forse說?！拔覀兊南乱粋€(gè)問題將涉及研究CO2捕獲的確切機(jī)制并對其進(jìn)行改進(jìn)。那么這將是一個(gè)擴(kuò)大規(guī)模的問題。
研究結(jié)果于2022年5月19日發(fā)表在《納米尺度》雜志上。
超級電容器類似于可充電電池，但主要區(qū)別在于兩個(gè)設(shè)備如何存儲電荷。電池使用化學(xué)反應(yīng)來儲存和釋放電荷，而超級電容器不依賴于化學(xué)反應(yīng)。相反，它依賴于電極之間電子的運(yùn)動，因此降解需要更長的時(shí)間，并且具有更長的使用壽命。
圖片來源：Gabriella Bocchetti
研究人員開發(fā)了一種低成本設(shè)備，可以在充電時(shí)選擇性地捕獲二氧化碳?xì)怏w。然后，當(dāng)它排放時(shí)，CO2可以以受控的方式釋放并收集以重復(fù)使用或負(fù)責(zé)任地處置。
“權(quán)衡是超級電容器不能像電池那樣存儲那么多的電荷，但對于像碳捕獲這樣的東西，我們會優(yōu)先考慮耐用性，”合著者Grace Mapstone說?！白詈玫牟糠质怯糜谥圃斐夒娙萜鞯牟牧霞缺阋擞重S富。電極由碳制成，碳來自廢棄的椰子殼。
“我們希望使用惰性材料，不會損害環(huán)境，并且我們需要減少處理頻率。例如，CO2溶解成水基電解質(zhì)，基本上是海水。
然而，這種超級電容器不會自發(fā)吸收CO2：它必須充電才能吸收CO2。當(dāng)電極帶電時(shí)，負(fù)極板吸入CO2氣體，同時(shí)忽略其他排放物，如氧氣，氮?dú)夂退?，這些排放物對氣候變化沒有貢獻(xiàn)。使用這種方法，超級電容器既可以捕獲碳又可以儲存能量。
合著者Israel Temprano博士通過開發(fā)該設(shè)備的氣體分析技術(shù)為該項(xiàng)目做出了貢獻(xiàn)。該技術(shù)使用壓力傳感器來響應(yīng)電化學(xué)裝置中氣體吸附的變化。Temprano的貢獻(xiàn)結(jié)果有助于縮小當(dāng)CO2被吸收和釋放時(shí)超級電容器內(nèi)部的精確機(jī)制。在超級電容器擴(kuò)大規(guī)模之前，了解這些機(jī)制，可能的損耗和退化途徑都是必不可少的。
“這個(gè)研究領(lǐng)域是非常新的，所以超級電容器內(nèi)部工作的精確機(jī)制仍然未知，”Temprano說。
參考：“通過調(diào)整充電方案提高超級電容擺動吸附CO2捕獲的能力”，作者：Trevor B Binford，Grace Mapstone，Israel Temprano和Alexander C. Forse，2022年5月19日，Nanoscale。DOI： 10.1039/D2NR00748G
該研究由Forse博士的未來領(lǐng)導(dǎo)者獎(jiǎng)學(xué)金資助，F(xiàn)orse博士是一項(xiàng)英國研究與創(chuàng)新計(jì)劃，旨在開發(fā)下一波世界級的研究和創(chuàng)新。
