Boj proti zpomalení globálního oteplování se většinou soustředil na odstavení lidí od spalování fosilních paliv, která vypouštějí oxid uhličitý a přispívají ke skleníkovému efektu. Bylo také vynaloženo mnoho úsilí na nalezení způsobů, jak zachycovat CO2 ze vzduchu a dejte ho někam, kde nemůže způsobit žádnou škodu. Ideálním řešením by samozřejmě bylo dosáhnout obou věcí najednou. Co kdybyste si mohli vzít CO2 z atmosféry a využívat jej jako čistší zdroj energie, což snižuje potřebu spalovat fosilní paliva?
Vědci z univerzit Vanderbilt a George Washington možná našli způsob, jak toho dosáhnout. V článku publikovaném dnes v časopise American Chemical Society ACS Central Science popisují proces získávání uhlíku z atmosférického CO2 a poté jej použít k výrobě uhlíkových nanotrubic. Nanotrubice by pak posloužily k nahrazení grafitových elektrod v lithium-iontových bateriích pro automobily s elektrickým pohonem.
Teoreticky bychom mohli vytvořit nejen uhlíkově neutrální, ale uhlíkově negativní elektromobily, které ukládají energii a působí proti minulým ekologickým škodám.
„Vzhledem k jejich lepšímu výkonu, předpokládaným nízkým nákladům a schopnosti odstraňovat skleníkový plyn je pravděpodobné, že auta vybavená bateriemi s uhlíkovými nanotrubičkami se stanou normou,“ říká jeden z vědců, profesor chemie GWU Stuart Licht, prostřednictvím e-mailu.
V tiskové zprávě oznamující vývoj Vanderbilt, odborný asistent strojního inženýrství Cary Pint, řekl:„Představte si svět, kde by nám každé nové elektrické vozidlo nebo instalace síťové baterie umožnily nejen překonat ekologické hříchy naší minulosti, ale také poskytnout krok směrem k udržitelné budoucnosti pro naše děti.“
Jak by to fungovalo?
Nová metoda výroby baterií využívá proces vyvinutý Lichtem a jeho kolegy z GWU pro zachycování uhlíku a jeho použití k výrobě uhlíkových nanovláken, která lze spojovat a vytvářet nanotrubice. Tento proces zahrnuje nasazení koncentrované sluneční energie k vytvoření roztavené lázně chemikálií, která dosahuje 1 380 stupňů F (749 stupňů C). Když se do článku přidá vzduch, oxid uhličitý se při vystavení teplu a stejnosměrnému proudu z niklových a ocelových elektrod rozpustí.
Jak se plyn rozpadá, molekuly uhlíku ulpívají na elektrodách a tvoří se nanovlákna. Poté, co Licht a jeho tým publikovali svou práci v roce 2015, slibovalo, že bude potenciálním herním převratem. Nejen, že poskytl metodu pro vytvoření uhlíkových nanovláken, která byla levnější než předchozí metody, ale také nabídl způsob, jak extrahovat obrovské množství oxidu uhličitého z atmosféry.
Když byl tento vývoj loni oznámen, Licht řekl HowStuffWorks, že si představoval vybudování řady obřích C02 -nanovláknové rostliny o velikosti měst v řídce osídlených místech, jako je australské vnitrozemí a pouště Sahara a Mojave.
Vzhledem k tomu, že je superpevné a zároveň lehké, bylo uhlíkové nanovlákno nabízeno jako materiál budoucnosti pro vše od nosníků mrakodrapů po trupy letadel. Ale uhlíkové nanotrubice vyrobené z takových vláken jsou také docela skvělé pro výrobu baterií, protože jejich velký povrch jim umožňuje uložit více náboje než jiné formy uhlíku. V roce 2010 vytvořili výzkumníci Massachusetts Institute of Technology experimentální baterii s uhlíkovými nanotrubičkami, která měla o třetinu větší kapacitu než běžná lithium-iontová baterie a 10krát vyšší výkon.
Výzkumníci GW a Vanderbilt uvádějí, že lithium-iontová baterie s uhlíkovými nanotrubičkovými elektrodami také funguje o něco lépe než konvenční lithium-iontová baterie a že při rychlém nabití baterie je zesílení zesíleno.
Když použili nanotrubice k nahrazení grafitových elektrod v sodno-iontové baterii, což je jiný typ úložiště, dosáhli ještě většího zlepšení - asi 3,5krát vyššího výkonu. Oba typy baterií vybavené uhlíkovými nanotrubičkami úspěšně vydržely 10 týdnů nepřetržitého nabíjení a vybíjení bez známek únavy.
Praktické aplikace pro pokročilé
Podle Lichta umístění baterií s uhlíkovými nanotrubičkami do automobilů „poskytne alternativy bez emisí skleníkových plynů k dnešním průmyslovým a dopravním procesům fosilních paliv.“
Gina Coplon-Newfield, ředitelka iniciativy Sierra Club's Electric Vehicles Initiative, uvedla, že ačkoliv ještě neviděla specifika průlomu Vanderbilt-GWU, „zní to opravdu zajímavě.“ "Obecně jsme velmi povzbuzeni tím, co se v dnešní době děje v technologii baterií," říká Coplon-Newfield. "To je jak z hlediska technologického pokroku, tak klesajících nákladů."
Proces využití atmosférického oxidu uhličitého k výrobě baterií by se nemusel používat jen u elektromobilů. Dalo by se také použít k výrobě lithium-iontových baterií pro elektronická zařízení a také v mnohem větších bateriích, které by bylo možné použít k ukládání elektřiny vyrobené solárními panely a větrnými turbínami.
Mít tento druh úložiště je zásadní pro rozvoj budoucích „chytrých“ elektrických sítí, které se spoléhají na menší, decentralizované zdroje elektřiny, místo aby byly závislé na obrovských uhelných elektrárnách.
To je zajímavéPoužívání baterií jako úložných zařízení pro energii sahá stovky, ne-li tisíce let.
