Um novo tipo de bateria desenvolvido por pesquisadores do MIT poderia ser feito em parte a partir de dióxido de carbono capturado de usinas de energia. Em vez de tentar converter o dióxido de carbono em produtos químicos especializados usando catalisadores de metal, que atualmente é altamente desafiador, esta bateria pode converter continuamente dióxido de carbono em um carbonato mineral sólido à medida que é descarregada.

Embora ainda baseado na pesquisa em estágio inicial e longe da implantação comercial, a nova formulação da bateria pode abrir novos caminhos para adaptar as reações de conversão eletroquímica de dióxido de carbono, o que pode, em última instância, ajudar a reduzir a emissão de gases de efeito estufa para a atmosfera.

A bateria é feita de metal de lítio, carbono, e um eletrólito projetado pelos pesquisadores. Os resultados são descritos hoje no jornal Joule , em um artigo do professor assistente de engenharia mecânica Betar Gallant, estudante de doutorado Aliza Khurram, e pós-doutorado Mingfu He.

Atualmente, usinas de energia equipadas com sistemas de captura de carbono geralmente usam até 30 por cento da eletricidade que geram apenas para alimentar a captura, liberar, e armazenamento de dióxido de carbono. Qualquer coisa que possa reduzir o custo desse processo de captura, ou que pode resultar em um produto final que tem valor, poderia mudar significativamente a economia de tais sistemas, dizem os pesquisadores.

Contudo, "o dióxido de carbono não é muito reativo, "Gallant explica, portanto, "tentar encontrar novas vias de reação é importante". Geralmente, a única maneira de fazer com que o dióxido de carbono exiba atividade significativa sob condições eletroquímicas é com grandes entradas de energia na forma de altas tensões, o que pode ser um processo caro e ineficiente. Idealmente, o gás passaria por reações que produziriam algo que valesse a pena, como um produto químico útil ou um combustível. Contudo, esforços de conversão eletroquímica, geralmente conduzido na água, permanecem prejudicados por altos aportes de energia e baixa seletividade dos produtos químicos produzidos.

Gallant e seus colegas de trabalho, cuja experiência tem a ver com reações eletroquímicas não aquosas (não à base de água), como as que estão por trás das baterias à base de lítio, investigou se a química de captura de dióxido de carbono poderia ser usada para fazer eletrólitos carregados com dióxido de carbono - uma das três partes essenciais de uma bateria - onde o gás capturado poderia então ser usado durante a descarga da bateria para fornecer um Potência da saída.

Esta abordagem é diferente de liberar o dióxido de carbono de volta para a fase gasosa para armazenamento de longo prazo, como agora é usado na captura e sequestro de carbono, ou CCS. Esse campo geralmente procura maneiras de capturar dióxido de carbono de uma usina por meio de um processo de absorção química e, em seguida, armazená-lo em formações subterrâneas ou alterá-lo quimicamente em um combustível ou matéria-prima química.

Em vez de, esta equipe desenvolveu uma nova abordagem que poderia ser usada diretamente no fluxo de resíduos da usina de energia para fazer material para um dos principais componentes de uma bateria.

Embora o interesse tenha aumentado recentemente no desenvolvimento de baterias de lítio-dióxido de carbono, que usam o gás como reagente durante a descarga, a baixa reatividade do dióxido de carbono normalmente requer o uso de catalisadores de metal. Não são apenas caros, mas sua função permanece mal compreendida, e as reações são difíceis de controlar.

Ao incorporar o gás no estado líquido, Contudo, Gallant e seus colegas de trabalho encontraram uma maneira de conseguir a conversão eletroquímica de dióxido de carbono usando apenas um eletrodo de carbono. A chave é pré-ativar o dióxido de carbono incorporando-o a uma solução de amina.

"O que mostramos pela primeira vez é que esta técnica ativa o dióxido de carbono para uma eletroquímica mais fácil, "Gallant diz." Esses dois produtos químicos - aminas aquosas e eletrólitos de bateria não aquosos - normalmente não são usados ​​juntos, mas descobrimos que sua combinação proporciona comportamentos novos e interessantes que podem aumentar a tensão de descarga e permitir a conversão sustentada de dióxido de carbono. "

Eles mostraram por meio de uma série de experimentos que essa abordagem funciona, e pode produzir uma bateria de lítio-dióxido de carbono com voltagem e capacidade competitivas com as baterias de lítio-gás de última geração. Além disso, a amina atua como um promotor molecular que não é consumido na reação.

A chave era desenvolver o sistema de eletrólito certo, Khurram explica. Neste estudo inicial de prova de conceito, eles decidiram usar um eletrólito não aquoso porque isso limitaria as vias de reação disponíveis e, portanto, tornaria mais fácil caracterizar a reação e determinar sua viabilidade. O material de amina que eles escolheram é usado atualmente para aplicações CCS, mas não tinha sido aplicado anteriormente às baterias.

Este sistema inicial ainda não foi otimizado e exigirá mais desenvolvimento, dizem os pesquisadores. Por uma coisa, o ciclo de vida da bateria é limitado a 10 ciclos de carga-descarga, portanto, mais pesquisas são necessárias para melhorar a capacidade de recarga e prevenir a degradação dos componentes celulares. "Baterias de lítio-dióxido de carbono estão a anos de distância" como um produto viável, Gallant diz, já que esta pesquisa cobre apenas um dos vários avanços necessários para torná-los práticos.

Mas o conceito oferece um grande potencial, de acordo com Gallant. A captura de carbono é amplamente considerada essencial para cumprir as metas mundiais de redução das emissões de gases de efeito estufa, mas ainda não foi provado, maneiras de descartar ou usar todo o dióxido de carbono resultante a longo prazo. O descarte geológico subterrâneo ainda é o principal candidato, mas essa abordagem permanece um tanto não comprovada e pode ser limitada em quanto pode acomodar. Também requer energia extra para perfuração e bombeamento.

Os pesquisadores também estão investigando a possibilidade de desenvolver uma versão de operação contínua do processo, que usaria um fluxo constante de dióxido de carbono sob pressão com o material de amina, em vez de um suprimento pré-carregado do material, permitindo assim que ele forneça uma saída de energia estável, desde que a bateria seja fornecida com dióxido de carbono. Em última análise, eles esperam transformar isso em um sistema integrado que irá realizar a captura de dióxido de carbono do fluxo de emissões de uma usina, e sua conversão em um material eletroquímico que poderia então ser usado em baterias. "É uma maneira de sequestrá-lo como um produto útil, "Gallant diz.