A célula de fluxo com gradiente de pH possui dois canais:um contendo uma solução aquosa aspergida com dióxido de carbono (pH baixo) e o outro contendo uma solução aquosa aspergida com ar ambiente (pH alto). O gradiente de pH faz com que os íons fluam através da membrana, criando uma diferença de voltagem entre os dois eletrodos e fazendo com que os elétrons fluam ao longo de um fio que conecta os eletrodos. Crédito:Kim et al. © 2017 American Chemical Society
(Phys.org) —Os pesquisadores desenvolveram um tipo de bateria recarregável chamada célula de fluxo que pode ser recarregada com uma solução à base de água contendo dióxido de carbono dissolvido (CO 2 ) emitido a partir de usinas de combustível fóssil. O dispositivo funciona aproveitando o CO 2 diferença de concentração entre CO 2 emissões e ar ambiente, que pode ser usado para gerar eletricidade.
A nova célula de fluxo produz uma densidade de potência média de 0,82 W / m 2 , que é quase 200 vezes maior do que os valores obtidos usando métodos semelhantes anteriores. Embora ainda não esteja claro se o processo poderia ser economicamente viável em grande escala, os primeiros resultados parecem promissores e podem ser melhorados com pesquisas futuras.
Os cientistas, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, e Christopher A. Gorski da Universidade Estadual da Pensilvânia, publicaram um artigo sobre o novo método de CO 2 - conversão em eletricidade em uma edição recente da Cartas de ciência e tecnologia ambiental .
“Este trabalho oferece uma alternativa, meios mais simples de capturar energia de CO 2 emissões em comparação com as tecnologias existentes que requerem materiais catalisadores caros e temperaturas muito altas para converter CO 2 em combustíveis úteis, "Gorski disse Phys.org .
Embora o contraste da fumaça branco-acinzentada contra um céu azul ilustre o impacto ambiental adverso da queima de combustíveis fósseis, a grande diferença em CO 2 a concentração entre os dois gases também é o que fornece uma fonte de energia inexplorada para a geração de eletricidade.
A fim de aproveitar a energia potencial nesta diferença de concentração, os pesquisadores primeiro dissolveram o CO 2 gás e ar ambiente em recipientes separados de uma solução aquosa, em um processo chamado sparging. No final deste processo, o CO 2 - a solução pulverizada forma íons de bicarbonato, que fornecem um pH inferior de 7,7 em comparação com a solução pulverizada com ar, que tem um pH de 9,4.
Depois de sparging, os pesquisadores injetaram cada solução em um dos dois canais em uma célula de fluxo, criando um gradiente de pH na célula. A célula de fluxo tem eletrodos em lados opostos dos dois canais, junto com uma membrana semiporosa entre os dois canais que evita a mistura instantânea enquanto ainda permite a passagem de íons. Devido à diferença de pH entre as duas soluções, vários íons passam através da membrana, criando uma diferença de voltagem entre os dois eletrodos e fazendo com que os elétrons fluam ao longo de um fio que conecta os eletrodos.
Depois que a célula de fluxo é descarregada, ele pode ser recarregado novamente mudando os canais pelos quais as soluções fluem. Ao trocar a solução que flui sobre cada eletrodo, o mecanismo de carga é invertido para que os elétrons fluam na direção oposta. Testes mostraram que a célula mantém seu desempenho ao longo de 50 ciclos de soluções alternadas.
Os resultados também mostraram que, quanto maior a diferença de pH entre os dois canais, quanto maior a densidade de potência média. Embora a célula de fluxo de gradiente de pH atinja uma densidade de energia que é alta em comparação com células semelhantes que convertem CO residual 2 para eletricidade, ainda é muito menor do que as densidades de energia dos sistemas de células de combustível que combinam CO 2 com outros combustíveis, como H 2 .
Contudo, a nova célula de fluxo tem certas vantagens sobre esses outros dispositivos, como o uso de materiais baratos e operação em temperatura ambiente. Esses recursos tornam a célula de fluxo atraente para aplicações práticas em usinas existentes.
"Um sistema contendo várias células de fluxo idênticas seria instalado em usinas que queimam combustíveis fósseis, "Gorski disse." O gás de combustão emitido pela combustão de combustível fóssil precisaria ser pré-resfriado, em seguida, borbulhou através de um reservatório de água que pode ser bombeado através das células de fluxo. "
No futuro, os pesquisadores planejam melhorar ainda mais o desempenho da célula de fluxo.
"No momento, estamos procurando ver como as condições da solução podem ser otimizadas para maximizar a quantidade de energia produzida, "Gorski disse." Também estamos investigando se podemos dissolver produtos químicos na água que exibem propriedades redox dependentes do pH, permitindo-nos aumentar a quantidade de energia que pode ser recuperada. A última abordagem seria análoga a uma bateria de fluxo, que reduz e oxida produtos químicos dissolvidos em soluções aquosas, exceto que estamos fazendo com que eles sejam reduzidos e oxidados aqui, alterando o pH da solução com CO 2 . "
© 2017 Phys.org
