Baterii care captează CO₂ și generează energie? Nu e science fiction
Imaginați-vă o baterie care, pe lângă faptul că generează energie, și absoarbe dioxid de carbon. Aceasta este promisiunea bateriilor cu litiu și dioxid de carbon (Li-CO₂), o tehnologie aflată în plin proces de cercetare. Aceste baterii promit să rezolve simultan două provocări majore: stocarea energiei regenerabile și reducerea emisiilor de CO₂.
În timpul descărcării, aceste baterii absorb CO₂ și îl transformă într-un compus solid – carbonat de litiu. Această reacție produce energie și ar putea avea aplicații importante, de la reducerea emisiilor industriale și auto până la misiuni pe Marte, unde atmosfera este compusă în proporție de 95% din CO₂.
O descoperire accidentală, dar promițătoare
Bateriile Li-CO₂ au apărut în mod neașteptat, în timp ce cercetătorii explorau problemele bateriilor litiu-aer. În acele baterii, CO₂-ul din aer – chiar și în concentrații mici – afecta reacțiile chimice, generând carbonat de litiu nedorit. Dar o echipă de cercetare a observat că această „contaminare” îmbunătățea capacitatea de încărcare. Astfel a luat naștere ideea de a introduce intenționat CO₂ în baterie.
Cum funcționează o baterie Li-CO₂
Reacția esențială are loc la electrodul pozitiv, unde carcasa permite pătrunderea CO₂. Acesta se dizolvă în electrolitul lichid și reacționează cu litiul dizolvat. Reacția implică un schimb de patru electroni – mai mult decât în bateriile litiu-ion convenționale, unde reacția implică un singur electron. Acest schimb mai mare și tensiunea ridicată a reacției explică potențialul ridicat de stocare al tehnologiei.
Provocări tehnologice
Deși promițătoare, bateriile Li-CO₂ au limitări. Prototipurile actuale rezistă la mai puțin de 100 de cicluri de încărcare, față de 1.000–10.000 la cele litiu-ion comerciale. Reîncărcarea este dificilă: necesită descompunerea carbonatului de litiu, un proces care consumă multă energie – un obstacol cunoscut ca „suprapotential”.
Acest consum poate fi redus cu ajutorul catalizatorilor. Însă materialele folosite până acum sunt scumpe și rare, precum platina sau ruteniul. Echipa noastră de la Universitatea din Surrey a identificat un catalizator alternativ: fosfomolibdat de cesiu. Acesta este mai ieftin și poate fi produs la temperatura camerei. Cu el, am reușit să stabilizăm bateria pentru 107 cicluri și să reducem suprapotentialul la 0,67 volți – de doar două ori mai mare decât limita comercială dorită.
Ce urmează?
Lucrăm acum la înlocuirea cesiului pentru a reduce costurile și a face sistemul mai scalabil. De asemenea, vom studia în timp real comportamentul bateriei la diferite presiuni de CO₂. Deocamdată, testele au fost făcute în condiții ideale (1 bar). Dacă funcționează la 0,1 bar, ar putea fi integrată în țevi de evacuare auto sau de centrale termice, captând CO₂ direct din sursă.
Teoretic, 1 kg de catalizator ar putea capta 18,5 kg de CO₂ – echivalentul emisiilor generate de un automobil pe o distanță de 160 km. Dacă tehnologia funcționează la 0,006 bar (presiunea de pe Marte), ar putea alimenta vehicule sau chiar baze exploratorii. La presiuni atmosferice de 0,0004 bar, ar putea extrage CO₂ direct din aerul terestru.
De la laborator la realitate
Pentru a deveni o soluție comercială, bateriile Li-CO₂ trebuie să depășească 1.000 de cicluri de încărcare, să scadă suprapotentialul sub 0,3 volți și să folosească materiale comune, nu metale rare. Investigăm și soluții pentru uscarea electrolitului, posibil prin carcase selective care lasă să treacă doar CO₂. De asemenea, vom optimiza geometria bateriei și fluxul de gaz – similar cu funcționarea pilelor de combustie.
Dacă aceste obiective sunt atinse, bateriile Li-CO₂ ar putea deveni realitate: o tehnologie capabilă să capteze emisii și să furnizeze energie – de pe Pământ până pe Marte.
Comentariul va fi postat dupa aprobare