研究人員開發(fā)了一種低成本裝置，可以在充電時選擇性地捕獲二氧化碳?xì)怏w。然后，當(dāng)它排放時，CO2可以以受控的方式釋放并收集起來以重復(fù)使用或負(fù)責(zé)任地處置。

這種類似于可充電電池的超級電容器裝置只有兩便士硬幣大小，部分由椰子殼和海水等可持續(xù)材料制成。

由劍橋大學(xué)的研究人員設(shè)計的超級電容器可以幫助以更低的成本為碳捕獲和儲存技術(shù)提供動力。每年約有350億公噸CO2被釋放到大氣中，迫切需要解決方案來消除這些排放并應(yīng)對氣候危機(jī)。目前最先進(jìn)的碳捕獲技術(shù)需要大量能源并且價格昂貴。

超級電容器由兩個帶正電荷和負(fù)電荷的電極組成。在TrevorBinford在劍橋完成碩士學(xué)位期間領(lǐng)導(dǎo)的工作中，該團(tuán)隊嘗試從負(fù)電壓到正電壓交替，以延長之前實驗的充電時間。這提高了超級電容器捕獲碳的能力。

“我們發(fā)現(xiàn)，通過在板之間緩慢地交替電流，我們可以捕獲比以前多一倍的CO2量，”領(lǐng)導(dǎo)這項研究的劍橋大學(xué)YusufHamied化學(xué)系的AlexanderForse博士說。

“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。“我們的下一個問題將涉及調(diào)查CO2捕獲的精確機(jī)制并改進(jìn)它們。然后這將是一個擴(kuò)大規(guī)模的問題。”

用于在電化學(xué)測量過程中監(jiān)測氣壓的超級電容變吸附裝置的示意圖。學(xué)分：納米級(2022年)。DOI:10.1039/D2NR00748G

結(jié)果發(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)別在于兩種設(shè)備存儲電荷的方式。電池使用化學(xué)反應(yīng)來存儲和釋放電荷，而超級電容器不依賴化學(xué)反應(yīng)。相反，它依賴于電極之間的電子運動，因此降解需要更長的時間，并且使用壽命更長。

“權(quán)衡是超級電容器不能像電池那樣存儲盡可能多的電荷，但對于像碳捕獲這樣的東西，我們會優(yōu)先考慮耐用性，”共同作者GraceMapstone說。“最好的部分是用于制造超級電容器的材料便宜且豐富。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，不會對環(huán)境造成危害，而且我們需要減少處理頻率。例如，CO2會溶解到基本上是海水的水基電解質(zhì)中。”

然而，這種超級電容器不會自發(fā)吸收CO2：它必須充電才能吸入CO2。當(dāng)電極帶電時，負(fù)極板會吸入CO2氣體，同時忽略不會導(dǎo)致氣候變化的其他排放物，例如氧氣、氮氣和水。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IsraelTemprano博士通過為該設(shè)備開發(fā)氣體分析技術(shù)為該項目做出了貢獻(xiàn)。該技術(shù)使用壓力傳感器，該傳感器響應(yīng)電化學(xué)裝置中氣體吸附的變化。Temprano貢獻(xiàn)的結(jié)果有助于縮小當(dāng)CO2被吸收和釋放時超級電容器內(nèi)部起作用的精確機(jī)制。在超級電容器可以擴(kuò)大規(guī)模之前，了解這些機(jī)制、可能的損失和退化途徑都是必不可少的。

“這個研究領(lǐng)域非常新，因此超級電容器內(nèi)部的精確機(jī)制仍然未知，”Temprano說。

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