Новая система для эффективного производства водорода и электричества с поглощением СО2

Экономичные и эффективные технологии улавливания, использования и связывания углерода имеют важное значение для решения глобальной проблемы сокращения выбросов CO₂. Однако существующие технологии преобразования CO₂ не могут удовлетворить экономические и энергетические потребности из-за слишком медленных процессов связывания CO₂.

Ученые UNIST разработали безмембранную (MF) батарею Mg-CO₂ с использованием передовой технологии по улавливанию CO₂ путем выработки электроэнергии и химических веществ без образования вредных побочных продуктов.

Схема совершенствования конструкций и принципа работы аккумуляторных систем от органической до безмембранной. Предоставлено: UNIST.

Батарея MF Mg-CO₂ работает на основе косвенного использования CO₂ и сопровождается процессом выработки водорода.

Реализация данной разработки позволяет получить электрохимические характеристики 64,8 мВт см^-2 с высокой эффективностью Фарадея > 92,0% (она описывает эффективность, с которой переносится заряд / электроны в системе, способствует электрохимической реакции). За 80 циклов разряд-заряд без какого-либо ухудшения показателей были достигнуты высокие циклические характеристики с образованием газов, в частности, H₂ при разряде и O₂ / Cl₂ в режиме заряда.

Чтобы воплотить эту технологию аккумуляторов в коммерческую реальность, ученые создали действующий прототип системы, который производит электрическую энергию и химические вещества.

Батарея имеет структуру, аналогичную водородным топливным элементам, используемым в автомобилях. Для ее создания был использован отрицательный металлический электрод из магния, водный электролит и катализатор положительного электрода.

(а) Схематическое изображение батареи MF Mg-CO2. Когда углекислый газ вдувается в воду, начинается реакция, в процессе которой вырабатывается электрическая энергия и образует-ся водород. В отличие от существующих систем «металл-углекислый газ на водной основе», безмембранная батарея не имеет сепаратора электродов, поэтому процесс производства прост и возможна непрерывная работа только с одним типом электролита. (b) Профиль XRD осажденного белого твердого вещества после процесса разряда в условиях насыщения CO2 и насыщения N2. Предоставлено UNIST

 

Результаты исследований показывают большие преимущества для разработанной технологии аккумуляторов MF Mg-CO₂, в том числе, для производства различных химикатов, имеющих практическое значение, и электроэнергии из CO₂ без образования вредных побочных продуктов. Благодаря данной разработке удалось открыть новое направление для электрохимического использования CO₂ для будущих альтернативных технологий.

Принципиальная схема энергетического цикла заряда / разряда разработанной системы (принципиальная схема энергетического цикла заряда / разряда с использованием безмембранного Mg-CO2 аккумулятора). Предоставлено UNIST

 

Исследовательская группа объяснила, что в отличие от существующих систем, новая разработка является эффективной технологией, которой можно управлять непрерывно, поскольку продукты реакции существуют в виде газов и ионов.

 

Кроме того, поскольку безмембранная технология упрощает производственный процесс при одновременном увеличении использования углекислого газа, это позволит ускорить коммерциализацию системы металл-углекислый газ на водной основе.