劍橋大學(xué)教授Israel Temprano與PhD化學(xué)系學(xué)生Grace Mapstone共同參與一個(gè)項目，制造可以用天然材料捕獲二氧化碳的造超級電容器。這兩人合作撰寫(xiě)了一篇論文，發(fā)表在《Nanoscale》雜志上。

研究人員希望這種低成本、環(huán)保的設備最終能夠擴大規模，能夠參與更大規模的溫室氣體收集工作。

研究人員表示，他們已經(jīng)通過(guò)一些天然材料研發(fā)了一種低成本的類(lèi)似電池的裝置，這種裝置可以通過(guò)收集空氣中的二氧化碳來(lái)達到環(huán)保目的。

劍橋大學(xué)（University of Cambridge）的團隊制造了這種超級電容器，研究人員表示，這種電容器大小約為一便士，可以在充電時(shí)選擇性地捕獲二氧化碳氣體。氣體可以在受控的情況下放電時(shí)被釋放，或收集以重新使用或安全處置。

研究人員表示，他們將椰子殼與海水等天然材料作為電池設計的一部分，進(jìn)一步增強了電容器的可持續性。

化學(xué)系PhD學(xué)生Grace Mapstone與該項目的另一研究研究員在新聞稿中說(shuō)：“我們希望使用惰性材料，這樣不會(huì )對環(huán)境造成傷害，并且也可以減少處理頻率。例如，二氧化碳可以溶解在基本上是海水的水基電解質(zhì)中。”

超級電容器的優(yōu)勢

超級電容器與電池的相似之處在于其存儲和放電能量，但通常其容量小于典型電池。

然而，這些超級電容器的優(yōu)勢依賴(lài)于電子的運動(dòng)，而不是化學(xué)反應，這樣可以實(shí)現更長(cháng)的壽命與更慢的降解速度。

Mapstone指出，這將有助于研究人員研發(fā)一種儲能裝置，可以通過(guò)低成本、容易獲得的材料來(lái)參與碳的捕獲。

她還在采訪(fǎng)中說(shuō)：“對于碳捕獲這類(lèi)的材料，我們優(yōu)先考慮耐久性。最好的是，用于制造超級電容器的材料是廉價(jià)且豐厚的。電極是由碳組成的，可以來(lái)自廢棄的椰子殼。”

系統是如何工作的

與電池相似，超級電容器由兩個(gè)電極組成，一面帶正電荷，另一面帶負電荷。為了延長(cháng)其前代設備的充電時(shí)間，從而使其可以捕獲更多的碳，研究人員嘗試了從負電壓到正電壓的交替充電，這項研究由研究人員Trevor Binford領(lǐng)導，當時(shí)他正在劍橋大學(xué)讀碩士學(xué)位。

領(lǐng)導整個(gè)項目的劍橋大學(xué)優(yōu)素福·哈米德化學(xué)系（Cambridge’s Yusuf Hamied Department of Chemistry）教授Alexander Forse表示：“我們發(fā)現通過(guò)緩慢地改變兩個(gè)電極之間的電流，可以捕獲雙倍的二氧化碳。”

然而，超級電容器不能自發(fā)地吸收二氧化碳; 研究人員說(shuō)，它只在充電時(shí)才會(huì )這樣做。這個(gè)過(guò)程是這樣的:當電極充電時(shí)，負極吸收二氧化碳氣體，而忽略其他排放物，如氧氣、氮氣和水。他們說(shuō)，通過(guò)這種方式，超級電容器既能捕獲碳又能存儲能量。。

可擴展的未來(lái)

研究人員在《Nanoscale》上發(fā)表了研究論文。

研究團隊希望超級電容器可以成為大型設備的原型，從而可以每年捕獲釋放在大氣中近350億噸二氧化碳的一部分。

Forse表示，事實(shí)上，這是一個(gè)好的開(kāi)始，超級電容器的充放電過(guò)程可能比目前工業(yè)上用于收集溫室氣體的胺加熱過(guò)程消耗更少的能量。

Forse還說(shuō)：“下一研究領(lǐng)域將涉及到捕獲碳的精密裝置，如何改進(jìn)它們。這將是一個(gè)擴大規模的問(wèn)題。”

中國化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì ) 楊柳翻譯

2022.6.28