バッテリーの使用は非常に重要です.電力電池は輸送分野における電化の中心であり,二酸化炭素排出量の著しい削減を間接的に促進することができる蓄電池は,再生可能エネルギー供給の安定性と信頼性を確保できます.
しかし,電池 を 安く,高エネルギー密度 で,寿命 を 長く する よう に する の は どう です か.科学 者 たち は 絶えず 探求 し て い ます.また,様々な 技術 的 な 方法 も その 魔法 を 示し て い ます.リチウムイオン電池は,現在,主流です.
伝統的なリチウムイオン電池の 7倍以上の電池エネルギー密度を持つだけでなく炭素酸塩と炭素に固定し,電気エネルギーを出すこともできますこれはリチウム・二酸化炭素電池 (Li-CO2電池) です.
リチウム・二酸化炭素電池は エネルギーを貯蔵し 炭素を閉じ込めることで 二重の利点があります "一蹴して二匹の鳥を殺す"と 表現できます
この新しい電気化学エネルギー貯蔵システムには,幅広い応用可能性があり,その設立以来,科学研究者の研究関心が集まっています.
しかし 新しい技術の開発と応用は 段階的に進める必要があります研究者らは,リチウム・二酸化炭素電池の開発はまだ初期段階にあると述べた例えば,最も重要な触媒の生産方法は,まだ比較的遅くて非効率です.効率的な電触媒を見つけ,その反応メカニズムを深く理解する必要がある..
サーリー大学は Imperial College London and Peking University have recently developed a new electrochemical test platform that can help accelerate the evaluation and development of lithium-carbon dioxide battery catalystsこの新しい方法は,従来の方法と比較して,非常に費用対効果があり,効率的で制御可能で,リチウム・二酸化炭素電池の開発と使用で直面する問題を克服すると期待されています.
リチウム 二酸化炭素 電池 の 過去 と 現在
現代のリチウムイオン電池は1983年に誕生し,アキラ・ヨシノ博士も当時,リチウムイオン電池の開発を推進する重要な人物でしたノーベル化学賞を受賞しました
その後,より多くの設備と制約の使用要件を満たすために,研究者はリチウム酸素 (Li-O2) 電池 (すなわちリチウム空気電池) の研究に投資し続けました.現代のリチウム・二酸化炭素電池も この基礎に基づいて開発されています.
電池が充電されると,電池の正電極から電解液を通って負電極へ移動する.負電極として使用される炭素は,多くの微孔を持つ層構造を有する.負電極に到達するリチウムイオンは,炭素層の微孔に埋め込まれている.だから充電能力が高くなるほど
同様に,電池の使用 (放電) の際に,負電極の炭素層に埋め込まれたリチウムイオンは脱出し,正電極に戻ります.陽性電極に戻るほど放出容量が高くなるほど
リチウム・二酸化炭素電池は 開発の可能性が大きい充電電池として エネルギー密度が非常に高いエネルギー密度が高い電池は 容量単位あたりより多くの電力を貯蔵できます.
標準的なリチウム鉄リン酸電池の現在のエネルギー密度は200Wh/kg未満であり,三次リチウム電池のエネルギー密度は200-300Wh/kgの範囲にあることが理解されている.サン・シガング中国科学アカデミーの学術士である チェン・ルイ氏は リチウムイオン電池の現在のエネルギー密度は 上限に近づいていると述べた.リチウム・二酸化炭素電池の理論的なエネルギー密度は1876Wh/kgに達します普通のリチウムイオン電池の7倍以上です
それだけでなく,Li-CO2電池における逆転可能な電気化学反応:4Li + 3CO2 =2Li2CO3 + C (E0 =2.80V対Li/Li+) は CO2を固定する新しい方法でもあります伝統的なCO2固定方法では,継続的なエネルギー供給が必要ですこのエネルギー供給が化石燃料の生産能力に基づけば,より多くのCO2が放出されます. 比較して,リチウム二酸化炭素電池ははるかにクリーンな方法で炭素を閉じ込めます.
リチウム・二酸化炭素電池は重要な電池技術であり,気候変動対策に二重貢献できる重要な炭素吸収技術であると言える.
しかし,まだ開発の初期段階にあります.リチウム・二酸化炭素電池の性能に影響する要因はたくさんあります.
電池反応過程では,主要放電製品としてリチウム炭酸 (Li2CO3) は,幅広く隔離される,これは充電中に分解運動が遅くなる原因となる.サイクル中に, Li2CO3は不完全な分解と不可逆の変換を経験します. The formation of and the accumulation of solid carbonate materials on the cathode surface will also lead to a significant decrease in electrochemical performance until the "sudden death" of the Li-CO2 battery.
この問題を解決するために放電と充電中に変換反応の動性を加速するための二方向触媒の開発は,Li-CO2電池のエネルギー効率とサイクル寿命の改善の鍵です.
多機能の電気化学試験プラットフォームの用途は?
サリー大学の研究者達はロンドンのインペリアル・カレッジと北京大学が 複数のタスクを同時に実行できる 多機能のオン・チップ電気化学試験プラットフォームを 設計しましたこのプラットフォームは,高性能リチウム-CO2電池における電動触媒のスクリーニング,運用条件の最適化,CO2変換の研究を容易にする.
研究者は,伝統的なLi-CO2電池触媒探査方法は,主に試行錯誤方法と単調特性/テスト技術に依存すると述べた.時間がかかり,効率が悪くなる.
だから簡素化された多機能テストプラットフォームを設置し,速やかに触媒をスクリーニングし,短時間で多モード特徴化テストを行い,ナノスケール空間解析度より包括的に理解し,その開発を加速する.
研究者によって開発・設計された"ラボ・オン・チップ LCBプラットフォーム"は,3つの電極の電気化学試験,触媒スクリーニング,化学組成と形態学的進化の現場検出.
このプラットフォームを使って研究者たちは,変換反応を促進する一連の候補催化剤の可能性を体系的に評価し,その逆転性と反応経路を研究した..
高密度ナノ粒子の状態にあるプラチナ,金,銀,銅,鉄,ニッケルを含む候補催化剤.最後に,プラチナナノ粒子を催化剤として使用すると,バッテリーは,明らかな最小偏光性能 (0.55V) の最大逆転性,そして優れた性能を示す新しい反応経路.この実験結果は,リチウム二酸化炭素電池の開発の可能性も明らかにしています.
研究者らは,リチウム・二酸化炭素電池 (LCB) プラットフォームも,次の調査に重要な役割を果たす可能性があると述べています.
(1) マイクロ流体系を統合するか,プラットフォーム上の異なる準固体電解質をパターン化することによって,リチウム-二酸化炭素電池反応のために安定した溶剤で電解質をスクリーンする.
(2) 異なるリチウムアノード保護戦略を探求し,またはリチウム二酸化炭素電池のための他のプリリチウムアノードをスクリーニングする.
"負の排出量に関する新しい技術の開発は極めて重要です.私たちのラボ・オン・チッププラットフォームは,この目標を達成するために重要な役割を果たします.それはまた,金属空気電池などの他のシステムにも適用できます.燃料電池と光電化学電池"と大学院の教授ユロン・ザオが言う.
LCBプラットフォームの設計は,催化剤の迅速スクリーニングを含む,リチウム二酸化炭素電池の開発で直面する問題を克服すると期待されています.反応機構に関する研究ナノ科学から最先端の炭素除去技術への実践的な応用です