Un equipo interdisciplinario de científicos ha ideado una forma de fabricar vehículos eléctricos que no solo sean neutrales en carbono, sino también negativos en carbono, capaces de reducir realmente la cantidad de dióxido de carbono atmosférico mientras operan.
Lo han hecho demostrando cómo los electrodos de grafito utilizados en las baterías de iones de litio que alimentan los automóviles eléctricos pueden reemplazarse con material de carbono recuperado de la atmósfera.
La receta para convertir gas de dióxido de carbono en baterías se describe en el artículo titulado "Nanotubos de carbono producidos a partir de dióxido de carbono ambiental para ánodos de baterías de iones de litio y sodio sostenibles para el medio ambiente", publicado en la edición del 2 de marzo de la revista Ciencia Central ACS .
La combinación inusual de conversión de dióxido de carbono y tecnología avanzada de baterías es el resultado de una colaboración entre el laboratorio del profesor asistente de ingeniería mecánica Cary Pint en la Universidad de Vanderbilt y el profesor de química Stuart Licht en la Universidad George Washington.
El equipo adaptó un proceso de energía solar que convierte el dióxido de carbono en carbono para que produzca nanotubos de carbono y demostró que los nanotubos se pueden incorporar tanto en baterías de iones de litio como las que se usan en vehículos eléctricos y dispositivos electrónicos y sodio de bajo costo.-baterías de iones en desarrollo para aplicaciones a gran escala, como la red eléctrica.
"Este enfoque no solo produce mejores baterías, sino que también establece un valor para el dióxido de carbono recuperado de la atmósfera que está asociado con el costo de la batería del usuario final, a diferencia de la mayoría de los esfuerzos para reutilizar el CO2 que tienen como objetivo combustibles de bajo valor, como el metanol, eso no puede justificar el costo requerido para producirlos ", dijo Pint.
El proyecto se basa en un proceso electroquímico solar térmico STEP que puede crear nanofibras de carbono a partir de dióxido de carbono ambiental desarrollado por el grupo Licht y descrito en la revista Nano Letters en agosto pasado. STEP utiliza energía solar para proporcionar energía eléctrica y térmicanecesario para descomponer el dióxido de carbono en carbono y oxígeno y producir nanotubos de carbono que sean estables, flexibles, conductores y más fuertes que el acero.
"Nuestra solución para el cambio climático es doble: 1 para transformar el dióxido de carbono de los gases de efecto invernadero en productos valiosos y 2 para proporcionar alternativas libres de emisiones de gases de efecto invernadero a los procesos de combustibles fósiles industriales y de transporte de hoy", dijo Licht ".Además de mejores baterías, otras aplicaciones de los nanotubos de carbono incluyen compuestos de carbono para materiales de construcción ligeros y resistentes, equipos deportivos y carrocerías de automóviles, camiones y aviones ".
Uniendo fuerzas con Pint, cuyos intereses de investigación se centran en el uso de nanomateriales de carbono para aplicaciones de baterías, los dos laboratorios trabajaron juntos para demostrar que los nanotubos de carbono de paredes múltiples producidos por el proceso pueden servir como electrodo positivo tanto en iones de litio como enbaterías de iones de sodio.
En las baterías de iones de litio, los nanotubos reemplazan el ánodo de carbono utilizado en las baterías comerciales. El equipo demostró que los nanotubos de carbono dieron un pequeño impulso al rendimiento, que se amplificó cuando la batería se cargó rápidamente. En las baterías de iones de sodio,Los investigadores encontraron que pequeños defectos en el carbono, que se pueden ajustar con STEP, pueden desbloquear un rendimiento de almacenamiento estable más de 3,5 veces superior al de las baterías de iones de sodio con electrodos de grafito. Lo más importante es que ambas baterías de nanotubos de carbono estuvieron expuestas a aproximadamente 2,5 mesesde carga y descarga continuas y no mostró signos de fatiga.
Dependiendo de las especificaciones, fabricar uno de los dos electrodos con nanotubos de carbono significa que hasta el 40 por ciento de una batería podría estar hecha de CO2 reciclado, estimó Pint. Esto no incluye el embalaje protector exterior, pero sugirió que los procesoscomo STEP podría eventualmente producir el empaque.
Los investigadores estiman que con un costo de batería de $ 325 por kWh el costo promedio de las baterías de iones de litio informado por el Departamento de Energía en 2013, un kilogramo de dióxido de carbono tiene un valor de aproximadamente $ 18 como material de batería -seis veces más que cuando se convierte en metanol, un número que solo aumenta cuando se pasa de las baterías grandes utilizadas en los vehículos eléctricos a las baterías más pequeñas utilizadas en la electrónica. Y a diferencia del metanol, la combinación de baterías con células solares proporciona energía renovable con cero emisiones de gases de efecto invernadero, que es necesario para poner fin al ciclo actual del carbono que amenaza la sostenibilidad global futura.
Licht también propuso que el proceso STEP podría acoplarse a un generador eléctrico de gas natural. El generador proporcionaría electricidad, calor y una fuente concentrada de dióxido de carbono que mejoraría el rendimiento del proceso STEP. Al mismo tiempo, elel oxígeno liberado en el proceso podría canalizarse de regreso al generador donde aumentaría la eficiencia de combustión del generador para compensar la cantidad de electricidad que consume el proceso STEP. El resultado final podría ser una planta de energía eléctrica de combustibles fósiles con cero emisiones netas de CO2.
"Imagínese un mundo en el que cada nuevo vehículo eléctrico o instalación de batería a escala de red no solo nos permitiría superar los pecados ambientales de nuestro pasado, sino que también proporcionaría un paso hacia un futuro sostenible para nuestros niños", dijo Pint.los esfuerzos han mostrado un camino para lograr ese futuro ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Vanderbilt . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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