近日，剑桥大学的研究人员开发了一种低成本装置，可以在充电时选择性地捕获二氧化碳气体。然后，当它排放时，CO 2可以以受控的方式释放并收集起来以重复使用或更好地处置。
由剑桥大学的研究人员设计的超级电容器可以帮助以更低的成本为碳捕获和储存技术提供动力。每年约有 350 亿公吨 CO 2被释放到大气中，迫切需要解决方案来消除这些排放并应对气候危机。目前最先进的碳捕获技术需要大量能源并且价格昂贵。
合著者 Israel Temprano 和 Grace Mapstone。图片来源：加布里埃拉·博切蒂
超级电容器由两个带正电荷和负电荷的电极组成。在 Trevor Binford 在剑桥完成硕士学位期间领导的工作中，该团队尝试从负电压到正电压交替，以延长之前实验的充电时间。这提高了超级电容器捕获碳的能力。
“我们发现，通过在板之间缓慢地交替电流，我们可以捕获比以前多一倍的 CO 2量，”领导这项研究的剑桥大学 Yusuf Hamied 化学系的 Alexander Forse 博士说。
“我们的超级电容器的充放电过程可能比现在工业中使用的胺加热过程消耗更少的能量，”Forse 说：“我们的下一个问题将涉及调查 CO 2捕获的精确机制并改进它们。然后这将是一个扩大规模的问题。”
用于在电化学测量过程中监测气压的超级电容变吸附装置的示意图。图片来源：纳米级（2022 年）
结果发表在《纳米尺度》杂志上。
超级电容器类似于可充电电池，但主要区别在于两种设备存储电荷的方式。电池使用化学反应来存储和释放电荷，而超级电容器不依赖化学反应。相反，它依赖于电极之间的电子运动，因此降解需要更长的时间，并且使用寿命更长。
“权衡是超级电容器不能像电池（锂离子电池失效分析与测试线上交流会）那样存储尽可能多的电荷，但对于像碳捕获这样的东西，我们会优先考虑耐用性，”共同作者 Grace Mapstone 说：“最好的部分是用于制造超级电容器的材料便宜且丰富。电极由碳制成，碳来自废弃的椰子壳。我们希望使用惰性材料，不会对环境造成危害，而且我们需要减少处理频率。例如，CO 2会溶解到基本上是海水的水基电解质中。”
然而，这种超级电容器不会自发吸收 CO 2：它必须充电才能吸入 CO 2。当电极带电时，负极板会吸入 CO 2气体，同时忽略不会导致气候变化的其他排放物，例如氧气、氮气和水。使用这种方法，超级电容器既可以捕获碳又可以储存能量。
合著者 Israel Temprano 博士通过为该设备开发气体分析技术为该项目做出了贡献。该技术使用压力传感器，该传感器响应电化学装置中气体吸附的变化。Temprano 贡献的结果有助于缩小当 CO 2被吸收和释放时超级电容器内部起作用的精确机制。在超级电容器可以扩大规模之前，了解这些机制、可能的损失和退化途径都是必不可少的。
“这个研究领域非常新，因此超级电容器内部的精确机制仍然未知，”Temprano 说。
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