La cella a flusso con gradiente di pH ha due canali:uno contenente una soluzione acquosa spruzzata con anidride carbonica (pH basso) e l'altro contenente una soluzione acquosa spruzzata con aria ambiente (pH alto). Il gradiente di pH fa sì che gli ioni fluiscano attraverso la membrana, creando una differenza di tensione tra i due elettrodi e facendo fluire gli elettroni lungo un filo che collega gli elettrodi. Credito:Kim et al. ©2017 American Chemical Society
(Phys.org)—I ricercatori hanno sviluppato un tipo di batteria ricaricabile chiamata cella a flusso che può essere ricaricata con una soluzione a base acquosa contenente anidride carbonica disciolta (CO 2 ) emessi dalle centrali elettriche a combustibili fossili. Il dispositivo funziona sfruttando la CO 2 differenza di concentrazione tra CO 2 emissioni e aria ambiente, che alla fine può essere utilizzato per generare elettricità.
La nuova cella a flusso produce una densità di potenza media di 0,82 W/m 2 , che è quasi 200 volte superiore ai valori ottenuti con metodi simili precedenti. Sebbene non sia ancora chiaro se il processo possa essere economicamente sostenibile su larga scala, i primi risultati sembrano promettenti e potrebbero essere ulteriormente migliorati con ricerche future.
Gli scienziati, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, e Christopher A. Gorski alla Pennsylvania State University, hanno pubblicato un articolo sul nuovo metodo di CO 2 -conversione in elettricità in un recente numero di Lettere di scienze e tecnologie ambientali .
"Questo lavoro offre un'alternativa, mezzi più semplici per catturare energia dalla CO 2 emissioni rispetto alle tecnologie esistenti che richiedono materiali catalizzatori costosi e temperature molto elevate per convertire la CO 2 in utili combustibili, "Gorski ha detto Phys.org .
Mentre il contrasto del fumo grigio-bianco contro un cielo blu illustra l'impatto ambientale negativo della combustione di combustibili fossili, la grande differenza di CO 2 la concentrazione tra i due gas è anche ciò che fornisce una fonte di energia non sfruttata per la generazione di elettricità.
Per sfruttare l'energia potenziale in questa differenza di concentrazione, i ricercatori hanno prima sciolto la CO 2 gas e aria ambiente in contenitori separati di una soluzione acquosa, in un processo chiamato sparging. Al termine di questo processo, il CO 2 -la soluzione sparsa forma ioni bicarbonato, che gli conferiscono un pH inferiore di 7,7 rispetto alla soluzione air-sparged, che ha un pH di 9,4.
Dopo lo spargimento, i ricercatori hanno iniettato ciascuna soluzione in uno dei due canali in una cella a flusso, creando un gradiente di pH nella cellula. La cella di flusso ha elettrodi sui lati opposti dei due canali, insieme a una membrana semi-porosa tra i due canali che impedisce la miscelazione istantanea pur consentendo il passaggio degli ioni. A causa della differenza di pH tra le due soluzioni, vari ioni passano attraverso la membrana, creando una differenza di tensione tra i due elettrodi e facendo fluire gli elettroni lungo un filo che collega gli elettrodi.
Dopo che la cella a flusso è stata scaricata, può essere nuovamente ricaricato commutando i canali attraverso i quali scorrono le soluzioni. Commutando la soluzione che scorre su ciascun elettrodo, il meccanismo di carica è invertito in modo che gli elettroni scorrano nella direzione opposta. I test hanno dimostrato che la cella mantiene le sue prestazioni su 50 cicli di soluzioni alternate.
I risultati hanno anche mostrato che, maggiore è la differenza di pH tra i due canali, maggiore è la densità di potenza media. Sebbene la cella a flusso con gradiente di pH raggiunga una densità di potenza elevata rispetto a celle simili che convertono la CO . di scarto 2 all'elettricità, è ancora molto inferiore alle densità di potenza dei sistemi di celle a combustibile che combinano CO 2 con altri combustibili, come H 2 .
Però, la nuova cella a flusso presenta alcuni vantaggi rispetto a questi altri dispositivi, come l'uso di materiali economici e il funzionamento a temperatura ambiente. Queste caratteristiche rendono la cella a flusso attraente per applicazioni pratiche nelle centrali elettriche esistenti.
"Un sistema contenente numerose celle a flusso identiche verrebbe installato nelle centrali elettriche che bruciano combustibili fossili, " ha detto Gorski. "Il gas di scarico emesso dalla combustione di combustibili fossili dovrebbe essere preraffreddato, poi gorgogliava attraverso un serbatoio d'acqua che può essere pompato attraverso le celle di flusso".
Nel futuro, i ricercatori intendono migliorare ulteriormente le prestazioni della cella a flusso.
"Attualmente stiamo cercando di vedere come le condizioni della soluzione possono essere ottimizzate per massimizzare la quantità di energia prodotta, " ha detto Gorski. "Stiamo anche studiando se possiamo sciogliere sostanze chimiche nell'acqua che mostrano proprietà redox dipendenti dal pH, permettendoci così di aumentare la quantità di energia che può essere recuperata. Quest'ultimo approccio sarebbe analogo a una batteria a flusso, che riduce e ossida le sostanze chimiche disciolte in soluzioni acquose, tranne che li stiamo facendo ridurre e ossidare qui cambiando il pH della soluzione con CO 2 ."
© 2017 Phys.org
