Kampen för att bromsa den globala uppvärmningen har mest fokuserat på att avvänja människor från att bränna fossila bränslen som släpper ut koldioxid och bidrar till växthuseffekten. Det har också gjorts mycket arbete för att hitta sätt att fånga CO2 ur luften och ställ den någonstans där den inte kan göra någon skada. Naturligtvis skulle den perfekta lösningen vara att åstadkomma båda sakerna samtidigt. Tänk om du kunde ta CO2 ur atmosfären och använda det som en renare energikälla, vilket minskar behovet av att bränna fossilt bränsle?
Forskare från universiteten Vanderbilt och George Washington kan ha hittat ett sätt att göra just det. I en artikel som publicerades idag i American Chemical Society-tidskriften ACS Central Science, beskriver de en process för att utvinna kol från atmosfärisk CO2 , och sedan använda den för att göra kolnanorör. Nanorören skulle sedan användas för att ersätta grafitelektroderna i litiumjonbatterier för eldrivna bilar.
I teorin skulle vi kunna skapa inte bara koldioxidneutrala, utan koldioxidnegativa, elbilar som lagrar kraft och motverkar tidigare miljöskador.
"Med tanke på deras bättre prestanda, beräknade låga kostnad och förmåga att ta bort en växthusgas är det troligt att bilar utrustade med kolnanorörsbatterier kommer att bli normen", säger en av forskarna, GWU kemiprofessor Stuart Licht, via e-post.
I ett pressmeddelande som tillkännager utvecklingen sa Vanderbilt biträdande professor i maskinteknik Cary Pint:"Föreställ dig en värld där varje nytt elfordon eller batteriinstallation i elnätsskala inte bara skulle göra det möjligt för oss att övervinna miljösynder från vårt förflutna, utan också ge ett steg mot en hållbar framtid för våra barn."
Hur skulle detta fungera?
Den nya batteritillverkningsmetoden använder en process som utvecklats av Licht och hans GWU-kollegor för att fånga upp kol och använda det för att tillverka kolnanofibrer, som kan buntas ihop för att skapa nanorör. Den processen innebär att man använder koncentrerad solenergi för att skapa ett smält bad av kemikalier som når 1 380 grader F (749 grader C). När luft tillförs cellen löser sig koldioxiden när den utsätts för värme och likström från nickel- och stålelektroder.
När gasen bryts ner klamrar sig kolmolekylerna fast vid elektroderna och byggs upp till nanofibrer. Efter att Licht och hans team publicerade sitt arbete 2015, lovade det att bli en potentiell spelväxlare. Det gav inte bara en metod för att skapa kolnanofiber som var billigare än tidigare metoder, utan det erbjöd också ett sätt att utvinna enorma mängder koldioxid från atmosfären.
När den utvecklingen tillkännagavs förra året berättade Licht för HowStuffWorks att han föreställde sig att bygga en rad gigantiska C02 -till-nanofiberväxter lika stora som städer på glest befolkade platser som Australian Outback och Sahara- och Mojaveöknarna.
Eftersom den är superstark och lätt, har kolnanofiber utropats som framtidens material för allt från skyskrapor till flygplanskroppar. Men kolnanorör tillverkade av sådana fibrer är också ganska bra för att tillverka batterier, eftersom deras stora yta gör att de kan lagra mer av en laddning än andra former av kol. Redan 2010 skapade forskare från Massachusetts Institute of Technology ett experimentellt batteri med kolnanorör som hade en tredjedel mer kapacitet än ett konventionellt litiumjonbatteri och 10 gånger så mycket effekt.
Forskarna från GW och Vanderbilt rapporterar att ett litiumjonbatteri med kolnanorörselektroder också presterar något bättre än ett konventionellt litiumjonbatteri, och att boosten förstärks när batteriet laddas snabbt.
När de använde nanorören för att ersätta grafitelektroder i ett natriumjonbatteri, en annan typ av lagring, fick de en ännu större förbättring - cirka 3,5 gånger prestandan. Båda typerna av batterier utrustade med kolnanorör klarade framgångsrikt 10 veckors kontinuerlig laddning och urladdning utan tecken på trötthet.
Praktiska tillämpningar för avancemang
Enligt Licht kommer att sätta batterier med kolnanorör i bilar "ge växthusgasutsläppsfria alternativ till dagens industri- och transportprocesser för fossila bränslen."
Gina Coplon-Newfield, chef för Sierra Clubs Electric Vehicles Initiative, sa att även om hon ännu inte har sett detaljerna kring Vanderbilt-GWU:s genombrott, "låter det verkligen spännande." "Allmänt sett är vi mycket uppmuntrade av det vi ser hända inom batteritekniken nu för tiden," säger Coplon-Newfield. "Det är både när det gäller de tekniska framstegen och kostnaderna som kommer ner."
Processen för att använda atmosfärisk koldioxid för att tillverka batterier skulle inte bara behöva användas för elbilar. Det kan också användas för att tillverka litiumjonbatterier för elektroniska enheter, och även i mycket större batterier som kan användas för att lagra el som genereras av solpaneler och vindkraftverk.
Att ha den typen av lagring är avgörande för att utveckla framtida "smarta" elnät som är beroende av mindre, decentraliserade elkällor, istället för att vara beroende av enorma koleldningsanläggningar.
Nu är det intressantAnvändningen av batterier som lagringsenheter för energi går tillbaka hundratals, om inte tusentals, år.
