科学家在环保电池方面取得了突破，这些电池不仅存储更多能量，还可能有助于应对温室气体排放。锂-二氧化碳“呼吸”电池在释放电力的同时捕获二氧化碳，提供了一种可能在未来超越现今锂离子电池的更环保替代品。
萨里大学的科学家在环保电池方面取得了突破，这些电池不仅存储更多能量，还可能有助于应对温室气体排放。锂-CO₂ “呼吸”电池在释放电力的同时捕获二氧化碳，提供了一种可能在未来超越现今锂离子电池的更环保替代品。
迄今为止，锂-CO₂ 电池在效率方面面临挫折——快速磨损、无法充电，并依赖于昂贵的稀有材料，如铂。然而，来自萨里的研究人员找到了克服这些问题的方法，使用了一种低成本催化剂，称为铯磷钼酸盐（CPM）。通过计算机建模和实验室实验，测试显示这一简单的改变使电池存储显著更多的能量，充电时消耗更少的能量，并运行超过 100 次循环。
这项发表在《先进科学》上的研究标志着向现实应用迈出了重要一步。如果商业化，这些电池可以帮助减少来自车辆和工业来源的排放——科学家们甚至设想它们可以在火星上工作，那里大气中95%是二氧化碳。
萨里大学化学过程工程讲师、该研究对应作者的西达特·加德卡里博士表示：
“我们对支持可再生能源的能源存储解决方案的需求日益增加，同时也在应对气候变化的日益威胁。我们在锂-CO₂ 电池上的工作可能是实现这一愿景的潜在变革者。
“这些电池最大的挑战之一是所谓的‘过电位’——启动反应所需的额外能量。你可以把它想象成在上坡骑自行车，然后才能滑行。我们所展示的是，CPM使这一坡变平，这意味着电池在每次充电和放电过程中损失的能量要少得多。”
为了理解为什么 CPM 效果如此显著，萨里大学化学与化工学院和先进技术研究所的团队采用了两种方法。首先，他们在充电和放电后拆解电池，以研究内部的化学变化。这些尸检测试发现，当电池吸收二氧化碳时形成的碳酸锂可以可靠地积累和去除——这是长期使用的基本特征。
然后，他们转向使用密度泛函理论（DFT）的计算机建模，这允许研究人员探索反应如何在材料表面展开。结果显示 CPM 的稳定、孔隙结构为关键化学反应提供了理想表面。
萨里大学的未来研究员、该研究对应作者的丹尼尔·科曼尔博士表示：
“这项发现令人兴奋之处在于它将强性能与简单性结合在一起。我们已经表明，可以使用经济、可规模化的材料构建高效的锂-CO₂ 电池——无需稀有金属。我们的发现也为未来设计更好催化剂打开了大门。”
这一发现为开发更优质的低成本、易于制造的电池材料打开了新大门。随着对这些催化剂与电极和电解质相互作用的进一步研究，锂-CO₂ 电池可能成为存储清洁能源的实际、可扩展方式，同时有助于减少大气中的碳。
