Τι θα γινόταν αν υπήρχε μια μπαταρία που θα μπορούσε να παρέχει ενέργεια παγιδεύοντας διοξείδιο του άνθρακα; Δεν πρόκειται για επιστημονική φαντασία. Είναι η υπόσχεση των μπαταριών λιθίου-διοξειδίου του άνθρακα (Li-CO2), οι οποίες αποτελούν σήμερα ένα καυτό ερευνητικό θέμα, σύμφωνα με ερευνητές του Πανεπιστημίου του Σάρεϊ, στη νότια Αγγλία.
Οι μπαταρίες Li-CO2 θα μπορούσαν να συνοψισθούν στο “με ένα σμπάρο δυο τρυγόνια”, αφού δύνανται να αποτελέσουν λύση σε δύο από τα τρέχοντα ζητήματα, δηλαδή της αποθήκευσης ανανεώσιμης ενέργειας και της μείωσης των εκπομπών άνθρακα από τον αέρα. Κι αυτό διότι απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα και το μετατρέπουν σε μια λευκή σκόνη που ονομάζεται ανθρακικό λίθιο, ενώ παράλληλα εκφορτώνουν ενέργεια.
Αυτές οι μπαταρίες θα μπορούσαν να έχουν σημαντικές επιπτώσεις στη μείωση των εκπομπών από τα οχήματα και τη βιομηχανία και θα μπορούσαν ακόμη και να επιτρέψουν αποστολές μεγάλης διάρκειας στον πλανήτη Άρη, όπου η ατμόσφαιρα αποτελείται κατά 95% από CO2.
Για να καταστούν αυτές οι μπαταρίες εμπορικά βιώσιμες, οι ερευνητές μάχονται κυρίως με προβλήματα που σχετίζονται με την επαναφόρτισή τους. Πλέον η ομάδα των στο Πανεπιστήμιο του Σάρεϊ δηλώνει ότι έχει βρει έναν πολλά υποσχόμενο τρόπο για να προχωρήσει. Πόσο κοντά είναι, λοιπόν, αυτές οι μπαταρίες που “εισπνέουν CO2” στο να γίνουν πραγματικότητα με πρακτικά οφέλη;
Όπως πολλές μεγάλες επιστημονικές ανακαλύψεις, οι μπαταρίες Li-CO2 ήταν ένα ευτυχές ατύχημα. Λίγο περισσότερο από μια δεκαετία πριν, μια γαλλοαμερικανική ομάδα ερευνητών προσπαθούσε να αντιμετωπίσει προβλήματα με τις μπαταρίες λιθίου-αέρα, μια άλλη πρωτοποριακή τεχνολογία αποθήκευσης ενέργειας. Ενώ οι σημερινές μπαταρίες ιόντων λιθίου παράγουν ενέργεια μετακινώντας και αποθηκεύοντας ιόντα λιθίου μέσα σε ηλεκτρόδια, οι μπαταρίες λιθίου-αέρα λειτουργούν δημιουργώντας μια χημική αντίδραση μεταξύ λιθίου και οξυγόνου.
Το πρόβλημα ήταν το κομμάτι του “αέρα”, καθώς ακόμη και ο μικροσκοπικός (0,04%) όγκος CO2 που βρίσκεται στον αέρα είναι αρκετός για να διαταράξει αυτή την προσεκτική χημεία, παράγοντας ανθρακικό λίθιο (Li2CO3) που είναι ανεπιθύμητο. Η παρουσία του μπορεί να είναι ένας πραγματικό πρόβλημα για τις κανονικές μπαταρίες ιόντων λιθίου, προκαλώντας άχρηστες παρενέργειες και ηλεκτρική αντίσταση.
Ωστόσο οι επιστήμονες παρατήρησαν κάτι ενδιαφέρον σχετικά με αυτή τη μόλυνση από CO2: Βελτίωσε την ποσότητα φόρτισης της μπαταρίας. Από αυτό το σημείο και μετά, ξεκίνησαν οι εργασίες για την σκόπιμη προσθήκη αερίου CO2 στις μπαταρίες για να επωφεληθούν από αυτό, και έτσι γεννήθηκε η μπαταρία Li-CO2.
Το μεγάλο της ενδιαφέρον σχετίζεται με τη χημική αντίδραση στη θετική άκρη της μπαταρίας, όπου ανοίγονται μικρές οπές στο περίβλημα για να επιτραπεί η είσοδος αερίου CO2. Εκεί το διοξείδιο του άνθρακα διαλύεται στον υγρό ηλεκτρολύτη (που επιτρέπει στο φορτίο να κινείται μεταξύ των δύο ηλεκτροδίων) και αντιδρά με το λίθιο που έχει ήδη διαλυθεί εκεί. Κατά τη διάρκεια αυτής της αντίδρασης, πιστεύεται ότι ανταλλάσσονται τέσσερα ηλεκτρόνια μεταξύ ιόντων λιθίου και διοξειδίου του άνθρακα, όπως εξηγούν οι ερευνητές του βρετανικού πανεπιστημίου στο άρθρο τους.
Όσον αφορά τα οφέλη για τις εκπομπές άνθρακα, με τους πρόχειρους υπολογισμούς των ερευνητών ένα κιλό καταλύτη θα μπορούσε να απορροφήσει περίπου 18,5 κιλά CO2. Δεδομένου ότι ένα αυτοκίνητο που διανύει 160 χιλιόμετρα εκπέμπει περίπου 18-20 κιλά CΟ2, αυτό σημαίνει ότι μια τέτοια μπαταρία θα μπορούσε ενδεχομένως να αντισταθμίσει την ημερήσια οδήγηση.
Ωστόσο, η τεχνολογία έχει μερικά προβλήματα. Κατά πρώτον, οι μπαταρίες αυτές προς το παρόν δεν διαρκούν πολύ. Οι εμπορικές μπαταρίες ιόντων λιθίου επιβιώνουν συνήθως σε 1.000-10.000 κύκλους φόρτισης. Τα περισσότερα πρωτότυπα LiCO2 λήγουν ύστερα από λιγότερες από 100 φορτίσεις.
Κατά δεύτερον, η φόρτισή τους δεν είναι ακόμη εύκολη: Απαιτεί τη διάσπαση του ανθρακικού λιθίου για την απελευθέρωση λιθίου και CO2, κάτι που μπορεί να είναι ενεργοβόρο.
Η ομάδα των ερευνητών του Σάρεϊ βρήκε έναν εναλλακτικό καταλύτη, το φωσφορομολυβδαινικό καίσιο, το οποίο είναι πολύ φθηνότερο και εύκολο στην κατασκευή σε θερμοκρασία δωματίου. Αυτό το υλικό έκανε τις μπαταρίες σταθερές για 107 κύκλους, ενώ παράλληλα αποθήκευε 2,5 φορές περισσότερο φορτίο από μια μπαταρία ιόντων λιθίου. Επίσης μείωσε σημαντικά το ενεργειακό κόστος που απαιτείται για τη διάσπαση του ανθρακικού λιθίου, για μια υπερτάση 0,67 volt, η οποία είναι μόνο περίπου διπλάσια από αυτήν που θα ήταν απαραίτητη σε ένα εμπορικό προϊόν.
Η ερευνητική ομάδα εργάζεται τώρα για την περαιτέρω μείωση του κόστους αυτής της τεχνολογίας αναπτύσσοντας έναν καταλύτη που αντικαθιστά το καίσιο, καθώς το φωσφομολυβδαινικό είναι το κλειδί. Αυτό θα μπορούσε να κάνει το σύστημα πιο οικονομικά βιώσιμο και ικανό για ευρεία ανάπτυξη.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν επίσης να μελετήσουν πώς φορτίζει και αποφορτίζεται η μπαταρία σε πραγματικό χρόνο. Αυτό θα παρέχει μια σαφέστερη κατανόηση των εσωτερικών μηχανισμών που λειτουργούν, συμβάλλοντας στη βελτιστοποίηση της απόδοσης και της ανθεκτικότητας.