剑桥大学突破性研究，充电时吸收二氧化碳的电化学装置

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扩大可再生能源对于实现这一目标至关重要 ，如太阳能，风能和电池储能等广泛的布置。然而，如水泥制造等某些行业与二氧化碳排放有着内在的联系，而在短期内，化石燃料将继续对世界经济至关重要。二氧化碳捕获是目前减少工业温室气体排放的最便宜的方法之一。

发展最好的碳捕获技术是溶剂洗涤 ，其中使用水性胺溶剂选择性地吸收 CO2。加热溶剂（称为温度波动）可将 CO2 排出储存，并使系统恢复到原始状态。

然而，提高大量溶剂的温度需要大量的能量输入，从而限制了效率。胺类溶剂还会腐蚀设备，被烟气中的杂质毒害，或以蒸气形式逸出，对环境造成破坏。

这些问题意味着 电化学变吸附 （一种由电化学驱动的新兴 CO2 捕获技术）可能具有潜在优势。

一般来说，超级电容器的一个电极暴露在含二氧化碳的气体中，另一个电极完全浸泡在电解质中。当超级电容器充电时，CO2 会选择性地从气体中吸附（并在放电时释放）。该效应主要使用活性炭电极和氯化钠水溶液进行研究，这是一种经济实惠且环保的模型系统。但是这种装置效率低。

最近， 英国剑桥大学的研究人员开发了一种低成本设备 ，解决了上述问题，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，二氧化碳可以以受控方式释放并收集起来以重复使用或负责任地处置。

研究人员对充电协议进行改变，对暴露在含二氧化碳的气体中的电极进行充电，并且在随后的协议中对电压进行正负向充电转换。这种充电协议的改变，会大幅提升二氧化碳的吸附能力。这种现象是以前提出的超级电容器吸附机制所不能解释的。研究人员因此提出了一种新的二氧化碳进出电极微孔的机制。

图1：左面是分拆的超级电容器部件，右图是装配的二氧化碳吸附装置。

图2：装置示意图

图3：正向和负向充电时，二氧化碳和离子的移动示意图

这项研究是由剑桥大学化学系的亚历山大欧旭博士（Alexander Forse）领导的，他说：“我们发现，通过在极板之间缓慢地交替电流，我们可以捕获比以前多一倍的二氧化碳量，我们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。”

合作者以色列天普拉诺（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。

这篇论文发表在《纳米尺度》杂志上。

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