【干货】电池启动的碳固定策略

研究锂空气电池工作的科学家发现了一种独特的方法来捕获和储存二氧化碳并使其远离大气层。研究人员利用一种用于锂二氧化碳电池的设计，开发了一种从气态二氧化碳中分离出固体碳尘的方法，同时也有可能利用相同的方法分离氧气。

【图注】这是使用Li-CO2技术储存能量和固定碳的流程图。

日本和中国的研究人员采用了一种用于锂二氧化碳电池的设计方案，已经开发了一种从气态二氧化碳中分离固体碳粉的方法，同时也有可能通过相同的方法分离氧气。

由于二氧化碳对温室效应和全球变暖有极大影响，将二氧化碳排放转化为其他含碳化合物是最为理想的处理方式。例如从天然过程，将二氧化碳转化为氧和糖的工艺，到人造的工艺，例如将二氧化碳注入到岩层中作为碳酸盐矿物被捕获。

“用于二氧化碳固定的大多数物理和化学途径的问题是它们的产品是需要进一步液化或压缩的气体和液体，这将不可避免地导致额外的能源消耗和更多的二氧化碳排放。”资深作者Haoshen Zhou（来自日本国立先进工业科技研究院和中国南京大学）说道，“相反，我们正在研究产生固体碳产品的二氧化碳固定电化学策略，甚至可提供该过程所需能量的锂二氧化碳电池。”

研究人员试着为锂二氧化碳电池原型充电时加入固定碳策略。与电池放电过程中完全再生的锂离子和二氧化碳不同，如同可逆的Li-CO2电池一样，碳酸锂会分解产生额外的碳，使得未分离的氧气会与电池电解液发生快速反应。通常，这种堆积会导致电池的物理降解并缩短其功能寿命，但固体碳的沉积具有其独特的优势，标志着碳固定将成为稳定且易于处理的方法。

《焦耳》的科学编辑Rahul Malik说“这项工作最为特殊的是将三分之一的二氧化碳种类转化为碳，其理论能效高于70％。电池结构是以一种不可预见但有趣的方式来观察碳固定。”由于该方法既能实现碳固定，又能降低电池性能，但研究人员却无法在单一设备中同时满足这两个目标。然而，通过在其设计中加入少量的钌金属作为催化剂，它们就能够避免大量的碳沉积并具有更好的可逆性，将它们的碳定影装置转化为功能性的Li-CO2电池。

碳固定和电池性能的另一个挑战是从纯二氧化碳环境转移到空气环境中，这种跳跃可能会处理大气中的二氧化碳，并将逐步形成理论上强大但尚不稳定的锂空气电池技术。周永康说，此项固定技术有可能也适用于从大气中洗涤其他有害或污染的气体，如一氧化碳，二氧化硫，一氧化氮和二氧化氮。

展望未来，研究人员也对其系统的潜力充满信心，最终可能实现将二氧化碳转化为纯碳和氧气的途径。他们认为，“充电后氧气的释放加上固体碳的积累，将实现类似于光合作用的电化学二氧化碳固定策略。