萨里大学的科学家在环保电池技术方面取得了重大进展，开发出一种不仅能储存更多能量，还能帮助减少温室气体排放的系统。这些锂-二氧化碳“呼吸”电池在发电的同时还能捕获二氧化碳，提供了一种更具可持续性的选择，其性能最终可能超越传统的锂离子电池。
此前，锂-二氧化碳电池一直面临效率问题。它们损耗快、充电困难，而且依赖于铂等昂贵稀有的材料。萨里大学的研究人员通过引入一种名为磷钼酸铯 (CPM) 的低成本催化剂解决了这些问题。
通过计算机建模和实验室测试相结合，他们发现这种简单的改变可以让电池存储更多的能量，需要更少的充电电量，并可靠地运行超过 100 次循环。
这项研究发表在《先进科学》杂志上，代表着朝着实际应用迈出了充满希望的一步。如果投入市场，这些电池将有助于减少车辆和工业排放。科学家们还认为，它们也可以在火星上使用，因为火星的大气中95%的成分都是二氧化碳。
萨里大学研究人员开发的锂二氧化碳原型。图片来源：萨里大学
萨里大学化学过程工程讲师、该研究的通讯作者 Siddharth Gadkari 博士表示：
“人们对能源存储解决方案的需求日益增长，这些解决方案不仅能支持我们推动可再生能源发展，还能应对日益严重的气候变化威胁。我们在锂-二氧化碳电池方面的研究，有望在实现这一愿景的过程中发挥关键作用。”
Siddharth Gadkari 博士。图片来源：萨里大学
这些电池面临的最大挑战之一是所谓的“过电位”——即启动反应所需的额外能量。你可以把它想象成骑自行车先上坡，然后才能滑行。我们已经证明，CPM 可以平整坡度，这意味着电池在每次充放电过程中损失的能量要少得多。
为了理解CPM为何如此有效，萨里大学化学与化学工程学院和先进技术研究所的团队采用了两种方法。首先，他们在充放电后拆解电池，研究其内部的化学变化。这些事后测试发现，电池吸收二氧化碳时形成的化合物碳酸锂能够可靠地积聚和去除——这是长期使用的关键特性。
丹尼尔·康德德尔博士。图片来源：萨里大学
随后，他们利用密度泛函理论 (DFT) 进行计算机建模，这使得研究人员能够探索反应在材料表面的展开方式。结果表明，CPM 稳定的多孔结构为关键的化学反应提供了理想的表面。
萨里大学未来研究员、该研究的通讯作者 Daniel Commandeur 博士表示：
这项发现令人兴奋的地方在于，它兼具强大的性能和简便易用性。我们证明了，使用经济实惠、可扩展的材料——无需稀有金属——就能制造出高效的锂-二氧化碳电池。我们的发现也为未来设计更先进的催化剂打开了大门。
这一发现为开发更优质、低成本、易于制造的电池材料打开了新的大门。随着对这些催化剂与电极和电解质相互作用方式的进一步研究，锂-二氧化碳电池有望成为一种实用且可扩展的清洁能源储存方式，同时有助于减少大气中的碳排放。
编译自/ScitechDaily
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