Nouvelle étude sur la fabrication de batteries à partir d'air mince pour les voitures à émission de carbone négative

Les nanotubes de carbone, illustrés ici, pourraient être fabriqués à partir de dioxyde de carbone récupéré de l'atmosphère; nous pourrions les utiliser pour créer des batteries au carbone négatif. Andrzej Wojcicki / Getty Images

La lutte pour ralentir le réchauffement climatique s'est principalement concentrée sur le sevrage des humains de la combustion de combustibles fossiles qui émettent du dioxyde de carbone et contribuent à l'effet de serre. Il y a aussi eu beaucoup d'efforts pour trouver des moyens de capturer le CO₂ hors de l'air et placez-le dans un endroit où il ne peut faire aucun mal. Bien sûr, la solution parfaite serait d'accomplir les deux choses à la fois. Et si vous pouviez prendre du CO₂ hors de l'atmosphère et l'employer comme source d'énergie plus propre, réduisant le besoin de brûler des combustibles fossiles?

Les scientifiques des universités Vanderbilt et George Washington ont peut-être trouvé un moyen de le faire. Dans un article publié aujourd'hui dans la revue ACS Central Science de l'American Chemical Society, ils décrivent un processus pour extraire le carbone du CO atmosphérique₂, puis utilisez-le pour fabriquer des nanotubes de carbone. Les nanotubes seraient alors utilisés pour remplacer les électrodes en graphite dans les batteries lithium-ion pour les voitures électriques. 

En théorie, nous pourrions créer des voitures électriques non seulement neutres en carbone, mais également négatives en carbone, qui stockent de l'énergie et contrebalancent les dommages environnementaux passés..

«Compte tenu de leurs meilleures performances, de leur faible coût prévu et de leur capacité à éliminer un gaz à effet de serre, il est probable que les voitures équipées de batteries à nanotubes de carbone deviendront la norme», déclare l'un des scientifiques, le professeur de chimie du GWU, Stuart Licht, par courrier électronique..

Dans un communiqué de presse annonçant le développement, le professeur adjoint de génie mécanique de Vanderbilt, Cary Pint, a déclaré: "Imaginez un monde où chaque nouveau véhicule électrique ou installation de batteries à l'échelle du réseau nous permettrait non seulement de surmonter les péchés environnementaux de notre passé, dit aussi fournir un pas vers un avenir durable pour nos enfants. "

Comment cela fonctionnerait-il?

La nouvelle méthode de fabrication de batteries utilise un processus développé par Licht et ses collègues du GWU pour capturer le carbone et l'utiliser pour fabriquer des nanofibres de carbone, qui peuvent être regroupées pour créer des nanotubes. Ce processus implique le déploiement d'énergie solaire concentrée pour créer un bain fondu de produits chimiques qui atteint 1380 degrés F (749 degrés C). Lorsque de l'air est ajouté à la cellule, le dioxyde de carbone se dissout lorsqu'il est soumis à la chaleur et au courant continu d'électrodes en nickel et en acier.

Le procédé électrochimique solaire thermique (STEP) convertit le dioxyde de carbone atmosphérique en nanotubes de carbone qui peuvent être utilisés dans des batteries avancées. Julie Turner / Université Vanderbilt

Lorsque le gaz se décompose, les molécules de carbone s'accrochent aux électrodes et se transforment en nanofibres. Après que Licht et son équipe aient publié leur travail en 2015, cela promettait de changer la donne. Non seulement il a fourni une méthode de création de nanofibres de carbone moins chère que les méthodes précédentes, mais il a également offert un moyen d'extraire d'énormes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère.. 

Lorsque ce développement a été annoncé l'année dernière, Licht a déclaré qu'il envisageait de construire une gamme de C0 géants₂-plantes en nanofibres de la taille des villes dans des endroits peu peuplés tels que l'Outback australien et les déserts du Sahara et de Mojave.

Comme elle est ultra-résistante et légère, la nanofibre de carbone a été présentée comme le matériau du futur pour tout, des poutres de gratte-ciel aux fuselages d'avions. Mais les nanotubes de carbone fabriqués à partir de ces fibres sont également très utiles pour fabriquer des batteries, car leur grande surface leur permet de stocker plus de charge que les autres formes de carbone. En 2010, des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology ont créé une batterie expérimentale avec des nanotubes de carbone qui avait un tiers de capacité de plus qu'une batterie lithium-ion conventionnelle et 10 fois la puissance de sortie..

Les chercheurs de GW et Vanderbilt rapportent qu'une batterie lithium-ion avec des électrodes en nanotubes de carbone fonctionne également légèrement mieux qu'une batterie lithium-ion conventionnelle, et que le boost est amplifié lorsque la batterie est chargée rapidement..

Lorsqu'ils ont utilisé les nanotubes pour remplacer les électrodes en graphite dans une batterie sodium-ion, un autre type de stockage, ils ont obtenu une amélioration encore plus grande - environ 3,5 fois les performances. Les deux types de batteries équipées de nanotubes de carbone ont supporté avec succès 10 semaines de charge et de décharge continues sans aucun signe de fatigue.

Applications pratiques des avances

Selon Licht, mettre des batteries avec des nanotubes de carbone dans les voitures "fournira des alternatives sans émissions de gaz à effet de serre aux procédés industriels et de transport actuels utilisant des combustibles fossiles".

Gina Coplon-Newfield, directrice de l'Initiative pour les véhicules électriques du Sierra Club, a déclaré que même si elle n'a pas encore vu les détails de la percée Vanderbilt-GWU, "cela semble vraiment intrigant". «En général, nous sommes très encouragés par ce que nous voyons se produire dans la technologie des batteries ces jours-ci», déclare Coplon-Newfield. "C'est à la fois en termes d'avancées technologiques et de baisse des coûts."

Le processus d'utilisation du dioxyde de carbone atmosphérique pour fabriquer des batteries n'aurait pas à être utilisé uniquement pour les voitures électriques. Il pourrait également être utilisé pour fabriquer des batteries lithium-ion pour appareils électroniques, ainsi que dans des batteries beaucoup plus grandes qui pourraient être utilisées pour stocker l'électricité produite par des panneaux solaires et des éoliennes..

Disposer de ce type de stockage est essentiel pour développer de futurs réseaux électriques «intelligents» qui reposent sur des sources d’électricité plus petites et décentralisées, au lieu de dépendre d’énormes centrales au charbon..

Maintenant c'est intéressant L'utilisation des batteries comme dispositifs de stockage d'énergie remonte à des centaines, voire des milliers d'années.