La celda de flujo de gradiente de pH tiene dos canales:uno que contiene una solución acuosa rociada con dióxido de carbono (pH bajo) y el otro que contiene una solución acuosa rociada con aire ambiente (pH alto). El gradiente de pH hace que los iones fluyan a través de la membrana, creando una diferencia de voltaje entre los dos electrodos y haciendo que los electrones fluyan a lo largo de un cable que conecta los electrodos. Crédito:Kim et al. © 2017 Sociedad Química Estadounidense
(Phys.org) —Los investigadores han desarrollado un tipo de batería recargable llamada celda de flujo que se puede recargar con una solución a base de agua que contiene dióxido de carbono disuelto (CO 2 ) emitidos por plantas de energía de combustibles fósiles. El dispositivo funciona aprovechando el CO 2 diferencia de concentración entre CO 2 emisiones y aire ambiente, que en última instancia se puede utilizar para generar electricidad.
La nueva celda de flujo produce una densidad de potencia media de 0,82 W / m 2 , que es casi 200 veces mayor que los valores obtenidos utilizando métodos similares anteriores. Aunque todavía no está claro si el proceso podría ser económicamente viable a gran escala, los primeros resultados parecen prometedores y podrían mejorarse aún más con investigaciones futuras.
Los científicos, Taeyong Kim, Bruce E. Logan, y Christopher A. Gorski de la Universidad Estatal de Pensilvania, han publicado un artículo sobre el nuevo método de CO 2 conversión a electricidad en un número reciente de Cartas de ciencia y tecnología ambientales .
"Este trabajo ofrece una alternativa, Medios más simples para capturar energía del CO 2 emisiones en comparación con las tecnologías existentes que requieren materiales catalizadores costosos y temperaturas muy altas para convertir el CO 2 en combustibles útiles, "Gorski dijo Phys.org .
Si bien el contraste del humo blanco grisáceo contra un cielo azul ilustra el impacto ambiental adverso de la quema de combustibles fósiles, la gran diferencia en CO 2 La concentración entre los dos gases es también lo que proporciona una fuente de energía sin explotar para generar electricidad.
Para aprovechar la energía potencial en esta diferencia de concentración, los investigadores primero disolvieron CO 2 gas y aire ambiente en recipientes separados de una solución acuosa, en un proceso llamado burbujeo. Al final de este proceso, El co 2 -la solución pulverizada forma iones de bicarbonato, que le dan un pH más bajo de 7.7 en comparación con la solución rociada con aire, que tiene un pH de 9,4.
Después de burbujear, los investigadores inyectaron cada solución en uno de los dos canales de una celda de flujo, creando un gradiente de pH en la celda. La celda de flujo tiene electrodos en lados opuestos de los dos canales, junto con una membrana semiporosa entre los dos canales que evita la mezcla instantánea y, al mismo tiempo, permite el paso de los iones. Debido a la diferencia de pH entre las dos soluciones, varios iones pasan a través de la membrana, creando una diferencia de voltaje entre los dos electrodos y haciendo que los electrones fluyan a lo largo de un cable que conecta los electrodos.
Una vez descargada la celda de flujo, se puede recargar de nuevo cambiando los canales por los que fluyen las soluciones. Al cambiar la solución que fluye sobre cada electrodo, el mecanismo de carga se invierte para que los electrones fluyan en la dirección opuesta. Las pruebas mostraron que la celda mantiene su rendimiento durante 50 ciclos de soluciones alternas.
Los resultados también mostraron que, cuanto mayor sea la diferencia de pH entre los dos canales, cuanto mayor sea la densidad de potencia media. Aunque la celda de flujo de gradiente de pH alcanza una densidad de potencia alta en comparación con celdas similares que convierten el CO residual 2 a la electricidad, sigue siendo mucho menor que las densidades de potencia de los sistemas de pilas de combustible que combinan CO 2 con otros combustibles, como H 2 .
Sin embargo, la nueva celda de flujo tiene ciertas ventajas sobre estos otros dispositivos, como el uso de materiales económicos y el funcionamiento a temperatura ambiente. Estas características hacen que la celda de flujo sea atractiva para aplicaciones prácticas en centrales eléctricas existentes.
"Un sistema que contiene numerosas celdas de flujo idénticas se instalaría en plantas de energía que queman combustibles fósiles, ", Dijo Gorski." El gas de combustión emitido por la combustión de combustibles fósiles tendría que ser preenfriado, luego burbujeó a través de un depósito de agua que se puede bombear a través de las celdas de flujo ".
En el futuro, los investigadores planean mejorar aún más el rendimiento de la celda de flujo.
"Actualmente estamos buscando ver cómo se pueden optimizar las condiciones de la solución para maximizar la cantidad de energía producida, ", Dijo Gorski." También estamos investigando si podemos disolver los químicos en el agua que exhiben propiedades redox dependientes del pH, lo que nos permite aumentar la cantidad de energía que se puede recuperar. El último enfoque sería análogo a una batería de flujo, que reduce y oxida los productos químicos disueltos en soluciones acuosas, excepto que estamos haciendo que se reduzcan y oxiden aquí cambiando el pH de la solución con CO 2 . "
© 2017 Phys.org
