Nuevo estudio sobre cómo fabricar baterías de la nada para automóviles con emisiones negativas de carbono

Los nanotubos de carbono, ilustrados aquí, podrían estar hechos de dióxido de carbono extraído de la atmósfera; podríamos usarlos para crear baterías de carbono negativo. Andrzej Wojcicki / Getty Images

La lucha para frenar el calentamiento global se ha centrado principalmente en alejar a los humanos de la quema de combustibles fósiles que emiten dióxido de carbono y contribuyen al efecto invernadero. También se ha hecho un gran esfuerzo para encontrar formas de capturar CO₂ del aire y colóquelo en algún lugar donde no pueda hacer ningún daño. Por supuesto, la solución perfecta sería lograr ambas cosas a la vez. ¿Y si pudiera tomar CO₂ fuera de la atmósfera y emplearlo como una fuente de energía más limpia, reduciendo la necesidad de quemar combustibles fósiles?

Es posible que los científicos de las universidades de Vanderbilt y George Washington hayan encontrado una manera de hacerlo. En un artículo publicado hoy en la revista ACS Central Science de la American Chemical Society, describen un proceso para extraer carbono del CO atmosférico₂, y luego usarlo para hacer nanotubos de carbono. Los nanotubos luego se usarían para reemplazar los electrodos de grafito en baterías de iones de litio para automóviles eléctricos.. 

En teoría, podríamos crear no solo autos eléctricos neutrales en carbono, sino también negativos en carbono que almacenen energía y contrarresten el daño ambiental pasado..

"Dado su mejor desempeño, bajo costo proyectado y capacidad para eliminar un gas de efecto invernadero, es probable que los autos equipados con baterías de nanotubos de carbono se conviertan en la norma", dice uno de los científicos, el profesor de química de GWU Stuart Licht, por correo electrónico..

En un comunicado de prensa que anuncia el desarrollo, el profesor asistente de ingeniería mecánica de Vanderbilt, Cary Pint, dijo: "Imagine un mundo en el que cada nuevo vehículo eléctrico o instalación de batería a escala de red no solo nos permita superar los pecados ambientales de nuestro pasado, dice sino también dar un paso hacia un futuro sostenible para nuestros niños ".

¿Cómo funcionaría esto??

El nuevo método de fabricación de baterías utiliza un proceso desarrollado por Licht y sus colegas de GWU para capturar carbono y usarlo para fabricar nanofibras de carbono, que se pueden agrupar para crear nanotubos. Ese proceso implica el despliegue de energía solar concentrada para crear un baño fundido de productos químicos que alcanza los 1.380 grados F (749 grados C). Cuando se agrega aire a la celda, el dióxido de carbono se disuelve cuando se somete al calor y la corriente directa de los electrodos de níquel y acero..

El proceso electroquímico térmico solar (STEP) convierte el dióxido de carbono atmosférico en nanotubos de carbono que se pueden utilizar en baterías avanzadas. Julie Turner / Universidad de Vanderbilt

A medida que el gas se descompone, las moléculas de carbono se adhieren a los electrodos y se acumulan en nanofibras. Después de que Licht y su equipo publicaron su trabajo en 2015, prometió ser un cambio de juego potencial. No solo proporcionó un método para crear nanofibras de carbono que era más barato que los métodos anteriores, sino que también ofrecía una forma de extraer enormes cantidades de dióxido de carbono de la atmósfera.. 

Cuando se anunció ese desarrollo el año pasado, Licht dijo que tenía la visión de construir una serie de C0 gigantes₂-plantas de nanofibras del tamaño de ciudades en lugares escasamente poblados como el interior de Australia y los desiertos del Sahara y Mojave.

Dado que es súper resistente y liviano, la nanofibra de carbono se ha promocionado como el material del futuro para todo, desde vigas de rascacielos hasta fuselajes de aviones. Pero los nanotubos de carbono fabricados a partir de tales fibras también son bastante buenos para fabricar baterías, porque su gran superficie les permite almacenar más carga que otras formas de carbono. En 2010, los investigadores del Instituto de Tecnología de Massachusetts crearon una batería experimental con nanotubos de carbono que tenía un tercio más de capacidad que una batería de iones de litio convencional y 10 veces la potencia de salida..

Los investigadores de GW y Vanderbilt informan que una batería de iones de litio con electrodos de nanotubos de carbono también funciona ligeramente mejor que una batería de iones de litio convencional, y que el impulso se amplifica cuando la batería se carga rápidamente..

Cuando usaron los nanotubos para reemplazar los electrodos de grafito en una batería de iones de sodio, otro tipo de almacenamiento, obtuvieron una mejora aún mayor: aproximadamente 3,5 veces el rendimiento. Ambos tipos de baterías equipadas con nanotubos de carbono resistieron con éxito 10 semanas de carga y descarga continuas sin signos de fatiga..

Aplicaciones prácticas para avances

Según Licht, colocar baterías con nanotubos de carbono en los automóviles "proporcionará alternativas libres de emisiones de gases de efecto invernadero a los procesos de combustibles fósiles industriales y de transporte actuales".

Gina Coplon-Newfield, directora de la Iniciativa de Vehículos Eléctricos del Sierra Club, dijo que, si bien aún no ha visto los detalles del avance de Vanderbilt-GWU, "suena realmente intrigante". "En general, nos alienta mucho lo que vemos que está sucediendo en la tecnología de baterías en estos días", dice Coplon-Newfield. "Eso es tanto en términos de avances tecnológicos como de reducción de costos".

El proceso para usar dióxido de carbono atmosférico para fabricar baterías no tendría que usarse solo para autos eléctricos. También podría usarse para fabricar baterías de iones de litio para dispositivos electrónicos, y también en baterías mucho más grandes que podrían usarse para almacenar electricidad generada por paneles solares y turbinas eólicas..

Tener ese tipo de almacenamiento es crucial para desarrollar futuras redes eléctricas "inteligentes" que dependan de fuentes de electricidad más pequeñas y descentralizadas, en lugar de depender de enormes plantas que queman carbón..

Ahora eso es interesante El uso de baterías como dispositivos de almacenamiento de energía se remonta a cientos, si no miles, de años.