Репортаж от Wedoany，Исследователи Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли (Lawrence Berkeley National Laboratory) совместно с Калифорнийским университетом в Беркли (UC Berkeley) и Национальным институтом химической физики и биофизики Эстонии (National Institute of Chemical Physics and Biophysics) в реальном времени наблюдали полный процесс превращения углекислого газа в твёрдый углерод в расплавленной соли при температуре 500 °C (932 °F). Результаты опубликованы в журнале Nature Communications.
Данная технология основана на принципе расплавленного солевого электролиза. Жидкая соль, поддерживаемая при высокой температуре, проводит электрический ток между двумя электродами. Когда углекислый газ поступает в расплавленную соль, электрический ток отщепляет его атомы кислорода, а восстановительная реакция осаждает чистый твёрдый углерод на катоде. Ранее наблюдение этого процесса на молекулярном уровне было практически невозможным, поскольку горячая жидкая соль обладает высокой коррозионной активностью и быстро разрушает стандартную лабораторную оптику. Для решения этой задачи исследовательская группа разработала специальную реакционную ячейку с термостойкими линзами, что позволило специализированному микроскопу непрерывно фиксировать визуальные данные при 500 °C во время работы ячейки.
Видеозапись в реальном времени показала, что химическое превращение происходит в два различных этапа. Углекислый газ не превращается непосредственно в твёрдый углерод, а сначала образует промежуточное химическое состояние, которое затем осаждается на электроде. Исследователи протестировали различные смеси солей и материалы электродов и обнаружили, что основная двухстадийная реакция остаётся неизменной во всех комбинациях, однако изменение материалов влияет на физическую структуру осаждённого углерода — разные поверхности электродов и химический состав солей приводят к различной геометрической конфигурации атомов углерода. Контроль физической структуры является ключевым технологическим достижением этого исследования. Графит аккумуляторного класса требует очень специфической кристаллической ориентации: в аккумуляторах для электромобилей углеродные слои должны быть равномерно распределены, чтобы ионы, переносящие энергию, могли плавно скользить между ними. Поскольку изменение исходных материалов влияет на конечное расположение углерода, учёные могут соответствующим образом настраивать систему для производства графита аккумуляторного класса.
Учёный из Беркли, участвовавший в проекте, Майк Уиттакер (Mike Whittaker), отметил, что это важный прогресс в более масштабных усилиях по синтезу ключевых материалов и материалов для аккумуляторов с использованием расплавленных солей. Он указал, что если процесс можно будет запускать при низких температурах с использованием недорогих солей, его можно будет внедрить во многих местах и производить достаточно графита для поступления в цепочку поставок аккумуляторов. Тем не менее, до достижения промышленных масштабов остаются инженерные проблемы. Текущая система требует постоянной подачи энергии для поддержания соли в жидком состоянии при 500 °C. Команда резюмировала, что следующими шагами являются определение оптимальной комбинации расплавленной соли, материалов электродов, температуры и напряжения для получения углеродных материалов, таких как графит, а также масштабирование производительности метода до промышленно применимого уровня. При переходе от микрореакционной ячейки к полноразмерному реактору необходимо тщательно управлять потоками газа, распределением тепла и плотностью тока на больших поверхностях электродов. Если эти эксплуатационные препятствия будут устранены, технология сможет напрямую использовать уловленные промышленные выбросы для поставок синтетического графита.
