Международная группа исследователей впервые увидела в реальном времени, как углекислый газ превращается в твердый углерод внутри расплавленной соли при температуре около 500 °C. Для батарейного рынка это заметная развилка: синтетический графит все еще остается одним из главных материалов для анодов литий-ионных аккумуляторов, а его производство завязано на довольно прожорливую химию и недешевые исходники.
Работу сделали специалисты Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли, Калифорнийского университета в Беркли и Национального института химической физики и биофизики Эстонии. Они показали не только то, что CO2 можно разложить на углерод и кислород, но и то, как именно идет этот процесс внутри реактора.
Интерес к такой схеме понятен. Автопром и производители аккумуляторов ищут способы снизить зависимость от обычного графита, который часто делают из нефтяного сырья, а рынок электромобилей только поднимает спрос. И вот тут технология, которая одновременно связана с улавливанием выбросов и выпуском батарейного сырья, начинает выглядеть особенно интересно для индустрии.
В основе эксперимента — электролиз расплавленных солей. Через горячую солевую смесь пропускают ток, молекулы углекислого газа теряют атомы кислорода, а углерод осаждается на катоде в твердом виде.
Проблема была в другом: сам реактор почти невозможно наблюдать обычными оптическими методами. Температура около 500 °C быстро выводит из строя стандартную оптику, поэтому команда собрала специальную камеру с жаростойкими линзами и впервые смогла следить за реакцией без догадок и постфактум-анализа.
Наблюдение вживую дало еще один полезный штрих. Исследователи увидели, что превращение CO2 идет не одним скачком, а через промежуточное соединение, после чего и начинается формирование твердого углерода.
Сам по себе углерод еще не делает батарейную химию готовой к конвейеру. Но команда показала, что, меняя состав расплава и материалы электродов, можно влиять на внутреннюю структуру получаемого продукта.
А это уже близко к синтетическому графиту. Для литий-ионных аккумуляторов критична именно кристаллическая структура анода: от нее зависят скорость перемещения ионов лития и эффективность работы батареи. Если процесс удастся довести до промышленного уровня, он может дать сырье для тяговых аккумуляторов и заодно утилизировать часть выбросов.
У индустрии есть и другие попытки снизить зависимость от классического графита. Одни компании делают ставку на синтетический графит из углеродного сырья, другие ищут альтернативные анодные материалы вроде кремния, но массовая замена идет медленно из-за цены, стабильности и технологической готовности. На этом фоне технология, которая берет углекислый газ из промышленных выбросов и превращает его в батарейный углерод, выглядит очень заманчиво для производителей электромобилей.
До запуска на заводах путь еще длинный. Авторам работы предстоит снизить энергопотребление, подобрать более стойкие электроды, оптимизировать солевой расплав и научиться ровно удерживать температуру и ток в крупных реакторах. От этого и будет зависеть, останется ли метод лабораторной демонстрацией или станет новым источником сырья для батарей.