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科学者たちは、二酸化炭素が500°C (932°F) の融解塩の中で即座に固体炭素に変換されることを観察しました。この研究チームには、ローレンス・バークレー国立研究所、カリフォルニア大学バークレー校、エストニア国立化学物理および生物物理研究所の科学者が含まれています。彼らの研究成果は『ネイチャー・コミュニケーションズ』に発表されました。このプロセスでは、融解塩電解と呼ばれる技術が使用されます。高温の液体塩は、2つの電極の間で電気を導きます。二酸化炭素が融解塩に入ると、電流がその酸素原子を取り除きます。この還元反応により、純粋な固体炭素が陰極に沈着します。
これまで、分子スケールでこのプロセスを研究することはほぼ不可能でした。熱液塩は非常に腐食性が高く、標準的な実験室の光学機器を迅速に破壊します。この問題を解決するために、チームは耐熱レンズを備えた専用の反応池を設計しました。この設計により、カスタム顕微鏡が500°C (932°F) の条件下で継続的な視覚データをキャッチできるようになりました。
研究チームが二酸化炭素を固体炭素に変換する技術のブレークスルーを達成
バークレー研究所の科学者マイク・ホイットカーは、「これは、融解塩を利用して重要な材料やバッテリー材料を合成する大きな努力の中での重要な勝利です。」と述べました。即時映像は、化学変換が2つの異なる段階に分かれていることを示しています。二酸化炭素は即座に固体炭素に変換されるわけではありません。むしろ、最初に中間化学状態を形成し、その後電極に沈着します。研究者たちは、システムの反応を観察するために、さまざまな塩の混合物と電極材料をテストしました。基本的な2段階反応は、すべての組み合わせで変わりませんでした。しかし、材料の変化は、沈着する炭素の物理構造を変えることがあります。
異なる電極表面と塩の化学成分は、炭素原子が異なる幾何学的パターンで配置されることを可能にします。ホイットカーは、「もし非常に安価な塩を低温で使用できれば、多くの場所で運用でき、バッテリー供給チェーンに供給するのに十分なグラファイトを生成できるでしょう。」と付け加えました。
この研究にとって、物理構造を制御することが主要な技術的進歩です。バッテリーグレードのグラファイトは、非常に特定の結晶配置を必要とします。電気自動車のバッテリーでは、炭素層は均等に間隔を空ける必要があり、エネルギーを運ぶイオンがスムーズにその間を移動できるようにする必要があります。入力材料を変更すると最終的な炭素の配置が変わるため、科学者たちはシステムを調整してバッテリーグレードのグラファイトを生成できます。産業化操作を実現する前に、いくつかの工学的課題が残っています。現在のシステムは500°C (932°F) で運転されており、塩を液体のまま維持するために継続的なエネルギーが必要です。チームは、「次のステップは、グラファイトやその他の炭素材料を製造するための最適な融解塩、電極材料、温度、電圧の組み合わせを特定することです。」とまとめました。
研究者たちはまた、この方法を拡大して、工業的に有用な量を生産する必要があります。
未来の課題は技術の応用を拡大して産業化を実現すること
しかし、微視的な反応池から全サイズの反応器に拡大するには、気体の流れ、熱の分布、および大きな電極表面の電流密度を注意深く管理する必要があります。エンジニアがこれらの操作上の障害を解決できれば、この技術は捕集された産業排出から合成グラファイトを供給することができます。
項目 規格 運行温度 500°C (932°F) 電極材料 未指定