二氧化碳是一种相当棘手的小分子。吸入它有害，还会使海洋和雨水酸化，并将热量困在大气中，从而推高全球气温。它还恰好以一种最容易获取的燃料形式被封存起来。我们早已知道，燃烧化石燃料产生的二氧化碳会加剧气候变化，但一直没有切实可行的方法来阻止这一过程。所幸，麻省理工学院（MIT）的最新研究发现了一种方法，可以将这种危险的废弃产物转化为电池中的有用组成部分。
避免二氧化碳进入大气的高昂成本
这比以往减少二氧化碳排放的努力迈进了一大步。减少排放的最佳方式是少生产或少使用能源，但对大多数人来说，这种选择并不太受欢迎（也无利可图）。因此，我们的大部分努力都集中在二氧化碳离开电厂之前将其捕获。
此类碳捕集过程通常使用含胺溶液（一种氨的衍生物）与二氧化碳结合，阻止其进入大气。但这类溶液的问题在于，之后还必须将胺与二氧化碳分离，这样胺才能重复使用，二氧化碳也能得到安全储存。遗憾的是，这一过程会消耗约30%的电厂发电量。即使这一过程变得更加高效，仍会造成能源损耗，且不会带来任何收益——除了让地球环境更健康。
Betar Gallant及其研究团队近期在《Joule》上发表的一篇文章提出了一种更有吸引力的替代方案：与其将二氧化碳封存于地下深处，何不以清洁的方式利用它来产生更多能源？
打造更好的电池
电池系统由三个主要部分组成：提供电子的正极、接收电子的负极，以及一种电解质，即一种在正极和负极之间传导电流的物质。研究人员此前曾想到将二氧化碳用作电解质的组成部分，但总会遇到难题。二氧化碳的反应性很低，需要较高电压才能导电，因此用于电池时效率过低。其他研究曾在二氧化碳基电解质中加入金属催化剂以提高其反应性，但这些金属价格昂贵，而且反应不易控制。
Gallant及其团队的创新正是在此发挥作用。他们借鉴碳捕集过程中的同一方法，制成二氧化碳基电解质及配套电池系统，其电压可与现代锂气电池相媲美。具体而言，他们将二氧化碳气体与胺基溶液结合，使气体转化为液体。
在这一系统中，负极由锂制成，正极由碳制成。当二氧化碳基电解质与碳正极发生反应时，胺从二氧化碳中分离出来，而二氧化碳衍生化合物则在正极上积聚。简而言之，该电池系统既消耗二氧化碳来发电，也产生可再次吸收二氧化碳的再生胺。
理论上，这一系统可以安装在电厂中，持续输入原本会排入大气的二氧化碳气体。与传统碳捕集过程一样，胺溶液会与二氧化碳气体结合，之后则可输入这一电池系统，充当电解质。随着电化学反应进行，二氧化碳衍生化合物在正极上积聚，而胺溶液可以捕集新的二氧化碳气体，从而使这一过程循环进行。
这一方法既绕过了传统碳捕集过程中分离胺和二氧化碳的昂贵步骤，也制成了迄今更可持续、更实用的二氧化碳电池。
接下来会怎样？
尽管这项成果令人振奋，但要记住，它仍是一项概念验证。理论上，这种系统可以部署在电厂中。但研究人员构建的系统可充放电次数有限，大约经过10次充放电循环后便开始失效。相比之下，大多数锂离子电池——也就是智能手机中使用的那种——预计可持续约500次循环。
研究人员告诉《MIT News》，锂二氧化碳电池距离应用于电厂和其他产生二氧化碳的设施“还需要数年时间”。研究人员表示：“未来的挑战包括开发胺转化率更高的系统，以实现近乎连续运行或延长循环寿命，并提高高功率下可实现的容量。”
要让这类电池成为现实，仍有许多工作要做，但Gallant及其团队提出了一项重要见解，这离不开创造性、跨学科的思考。这种概念验证电池首次将用于捕集碳的胺应用于电池系统；如果未来研究能取得类似的飞跃，我们很快就能拥有由温室气体驱动的电池。
