政大大學報

融舊技術促效能轉換 二氧化碳電池新突破

2019/10/17 16:05:48

【記者阮珮慈綜合報導】溫室氣體導致全球暖化情況日益嚴重,其中,二氧化碳佔比26%,各界不停呼籲有關工業減少廢氣排放,卻遲遲沒有顯著成效。有鑑於此,國立雲林科技大學學生曾博仁、國立中央大學學生曾博彥以及中國醫藥大學學生劉恩慈,在雲科大環境與安全衛生工程系教授郭昭吟的指導下,研發出「捕集空氣中二氧化碳發電的電池」,直接將空氣中的二氧化碳轉換為電能,獲得2019台灣潔能科技創意實作競賽大專儲能應用組金牌。

曾博仁、曾博彥、劉恩慈發明「捕集空氣中二氧化碳發電的電池」,獲得2019台灣潔能科技創意實作競賽獲得金牌獎。 圖/曾博仁提供

 

與傳統的二氧化碳燃料電池作比較,曾博仁解釋,以往的二氧化碳燃料電池,因為無法取得高濃度二氧化碳氣體,需要額外蒐集二氧化碳氣體使用,過程較繁瑣且蒐集之氣體濃度低,導致該類電池無法廣泛運用。他強調,「往往沒有人考慮到直接把空氣中的溫室氣體拿來產電。」本次研發跳脫過往思維,直接蒐集空氣中的二氧化碳轉換為電能,成本設備低,產能效率高且穩定。

 

圖為捕集空氣中二氧化碳發電的電池全貌,(1) 太陽能板、(2) 溫度計、(3) 玻璃真空集熱管、(4) 鋁/CO2燃料電池、(5) 吸氣幫浦開關、(6) 加熱脫附CO2輸送管。圖/曾博仁提供

 

「主要是希望能完成一個不僅能節能減碳,甚至能以二氧化碳發電的電池。」曾博仁表示,本次參賽作品從今年四月開始發想,耗時半年於本次競賽中首次亮相。「捕集空氣中二氧化碳發電的電池」先運用幫浦將空氣灌入設有活性炭的管柱中,讓活性炭吸附(註一)其中的二氧化碳,再利用太陽能真空集熱管加熱進行熱脫附(註二),此時脫附的二氧化碳氣體濃度高,可直接作為二氧化碳燃料電池的發電源。

 

註1:活性炭吸附,該發明運用活性炭進行物理吸附,吸附過程中物質不會改變二氧化碳原來的性質,因此吸附力小,被吸附的物質很容易再脫離,以此發明為例,只要升高溫度,就可以使被吸附的氣體逐出活性炭表面。

註2:熱脫附,該發明運用太陽能加熱,使被吸附的氣體離開活性碳表面,脫離的過程叫做脫附。

 

 

「活性炭吸附二氧化碳、太陽能熱脫附以及二氧化碳燃料電池的原理早就出現,但鮮少被利用」曾博仁補充,這次發明的特色之一,就是在低成本的情況下,將三項科學原理結合,創造出可以直接捕集空氣中二氧化碳的綠能電池。長期鑽研各種能源知識的東尼能源小教室認為,此發明能夠同時做到減碳和發電,設備成本也在經濟合理範圍內,十分難能可貴。

 

東尼能源小教室更指出,「綠能,毫無疑問是通往未來的唯一道路。」如何同時達到乾淨、效率、經濟和穩定等特點,是綠能發展的首重課題。郭昭吟期望,「二氧化碳電池在未來的應用上,主要是希望能利用於像是煙囪、排氣管等二氧化碳濃度較高的排放處」他認為如此可以同時產電並消耗空氣中二氧化碳。

 

玻璃真空集熱管前端設有溫度計,只要在戶外曝曬20到30分鐘,溫度就能超過攝氏100度。一小時之後,電池就可以充飽電。 圖/曾博仁提供

 

該電池目前透過外接傳輸線,可提供充飽手機兩次的電量,電量耗費完後用幫浦將空氣灌入電池中,再予以太陽曝曬一小時即可充飽。團隊未來也將朝結合鋰電池、輕型電器電池和電動汽機車電池研究,期望可以將該電池廣泛運用在日常生活中。