据膜分离技术交流微信公众平台2017年2月13日讯 将二氧化碳气体溶入水中，可以用电化学系统将化学势能转变为电能。这种传统的方法虽然能够发电，但是能量密度很低，还需要昂贵的离子交换膜。近日，宾夕法尼亚州立大学的研究人员发明了一种新的方法来捕捉溶于水中二氧化碳电能的方式，这种新型的pH梯度液流电池（the pH-gradient flow cell）解决了上述问题，在非选择性离子交换膜的两侧隔室的缓冲液中分别通入空气和二氧化碳气体，形成基于pH的电极电势差，从而产生电力，经测试平均功率密度可达0.82 W/m2，是使用以前方法的近200倍。相关研究成果《A pH-Gradient Flow Cell for Converting Waste CO2 into Electricity》发表在Environmental Science & Technology Letters上。（DOI: 10.1021/acs.estlett.6b00467）
　　作为全球变暖的罪魁祸首，每年的二氧化碳排放量约为1570 TWh。而在解决过程中最昂贵的方式就是通过催化过程将二氧化碳转变为燃料。以前的研究工作发现，当在被离子交换膜分隔的燃料电池两个隔室中通入溶解的二氧化碳和工业碱废水时，在矿化二氧化碳时能够在膜之间形成电压，功率密度约为5.5 W/m2，但是此过程需要加入化学品，如氮气、氢气和氢氧化钙等，限制了通用操作。当然也可以在不加化学品的条件下利用二氧化碳发电，例如在两侧的溶液中创造出不同的pH值或者重碳酸盐浓度。但是这种方法具有一定的局限性限制了实际应用，一是报道中的能量密度很低，只有0.0045W/m2；第二，它需要用到昂贵的离子交换膜。因此需要一种能够提高能量密度和降低材料费用的方法，来实现经济的转化。

　　该课题组用二氧化锰材料作为电极（二氧化锰以前作为催化剂，用于超级电容器的能量储存设备中，也是一种在盐度梯度能源科技中的电极材料，以前没有报道将二氧化锰电极应用于pH依赖型的电极势能中），被一个便宜的、非选择性的离子膜分离，液流电池的两边装有碳酸氢钠缓冲溶液，一边通入二氧化碳气体，一边通入空气。空气注入的一侧pH为9.4，二氧化碳注入的一侧pH为7.7，从而形成pH梯度，两个电极之间的电压差为0.196±0.001V，最佳条件下平均的能量密度为0.82W/m2，几乎是以前报道的200倍。

　　这个数值和那些用盐度差技术、相似电池结构来通过海水和河水制备电力的数值差不多。和其它用二氧化碳的燃料电池系统（1～10kW/m2）相比，能量密度相对较低，有两个原因，一是燃料电池系统还需要其它的高能量的燃料，如氢气，提高的温度也能提高电势能；二是燃料电池技术远比目前这种发展成熟，此种技术还需要发展和优化。
　　此种方法的优势在于材料便宜，并且能在室温操作。尽管在大规模使用时是否经济还不明朗，但是目前的数据还是挺让人期待的。通讯作者Christopher A. Gorski在接受Phys.org网站采访时表示正在寻找优化溶液条件的方法，从而能够制备出更大的能量。也还在研究是否能够在水中溶解化学物，能够有pH依赖型氧化还原性能，从而提高回收能量的总量。