• Главная
• Новости
• Борщевик превратили в материал для батарей в зеленой энергетике

Исследователи из МГ" и Сколтеха сделали из назойливого ядовитого сорняка высококачественный углеродный материал для анодов натрий-ионных батарей.

По мере совершенствования материалов этот инновационный вид аккумуляторов может заменить более дорогие литий-ионные накопители энергии на солнечных ветрогенераторах и в других применениях, где компактность не играет определяющую роль.

Борщевик / ©Getty imagesРабота опубликована в журнале Batteries. «Мы подумали: а здорово было бы одновременно избавиться от этого гадостного сорняка и получить что-то полезное взамен, — рассказывает соавтор статьи Зоя Бобылева из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. — Твердый углерод, который используется в анодах натрий-ионных аккумуляторов, можно производить из любой биомассы: скорлупы орехов, отходов бумажного производства, но вот борщевик никто еще не пробовал.

А оказалось, что он неплохо подходит».

Борщевик Сосновского — агрессивно распространяющийся сорняк, который вдобавок вызывает ожоги.

Его завезли в центральную Россию с Кавказа в ходе сельскохозяйственного эксперимента, чтобы кормить скот, но идея не прижилась.

А сам борщевик прижился, причем так, что, согласно опубликованному весной прогнозу ученых из Сколтеха, к середине столетия им может зарасти вся европейская часть России.

Натрий-ионные батареи — альтернативная безлитиевая технология накопления энергии.

Цены на литий неуклонно растут, добывается этот металл в ограниченном числе стран, и его производство достаточно вредно для экологии.

\" натрия этих проблем нет, но чтобы перейти на него, придется заменить материалы катода и анода батареи.

Недавно в Сколтехе предложили катодный материал с рекордными характеристиками.

В этот раз другая группа исследователей из Сколтеха и МГ" получила высококачественный анодный материал — из весьма неожиданного сырья.© Пресс-служба Сколтеха«На сегодня твердый углерод обеспечивает лучшее сочетание свойств для изготовления анода натрий-ионного аккумулятора, — поясняет руководитель исследования профессор Евгений Антипов из Сколтеха и МГ". — Этот материал представляет собой аморфную форму углерода, которая даже при сильном нагреве не переходит в графит.

В отличие от графита у этого вещества такая структура, что оно может цикл за циклом внедрять в себя ионы натрия и высвобождать их обратно, что необходимо для работы аккумулятора, при этом объем материала не сильно изменяется.

Другие достоинства — сравнительная дешевизна, простота синтеза и утилизации и невысокая пожароопасность».

Две ключевые характеристики для сравнения анодных материалов — кулоновская эффективность и удельная емкость.

Чем выше первый показатель, тем меньше энергии при эксплуатации катода будет тратиться впустую на необратимые побочные процессы, которые к тому же изнашивают батарею.

Изготовленный учеными из МГ" и Сколтеха твердый углерод из борщевика продемонстрировал кулоновскую эффективность 87 процентов, что ставит его в один ряд с лучшими материалами этого класса, полученными из другого сырья.

По второму ключевому показателю, удельной емкости, он уступает материалам-лидерам — 260 против 300 мАч/г —но в целом конкурентоспособен.«Если быть точнее, то мы рассмотрели отдельно зимний борщевик, который проще собрать, и более зловредный летний борщевик, который цветет и пахнет.

Но надо сказать, что именно из летних образцов получился материал с более высокой кулоновской эффективностью, а этот показатель — слабое место анодов из твердого углерода, поэтому мы именно на нем сконцентрировались в своем исследовании.

Что касается удельной емкости, вероятно, мы сможем ее повысить в будущем», — добавила Бобылева.

Коллектив протестировал три популярных подхода к синтезу твердого углерода.

Сначала борщевиковую биомассу подвергли прямой карбонизации, то есть нагреву до 1300 градусов Цельсия в бескислородной атмосфере.

Потом синтез повторили, но с предварительной промывкой сырья кислотами для удаления металлических и иных примесей — в результате кулоновская эффективность материала повысилась.

Наконец, борщевик сварили в закрытом реакторе с водой, что позволило получить углеродосодержащие сферы очень малого размера.

\"дельная емкость материала во всех трех случаях получалась сходной, а наивысшая кулоновская эффективность достигается во втором случае.«Спрос на перезаряжаемые аккумуляторы будет расти.

Если говорить о стационарных батареях, применяемых в промышленности или для выравнивания колебаний при генерации энергии солнечными батареями и ветряками, то натрий-ионная технология выглядит очень перспективно.

Такие батареи будут значительно дешевле литий-ионных, и хотя по массе и габаритам они будут проигрывать, это не всегда важно — зависит от применения», — подытожил соавтор исследования профессор Артем Абакумов, руководитель Центра энергетических технологий Сколтеха.

Источник: ИКАР. Институт Конъюнктуры Аграрного Рынка