Ученые из Московского госуниверситета и Сколтеха предложили неожиданное решение для борьбы с «известным» сорняком — делать батарейки из борщевика.
Как рассказала соавтор исследования Зоя Бобылева, идея состояла в том, чтобы одновременно избавиться от сорняка и сделать это выгодным с точки зрения экономики. За отправную точку взяли использование твердого углерода, который применяют в анодах натрий-ионных аккумуляторов, а получают различными способами, в т.ч. из биомассы. Но вот использовать для этого борщевик пока никто не предлагал.
Натрий-ионные аккумуляторы становятся все более популярны из-за безостановочного роста цен на литий, а с натрием такого дефицита не наблюдается. Но в таком типе батареи для создания катода и анода используются другие материалы. В Сколтехе предложили для этого твердый углерод. Этот материал представляет собой аморфную форму углерода, которая даже при сильном нагревании, не превращается в графит. В отличии от последнего, этот материал может «собирать» в себя ионы натрия и отдавать их обратно. Что важно, при этом процессе объём материала хотя и изменяется, но крайне не существенно.
Профессор Евгений Антипов из МГУ добавил, что к другим преимуществам такого анода можно отнести простоту изготовления и утилизации, а также низкую пожароопасность.
Когда сравнивают эффективность материалов для анода, используют две основные характеристики — удельную емкость и кулоновская эффективность.Что касается первого, то тут углеродные аноды проигрывают популярным сегодня кобальтиту лития или литий-феррофосфату — 260 против 300 мАч/г. Однако, это не настолько критичная разница.
А вот если смотреть на кулоновскую эффективность, то тут углерод полученный из борщевика показал эффективность в 87%. Такой высокий показатель характерен для лучших материалов, но полученных другим способом.
Зоя Бобылёва:
…мы рассмотрели отдельно зимний борщевик, который проще собрать, и более зловредный летний борщевик, который цветёт и пахнет. Но надо сказать, что именно из летних образцов получился материал с более высокой кулоновской эффективностью, а этот показатель — слабое место анодов из твёрдого углерода, поэтому мы именно на нём сконцентрировались в своём исследовании. Что касается удельной ёмкости, вероятно, мы сможем её повысить в будущем.
В производстве твердого углерода ученые использовали традиционные подходы — прямую карбонизацию (нагрев до 1300 градусов), прямую карбонизацию с предварительной промывкой (удаление примесей с использованием кислот) и использование реактора с водой.
Удельная ёмкость материала при любом способе оставалась сходной, а лучшая кулоновская эффективность была достигнута во втором случае.
Артём Абакумов, руководитель Центра энергетических технологий Сколтеха, считает, что спрос аккумуляторы будет постоянно расти. Если говорить о стационарных батареях, применяемых в промышленности или для выравнивания колебаний при использовании солнечных панелей или ветряков, то натрий-ионная технология выглядит очень перспективно. Эти батареи значительно дешевле литий-ионных, и, хотя по массе и габаритам они, конечно, проигрывают, это не всегда важно — все зависит от сферы применения.
Поэтому идея батарейки из борщевика представляет не только академический интерес, но и имеет прямое, практическое применение.
Статьи по теме: Новые песочные батареи для сохранения зеленой энергии
Использованы материалы:
https://www.mdpi.com/2313-0105/8/10/131/htm<
https://scientificrussia.ru/articles/ucenye-prevratili-borsevik-v-material-dla-batarej-v-zelenoj-energetike
