Группа ученых из МГУ им. М.В. Ломоносова и Сколтеха опубликовали исследование в журнале Batteries, в котором рассказали о создании из ядовитого борщевика Сосновского высококачественный анодный материал для натрий-ионных аккумуляторов. Полученный материал станет дешевой заменой литий-ионным батареям. Правда, в виду большего объема его актуальнее использовать на солнечных и ветряных электростанциях.
-Мы подумали, а не было бы забавно взять что-то такое противное и нежелательное, как борщевик, и сделать из него что-то полезное, — рассказала соавтор исследования из МГУ им. М.В. Ломоносова Зоя Бобылева. — Преимущество твердых углеродных материалов, используемых в анодах натрий-ионных аккумуляторов, заключается в том, что их можно сделать из биомассы практически любого происхождения. Никто раньше не рассматривал борщевик. Но получилось довольно неплохо.
Натрий-ионные батареи представляют собой альтернативную технологию хранения энергии, в которой не используется дефицитный и дорогой литий.
— На сегодняшний день твердый углерод предлагает наилучшее сочетание свойств для анода натрий-ионного аккумулятора, — отметил руководитель исследовательской группы, профессор Сколтеха и МГУ Евгений Антипов. — Это аморфная форма углерода, которая не превращается в графит даже при воздействии очень высоких температур. В отличие от графита, его структура может вмещать ионы натрия. и высвобождать их в течение многих циклов, что имеет решающее значение для работы батареи, и при зарядке существенно не увеличивается в размерах, дешев, достаточно легко синтезируется и утилизируется и не создает значительной пожароопасности. Ключевыми показателями здесь являются кулоновская эффективность и емкость накопления энергии.
Твердый углерод, произведенный исследовательской группой, показал кулоновскую эффективность 87%, что соответствует лучшим опубликованным результатам для твердого углерода, синтезированного из альтернативного сырья. Однако емкость хранения энергии, которой удалось добиться пока составляет лишь 260 мАч/г.
Как отмечают ученые, материал, созданный из борщевика, собранного в летний период, обладает лучшими характеристиками.
Команда исследователей апробировала сразу несколько технологий синтеза твердого углерода. Однако наиболее эффективной, приведшей к наилучшему кулоновскому КПД, оказалась термообработка: биомассу борщевика кипятят в воде в закрытом реакторе, и, таким образом, получаются очень маленькие углеродосодержащие шарики.
— Спрос на перезаряжаемые аккумуляторы будет продолжать расти, — подчеркнул соавтор исследования, руководитель Центра энергетических наук и технологий Сколтеха, профессор Артем Абакумов. — А когда речь идет о стационарных батареях, развернутых на промышленных объектах и в производстве возобновляемой энергии для выравнивания колебаний доступной солнечной или ветровой энергии, натрий-ионная технология представляется очень перспективной. Батареи будут намного дешевле, и хотя они могут быть тяжелее и громоздче, это не будет большой проблемой для соответствующих приложений.
Отметим, что борщевик Сосновского — инвазивное растение, вызывающее сильные ожоги кожи. Первоначально завезенный в центральную Россию с Кавказа в качестве экспериментальной кормовой культуры, он быстро вышел из-под контроля и, по прогнозам исследователей Сколтеха, к середине XXI века грозит распространиться по всей европейской части страны.