Исследователи из Сахалинского государственного университета, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и Дальневосточного федерального университета провели работу по использованию биоугля, полученного из морских растений, в качестве материала для отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов.
В ходе исследования были получены биоугли из красной водоросли Ahnfeltia и морских трав Zostera и Ruppia, произрастающих в лагунах Охотского моря на острове Сахалин. Эти биоугли были получены путем поэтапного пиролиза при температурах 500 и 700 °C. Было установлено, что характеристики биоуглей, такие как элементный состав, удельная поверхность и распределение частиц по размеру, зависят как от типа используемого биологического сырья, так и от температуры пиролиза.
Так, содержание углерода в биоугле из Ahnfeltia tobuchiensis достигает 79,9% при пиролизе при 700°C (AT700). Это самый высокий показатель среди исследованных образцов. Содержание азота в биоугле из красно водоросли составляет около 5,5-5,8%. Это также максимальное значение по сравнению с другими водорослями и морскими травами. Высокое содержание углерода и азота в биоугле из Ahnfeltia tobuchiensis обусловлено уникальным химическим составом самой водоросли. Она относится к красным водорослям и содержит значительное количество углеродных и азотсодержащих соединений. Микроструктура биоугля из характеризуется развитой пористостью и присутствием большого количества микропор. Это способствует высокой удельной поверхности материала.
Таким образом, биоуголь, полученный из Ahnfeltia tobuchiensis, обладает оптимальным сочетанием высокого содержания углерода и азота, а также развитой пористой структурой, делающие его перспективным материалом для использования в качестве отрицательного электрода литий-ионных аккумуляторов.
Основной целью работы было исследование потенциала использования этих биоуглей в качестве материалов для отрицательных электродов литий-ионных аккумуляторов. Наиболее высокие характеристики показал биоуголь, полученный из водоросли Ahnfeltia tobuchiensis при 700 °C - он продемонстрировал обратимую емкость 391 мАч/г в первых циклах, а после 25 циклов зарядки-разрядки сохранял стабильность на уровне около 300 мАч/г.
"Результаты этого исследования демонстрируют значительный потенциал использования биоуглей из морских растений для улучшения характеристик литий-ионных аккумуляторов. Разработка таких экологически чистых и возобновляемых материалов для электродов является важным шагом на пути к созданию более устойчивых источников энергии," - отметил заведующий лабораторией электрохимических источников для возобновляемой энергетики СахГУ, кандидат химических наук Олег Шичалин.
Результаты исследования свидетельствуют о перспективах использования биоуглей, полученных из морских растений, в качестве эффективных материалов для электродов литий-ионных аккумуляторов. Дальнейшая оптимизация условий пиролиза может способствовать разработке электродов на основе биоугля с улучшенными емкостными и циклическими характеристиками, что будет способствовать развитию экологичных и устойчивых систем хранения энергии.