Источник фото — img.7dach.ru
Натрий-ионные аккумуляторы действуют по тому же принципу, что и литий-ионные батареи, накапливая энергию за счет переноса ионов щелочного металла из материала анода (электрода, в котором движение электронов направлено от него) в материал катода (электрода, в котором движение электронов направлено к нему). При этом в анодах натрий-ионных аккумуляторов используется твердый углерод, который можно производить из любой биомассы, в том числе скорлупы орехов и отходов бумажного производства. Участники эксперимента впервые использовали для этой цели борщевик Сосновского – агрессивный сорняк, которым, по оценке Сколтеха, к середине века может зарасти вся европейская часть России.
Исследователи Сколтеха и МГУ синтезировали твердый углерод с помощью нагрева борщевиковой биомассы до 1 300 градусов Цельсия в бескислородной атмосфере (в том числе с предварительной промывкой сырья кислотами для удаления примесей), а также варки в закрытом реакторе с водой. Одним из критериев, по которым оценивался полученный твердый углерод, стала кулоновская эффективность: чем она выше, тем меньше энергии в работе анода расходуется на побочные процессы, увеличивающие износ батареи. Этот показатель в ходе эксперимента достиг 87%, что сопоставимо с эффективностью твердого углерода из других видов сырья. При этом по удельной емкости – 260 миллиампер-часов на грамм (мАч/г) – твердый углерод из борщевика уступал материалам-лидерам (300 мАч/г), но все равно оставался конкурентоспособным.
«Если быть точнее, то 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», – цитирует Сколтех в своем релизе соавтора исследования Зою Бобылёву, инженера химического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова.
Результаты эксперимента могут способствовать дальнейшему удешевлению натрий-ионных батарей, которые будут особенно востребованными в электроэнергетике, где компактность играет менее важную роль, чем в автомобилестроении.
