Из морских водорослей и растений: российские учёные получили биоуголь для литийионных аккумуляторов

Российские учёные получили биоуголь из разных видов морских водорослей и растений — такой материал хорошо применим в литийионных аккумуляторах. Химики изучили свойства полученных углей и выявили самый эффективный — он был получен из красных водорослей. По словам авторов работы, такие материалы позволят снизить нагрузку на экологию и климат при производстве аккумуляторов.

• Литийионные аккумуляторы
• РИА Новости
• © Владимир Астапкович

Российские учёные из Сахалинского государственного университета, Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН и Дальневосточного федерального университета разработали материал для накопителей энергии из морских растений и водорослей. Об этом RT сообщили в Минобрнауки России.

Авторы работы получили биоуголь из разных видов морской флоры путём пиролиза (бескислородного обжига) при высоких температурах. Такие угли могут быть использованы как анод в литийионных аккумуляторах. Это экологичные материалы природного происхождения, которые не будут загрязнять окружающую среду при производстве и утилизации батарей, отмечают химики. 

Напомним, благодаря своим химическим свойствам уголь может применяться в качестве анода аккумуляторов. Эффективность такого материала во многом зависит от состава исходного сырья — растения, из которого был получен уголь.

Учёные получили биоуголь из красной водоросли Ahnfeltia и морских трав Zostera и Ruppia, произрастающих в лагунах Охотского моря на острове Сахалин. Для этого был применён поэтапный пиролиз — растения и водоросли подвергались высоким температурам — 500 °C и 700 °C без присутствия кислорода. Опыты показали, что температура, при которой проводилась обработка, тоже влияет на качества конечного материала: химический состав, распределение химических элементов по общему объёму и т. д.

Лучший уголь был получен в результате пиролиза красных водорослей Ahnfeltia tobuchiensis при температуре 700 °C. В таком биоугле содержание углерода достигает почти 80%, азота — около 6%. Также этот материал отличается высокой пористостью, а значит, имеет большую удельную поверхность — это важное качество для электрода. Всё это делает уголь из красных водорослей перспективным материалом для зелёной энергетики, отмечают авторы работы.

• Красные водоросли Ahnfeltia tobuchiensis
• © «Атлас массовых видов водорослей и морских трав Дальнего Востока»

Учёные испытали качества угля в лабораторных экспериментах. Он продемонстрировал обратимую ёмкость 391 мАч/г в первых циклах зарядки и разрядки аккумулятора, а после 25 циклов сохранял стабильность на уровне около 300 мАч/г. Как пояснили авторы работы, это очень высокие показатели производительности. Для сравнения: традиционные анодные материалы на основе графита обычно имеют обратимую ёмкость в диапазоне 300—360 мАч/г.

Опыты показали, что биоуголь из морских водорослей — перспективный материал для зелёных и устойчивых источников энергии. Его использование позволит создавать ёмкие и долговечные литийионные аккумуляторы с меньшим воздействием на окружающую среду, отметили авторы работы.

«Результаты этого исследования демонстрируют значительный потенциал использования биоуглей из морских растений для улучшения характеристик литийионных аккумуляторов. Разработка таких экологически чистых и возобновляемых материалов для электродов является важным шагом на пути к созданию более устойчивых источников энергии», — пояснил в комментарии RT заведующий лабораторией электрохимических источников для возобновляемой энергетики СахГУ кандидат химических наук Олег Шичалин.

Источник