Московские ученые создали из борщевика материал для батарей

Исследователи из Московского государственного университета им. Ломоносова и Сколтеха создали из борщевика высококачественный углеродный материал для анодов натрий-ионных батарей. Разработка проводилась согласно целям нацпроекта «Наука и университеты».

По мере совершенствования материалов этот инновационный вид аккумуляторов может заменить более дорогие литий-ионные накопители энергии на солнечных и ветрогенераторах и помочь в других применениях, где компактность не играет определяющую роль. Работа опубликована в журнале Batteries.

Изготовленный учеными из МГУ и Сколтеха твердый углерод из борщевика продемонстрировал кулоновскую эффективность 87%, что ставит его в один ряд с лучшими материалами этого класса, полученными из другого сырья. По второму ключевому показателю, удельной емкости, он уступает материалам-лидерам — 260 против 300 мАч/г, — но в целом конкурентоспособен.

«Если быть точнее, то мы рассмотрели отдельно зимний борщевик, который проще собрать, и более зловредный летний борщевик, который цветет и пахнет. Но надо сказать, что именно из летних образцов получился материал с более высокой кулоновской эффективностью, а этот показатель — слабое место анодов из твердого углерода, поэтому мы именно на нем сконцентрировались в своем исследовании. Что касается удельной емкости, вероятно, мы сможем ее повысить в будущем», — отметила соавтор статьи Зоя Бобылева.

Коллектив протестировал три популярных подхода к синтезу твердого углерода. Сначала борщевиковую биомассу подвергли прямой карбонизации, то есть нагреву до 1300°C в бескислородной атмосфере. Потом синтез повторили, но с предварительной промывкой сырья кислотами для удаления металлических и иных примесей — в результате кулоновская эффективность материала повысилась. Также борщевик сварили в закрытом реакторе с водой, что позволило получить углеродосодержащие сферы очень малого размера. Удельная емкость материала во всех трех случаях получалась сходной, а наивысшая кулоновская эффективность достигается во втором случае.

Согласно целям национального проекта «Наука и университеты», Россия должна войти в пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях. Нацпроекты, инициированные президентом РФ Владимиром Путиным, стартовали в 2019 году.