«Зловещий сорняк» в аккумуляторах: ученые НИТУ «МИСиС» опробовали борщевик в качестве электрода суперконденсатора

    Борщевик, разросшийся на огромных территориях России, теоретически может быть использован в качестве материала для аккумуляторов. Ученые из НИТУ «МИСиС» исследовали возможности волокнистых веществ в стеблях растения. Из них изготовили электроды — элементы устройств, способных накапливать энергию. Опытным путем было доказано, что емкость устройств, работающих «на борщевике», принципиально не отличается от емкости, показываемой более традиционными материалами.

    image

    Cуперконденсаторы (СК), как всем известно, представляют собой устройства для накопления энергии. От традиционных аккумуляторных батарей они выгодно отличаются высокой мощностью, длительным сроком хранения и продолжительным сроком службы. Такие свойства отчасти объясняются тем, что в качестве материала электрода выступают активированные углероды с высокоразвитой пористой поверхностью. Эти поры обеспечивают рост площади электродов, от чего напрямую зависит и максимальный объем накопленного заряда.

    Сейчас ученые разных стран активно экспериментируют, стараясь получить углеродные материалы для СК из различного растительного сырья, особенно из отходов сельскохозяйственного производства — из оболочек кокосовых, миндальных и грецких орехов, шелухи, остающейся после переработки зерновых культур и т.п.

    Исследователи из НИТУ «МИСиС» попробовали использовать в этом качестве стебли пресловутого борщевика — того самого «зловещего сорняка», который, по словам журналистов, вскоре поработит всю планету. Эти стебли состоят из твердой коры и мягкого внутреннего сердечника, похожего на губку, образующую разнообразную пористую структуру. Такая конструкция могла оказаться эффективна для использования углеродного материала в качестве основы электродов для СК.

    Чтобы превратить стебли борщевика в подходящий материал, необходимо было найти оптимальную технологию их обработки.

    image

    Из сухих стеблей борщевика нарезали бруски длиной около сантиметра. Затем для удаления различных неорганических соединений, которые содержатся в стеблях, обработали их соляной кислотой, промыли и высушили. Для получения углеродного материала измельченные стебли борщевика насытили углекислым газом при температуре 400°С. На следующей стадии полученный материал смешали с гидроксидом калия и провели его активацию, то есть открыли образовавшиеся поры в атмосфере аргона при различных температурах.

    Обработка исходного углеродного материала при температуре 900°С привела к образованию поверхности с большим количеством пор размером 2–4 нм.

    — Основной параметр работы суперконденсатора — емкость, то есть мера способности накапливать электрический заряд, — пояснил доцент кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин. — Полученная на стеблях борщевика емкость находится на таком же уровне, как и у других тестируемых материалов. Разумеется, при использовании, например, графена, она будет выше. Однако само по себе использование отходов растительного сырья для производства активного углерода — безусловный мировой тренд. С этой стороны эта работа заслуживает интереса.

    image

    Конечно же, не стоит относится к этому исследованию слишком серьезно — борщевик был лишь одним из тестируемых материалов, и попал в эту группу исключительно чтобы уточнить потенциал растений с подобной структурой. Как подчеркнул руководитель работ, заведующий кафедрой физической химии НИТУ «МИСиС» профессор Михаил Астахов, до промышленного применения стеблей борщевика для производства электродов дело вряд ли когда-нибудь дойдет, так как игра не будет стоить свеч. Для получения сырья придется ездить по стране, вырубая поля борщевика, и транспортируя добычу на предприятие, ведь создавать посевные площади под сорняк неразумно. К тому же рано или поздно запасы «дикого» борщевика иссякнут, и созданная для его переработки технология станет просто никому не нужна.

    Разве что только борщевик действительно нас всех поработит.

    Тогда да. Тогда открываются перспективы.
    НИТУ «МИСиС»
    Образование и наука

    Комментарии 19

      +1

      То есть взяли некий пористый материал, наполнили его углеродом и пережгли — получился пористый графитовый электрод. Борщевик тут как пример, не более, так же легко можно было бы ИМХО пережечь лыко, пробку, полынь или сено.

        +2
        Борщевик тут как мусорное, крайне агрессивное, быстрорастущее и живучее растение, которое вполне можно и нужно утилизировать любыми средствами.
        Для лыка, пробки, полыни или сена есть более полезные применения.
          0
          Борщевик тут как мусорное, крайне агрессивное, быстрорастущее и живучее растение, которое вполне можно и нужно утилизировать любыми средствами.
          Для лыка, пробки, полыни или сена есть более полезные применения.


          Собрать же надо.
          Сена проще набрать много.
            0
            Интересно, к чему это скорее приведёт, к истреблению мусорного растения, или наоборот к увеличению посадок борщевика. Его же изначально завезли тоже для определённой цели. Ну и во дворах, газонах, и полях, засеянных другими культурами вряд ли будут его собирать для промышленного производства — неудобно, долго, малоэффективно.
              0
              Его не завозили. Это отечественное детище. Борщевик Сосновского. В Сибири тоже растет борщевик, но дикий и не ядовитый.
                +1
                Естественные места произрастания борщевика Сосновского — Центральный и Восточный Кавказ, Закавказье и Турция, где он растёт в горных лесах и на субальпийских лугах.

                В связи с попыткой его промышленно культивировать (для корма животным) получил распространение как сейчас.
            +5
            Борьщевик неплохо раскручен и будет лучше продаваться в отличии от пробки и лыка.
              +10
              «Советские ученые работают над процессом изготовления сливочного масла из говна. Продукт уже хорошо мажется на хлеб, однако пока есть еще много что улучшить» (с).
                +1
                И современные учёные похоже в этом преуспели.
              +1

              Иллюстрация из статьи 2017 года о начале производства суперконденсаторов:
              https://m.habr.com/ru/company/0/blog/370591/


              В связи с чем хочется спросить что там за два года то получилось? Как производство?

                0
                Если коротко — производят вовсю, довольно много заказчиков, как из ВПК, так и гражданские. Есть интерес по закупкам из Индии. Конкретику обещали прислать завтра.
                  0

                  В 2017 сообществом было задано множество вопросов про ТТХ, цены и т.д. Нам всё ещё это интересно.

                  +1
                  И еще раз здравствуйте. Из ТЭЭМП прислали ответ на ваш вопрос.
                  ____________________
                  Компания ТЭЭМП занимается выпуском симметричных суперконденсаторов на основе органического электролита с 2017 года. За время работы было разработано и доведено до стадии серийного продукта около 60 различных типов модулей различного назначения. Так же разработаны и поставлены заказчикам системы на основе модулей суперконденсаторов, включая системы мегаваттной мощности.
                  На данный момент основным гражданским применением модулей являются бортовые импульсные накопители энергии: пусковые системы и системы Старт/стоп для локомотивов РЖД. Так же продукция ТЭЭМП активно внедряется в серийные отечественные автомобили как дополнение к уже имеющемуся аккумулятору. ТЭЭМП имеет стабильный портфель заказов на импульсные накопители.
                  Так же ТЭЭМП поставляет накопители энергии для гибридных трансмиссий колесного общественного транспорта, например накопитель с рабочим напряжением 900В, используемый в автобусе Белкомунмаш( bkm.by/en/catalog/elektrobusy ). Автобусы уже 2 года эксплуатируются и показывают значимый экономический эффект от применения модулей ТЭЭМП.
                  ТЭЭМП продолжает стратегическое сотрудничество с НИТУ МИСиС и другими научно-техническими центрами. Успешно разработаны и внедрены в серийное производство арктические исполнения модулей обеспечивающие гарантированную работоспособность при температурах до -60 градусов. Данная разработка была отмечена «Премией правительства Москвы для молодых ученых».
                  Разработаны специальные электрохимические системы для работы в условиях тропических температур.
                  Совместно с кафедрой физической химии НИТУ МИСиС отработана оригинальная универсальная технология получения активных углеродных материалов из растительного сырья, исключающая использование опасных веществ. Технология позволяет получать активные материалы из отечественного возобновляемого сырья с высокими удельными характеристиками, что обеспечивает импортозамещение и снижение себестоимости продукции.

                  Поставлены стационарные накопители для систем безопасности итальянских железных дорог. Данная система была построена на уникальных для индустрии 300В модулях. Успешно продолжается взаимодействие с нашими Индийскими и Корейскими партнерами в области бортовых накопителей гибридного колесного транспорта.
                  Касаемо стоимости лучше обращаться с запросами в производство.
                  0
                  Что ж, теперь после восстания машин армия Фёдоров пойдёт заготавливать борщевик, а не консервировать мясных мешков…
                    0
                    В общем, сказка о том, как мужик из топора щи сварил.
                      +1
                      Почему сказка? в статье четко указано что это эксперимент с сырьем для производства электродов. Могло быть что-то другое. Раз на корм скотине идет мало, можно придумать куда ещё пристроить.
                        0
                        У меня ключевое не «сказка», а сама аналогия. Топор не был обязательным ингредиентом по рецепту, если помните сказку.
                      0
                      Ну а что, раньше преступников отправляли на «химию», теперь будут отправлять на заготовку борщевика.
                        0
                        А смысл? Что б его еще и выращивать начали?

                        Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                        Самое читаемое