Российские учёные превратили зловредный борщевик в анодный материал для натрий-ионных батарей

Исследователи из МГУ и Сколтеха синтезировали из ядовитого сорняка — борщевика Сосновского высококачественный углеродный материал для анодов натрий-ионных батарей. Работа отмечена публикацией в журнале Batteries. Материал пока уступает по ряду характеристик лучшим вариантам анодов, но в перспективе утилизации «зловредного» растения в России может иметь особую важность.

Источник изображения: Павел Одинев / Сколтех

Согласно прогнозам учёных, если не бороться с борщевиком, то к середине столетия им зарастёт вся европейская часть России. Его завезли в центральную Россию с Кавказа в ходе сельскохозяйственного эксперимента, чтобы кормить скот, но идея не прижилась. А сам борщевик Сосновского не только прижился, но, за неимением достойных конкурентов, начал быстро распространяться и вытеснять другие культуры.

Строго говоря, для анодов перспективных безлитиевых натрий-ионных батарей подходит целый спектр органики, которую тем или иным способом превращают в твёрдый углерод. Использовать для этого борщевик учёные предложили как вариант, ведущий за собой сбор и утилизацию этого сорного и опасного растения.

«Мы подумали: а здорово было бы одновременно избавиться от этого гадостного сорняка и получить что-то полезное взамен, — рассказывает соавтор статьи Зоя Бобылёва из Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. — Твёрдый углерод, который используется в анодах натрий-ионных аккумуляторов, можно производить из любой биомассы: скорлупы орехов, отходов бумажного производства и проч., но вот борщевик никто ещё не пробовал. А оказалось, что он неплохо подходит».

Учёные использовали три техпроцесса для получения углеродного анода из борщевика: простой отжиг при температуре 1300 °C в бескислородной атмосфере, предварительная промывка в кислотах для вымывания металлических примесей и последующий отжиг и, наконец, отвар в закрытом реакторе с водой, что позволило получить углеродосодержащие сферы очень малого размера. Выяснилось, что удельная ёмкость материала во всех трёх случаях получалась сходной, а наивысшая кулоновская эффективность достигается во втором случае.

«Изготовленный учёными из МГУ и Сколтеха твёрдый 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 ёмкости, он уступает материалам-лидерам — 260 против 300 мА•ч/г — но в целом конкурентоспособен», — говорится в пресс-релизе Сколтеха.

В будущем учёные планируют увеличить показатель удельной ёмкости анодного материала из борщевика. По этому параметру он вряд ли догонит характеристики анодов литийсодержащих батарей, но натрий-ионные батареи любят не за высокую ёмкость в пересчёте на вес аккумулятора, а за относительную дешевизну и простоту утилизации. Возможно, и борщевику найдётся место в будущей зелёной энергетике.