Сотрудники кафедры физической химии химического факультета МГУ имени М.В. Ломоносова использовали в качестве электродного материала для суперконденсаторов активированный уголь, выделенный из отходов производства риса. Работа показывает, как рационально использовать сельскохозяйственные отходы для снижения вредного воздействия на окружающую среду и одновременно создавать высокоэффективные устройства хранения энергии. Исследование опубликовано в издании Journal of Energy Storage.
Рис – один из наиболее важных пищевых продуктов в мире. Его выращивают в сотне стран, а ежегодное производство риса-сырца превышает 700 миллионов тонн. Постоянный рост сельскохозяйственного производства неизбежно приводит к усилению негативного воздействия на окружающую среду. В частности, в процессе переработки риса образуются многотоннажные отходы в виде шелухи и соломы.
«Одним из распространённых способов переработки отходов является их контролируемое сжигание, – рассказала соавтор работы, старший научный сотрудник НИЛ катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии химического факультета МГУ Екатерина Архипова. – Как правило, полученную в результате золу далее не перерабатывают, а утилизируют в специально созданных отвалах. Разумеется, это сопровождается финансовыми затратами, а также вызывает существенные экологические проблемы».
Золу можно использовать как ценный источник для получения аморфного кремнезёма и углей. Угли – перспективные электродные материалы в устройствах хранения и преобразования энергии. Например, в суперконденсаторах, принцип действия которых основан на накоплении электростатических зарядов на электродах и протекании электрохимических реакций.
«Суперконденсатор состоит из двух электродов, разделенных сепаратором и пропитанных раствором электролита, – пояснила Екатерина Архипова. – В качестве электродных материалов используют различные углеродные наноматериалы, проводящие полимеры, оксиды переходных металлов и др. Как правило, синтез таких структур требует дорогого оборудования и реагентов. Использование в данном исследовании активированных углей, полученных в две стадии из золы рисовой шелухи, позволяет упростить способ получения электродного материала и снизить его стоимость, а также существенно уменьшить нагрузку на окружающую среду».
Активированный уголь широко используется при производстве электродов суперконденсаторов благодаря его безопасности, низкой стоимости и высокой удельной площади поверхности, которая обеспечивает наилучшую адсорбцию ионов электролита на электроде в процессе зарядки. Дополнительная модификация поверхности этих углей позволяет адаптировать полученный материал к разным задачам.
Екатерина Архипова, старший научный сотрудник НИЛ катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии химического факультета МГУ
«Мы также предложили наиболее оптимальный состав электролита для использования с электродами на основе активированных углей, полученных из золы рисовой шелухи, – рассказала Екатерина Архипова. – При этом удалось повысить удельную емкость в несколько раз».
В будущих исследованиях авторы планируют модифицировать поверхность полученных активированных углей различными функциональными группами, которые позволят существенно улучшить ёмкостные параметры электродного материала и, следовательно, повысить величину удельной энергии, запасаемой суперконденсатором.
Исследование проведено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента РФ в рамках стипендии Президента РФ.
Фото: Юлия Чернова/пресс-служба химического факультета МГУ
Информация и фото предоставлены пресс-службой МГУ
