Ученые создают материалы для суперконденсаторов из скорлупы кедрового ореха

Углеродные материалы для электродов суперконденсаторов создают из скорлупы кедрового ореха ученые отдела нетрадиционных каталитических процессов и Инжинирингового центра Института катализа (ИК) СО РАН, 20 марта сообщила пресс-служба института. Суперконденсатором (иначе ионистором) называют устройство со временем полной зарядки 10–20 секунд, выдерживающее сотни тысяч циклов заряда-разряда, в отличие от литий-ионных аккумуляторов.

Ионисторы применяют в источниках бесперебойного питания, альтернативной энергетике, электротранспорте и космической отрасли. Эксплуатационные параметры суперконденсаторов в значительной мере зависят от структуры материалов их электродов. Так, для получения высокой плотности запасаемой энергии необходима большая удельная площадь поверхности материала электродов. Поэтому в настоящее время электроды производят из активированных углеродных материалов с высокопористой структурой. Сотрудники отдела нетрадиционных каталитических процессов Института катализа СО РАН провели анализ таких перспективных материалов и способов их получения. Результаты они представили в статье «Современный прогресс в синтезе пористых углеродов из биомассы и их применении для суперконденсаторов на основе органических электролитов и ионных жидкостей», опубликованной в Journal of Energy Storage. Специалисты ИК СО РАН в качестве исходного сырья для таких углеродных материалов взяли скорлупу кедрового ореха, заготавливаемого в России в промышленных масштабах. Старший научный сотрудник Инжинирингового центра ИК СО РАН к. х. н. Пётр Елецкий пояснил сделанный исследователями выбор: «Скорлупа орехов обладает повышенной плотностью, которая в определенной мере передается конечному продукту. Чтобы достигнуть высоких энергоемкостных показателей на единицу объема суперконденсатора, материал электрода должен быть плотным и с высокой удельной площадью поверхности. Чем плотнее материал, тем меньший объем он занимает, а большая поверхность обеспечивает высокую емкость». Сам процесс получения активированного угля состоит из следующих стадий: сначала скорлупу кедрового ореха измельчают и карбонизируют в кипящем слое катализатора. Затем полученный биоуголь смешивают с раствором щелочи и обрабатывают при температуре 600–1000 °С, отмывают и сушат, рассказали исследователи. Ученым удалось достичь максимальной удельной площади поверхности таких углей в 2200 кв. м на грамм. Тестирование нового материала для суперконденсаторов, изготавливаемого в Инжиниринговом центре ИК РАН, проводят в молодежной лаборатории композитных материалов для электроники НОЦ «Институт химических технологий ИК СО РАН-НГУ». Завлабораторией Марина Лебедева рассказала: «Из полученного углеродного материала мы формируем тонкие таблетки, которые запрессовываем в металлические корпуса плоских батареек. Это позволяет тестировать материалы в условиях, максимально приближенных к реальным». Проведенные исследователями испытания подтверждают перспективность применения активированных углей из скорлупы кедрового ореха в качестве электродов ионисторов. Ученые намерены оптимизировать процесс синтеза активированного угля, чтобы добиться таких свойств электродов, которые обеспечат суперконденсатору максимально возможную энергоемкость. Следующим шагом ученых станет создание в ИК РАН прототипа мощного ионистора.