Биоуголь из морских растений как перспективный материал для отрицательных электродов

Иссле­до­ва­те­ли из Саха­лин­ско­го госу­дар­ствен­но­го уни­вер­си­те­та, Феде­раль­но­го иссле­до­ва­тель­ско­го цен­тра про­блем хими­че­ской физи­ки и меди­цин­ской химии РАН и Даль­не­во­сточ­но­го феде­раль­но­го уни­вер­си­те­та про­ве­ли рабо­ту по исполь­зо­ва­нию био­уг­ля, полу­чен­но­го из мор­ских рас­те­ний, в каче­стве мате­ри­а­ла для отри­ца­тель­ных элек­тро­дов литий-ион­ных акку­му­ля­то­ров.

В ходе иссле­до­ва­ния были полу­че­ны био­угли из крас­ной водо­рос­ли Ahnfeltia и мор­ских трав Zostera и Ruppia, про­из­рас­та­ю­щих в лагу­нах Охот­ско­го моря на ост­ро­ве Саха­лин. Эти био­угли были полу­че­ны путем поэтап­но­го пиро­ли­за при тем­пе­ра­ту­рах 500 и 700 °C. Было уста­нов­ле­но, что харак­те­ри­сти­ки био­углей, такие как эле­мент­ный состав, удель­ная поверх­ность и рас­пре­де­ле­ние частиц по раз­ме­ру, зави­сят как от типа исполь­зу­е­мо­го био­ло­ги­че­ско­го сырья, так и от тем­пе­ра­ту­ры пиро­ли­за.

Так, содер­жа­ние угле­ро­да в био­угле из Ahnfeltia tobuchiensis дости­га­ет 79,9% при пиро­ли­зе при 700°C (AT700). Это самый высо­кий пока­за­тель сре­ди иссле­до­ван­ных образ­цов. Содер­жа­ние азо­та в био­угле из крас­но водо­рос­ли состав­ля­ет око­ло 5,5–5,8%. Это так­же мак­си­маль­ное зна­че­ние по срав­не­нию с дру­ги­ми водо­рос­ля­ми и мор­ски­ми тра­ва­ми. Высо­кое содер­жа­ние угле­ро­да и азо­та в био­угле из Ahnfeltia tobuchiensis обу­слов­ле­но уни­каль­ным хими­че­ским соста­вом самой водо­рос­ли. Она отно­сит­ся к крас­ным водо­рос­лям и содер­жит зна­чи­тель­ное коли­че­ство угле­род­ных и азот­со­дер­жа­щих соеди­не­ний. Мик­ро­струк­ту­ра био­уг­ля из харак­те­ри­зу­ет­ся раз­ви­той пори­сто­стью и при­сут­стви­ем боль­шо­го коли­че­ства мик­ро­пор. Это спо­соб­ству­ет высо­кой удель­ной поверх­но­сти мате­ри­а­ла.

Таким обра­зом, био­уголь, полу­чен­ный из Ahnfeltia tobuchiensis, обла­да­ет опти­маль­ным соче­та­ни­ем высо­ко­го содер­жа­ния угле­ро­да и азо­та, а так­же раз­ви­той пори­стой струк­ту­рой, дела­ю­щие его пер­спек­тив­ным мате­ри­а­лом для исполь­зо­ва­ния в каче­стве отри­ца­тель­но­го элек­тро­да литий-ион­ных акку­му­ля­то­ров.

Основ­ной целью рабо­ты было иссле­до­ва­ние потен­ци­а­ла исполь­зо­ва­ния этих био­углей в каче­стве мате­ри­а­лов для отри­ца­тель­ных элек­тро­дов литий-ион­ных акку­му­ля­то­ров. Наи­бо­лее высо­кие харак­те­ри­сти­ки пока­зал био­уголь, полу­чен­ный из водо­рос­ли Ahnfeltia tobuchiensis при 700 °C – он про­де­мон­стри­ро­вал обра­ти­мую емкость 391 мАч/г в пер­вых цик­лах, а после 25 цик­лов заряд­ки-раз­ряд­ки сохра­нял ста­биль­ность на уровне око­ло 300 мАч/г.

«Резуль­та­ты это­го иссле­до­ва­ния демон­стри­ру­ют зна­чи­тель­ный потен­ци­ал исполь­зо­ва­ния био­углей из мор­ских рас­те­ний для улуч­ше­ния харак­те­ри­стик литий-ион­ных акку­му­ля­то­ров. Раз­ра­бот­ка таких эко­ло­ги­че­ски чистых и воз­об­нов­ля­е­мых мате­ри­а­лов для элек­тро­дов явля­ет­ся важ­ным шагом на пути к созда­нию более устой­чи­вых источ­ни­ков энер­гии,» – отме­тил заве­ду­ю­щий лабо­ра­то­ри­ей элек­тро­хи­ми­че­ских источ­ни­ков для воз­об­нов­ля­е­мой энер­ге­ти­ки СахГУ, кан­ди­дат хими­че­ских наук Олег Шича­лин.

Резуль­та­ты иссле­до­ва­ния сви­де­тель­ству­ют о пер­спек­ти­вах исполь­зо­ва­ния био­углей, полу­чен­ных из мор­ских рас­те­ний, в каче­стве эффек­тив­ных мате­ри­а­лов для элек­тро­дов литий-ион­ных акку­му­ля­то­ров. Даль­ней­шая опти­ми­за­ция усло­вий пиро­ли­за может спо­соб­ство­вать раз­ра­бот­ке элек­тро­дов на осно­ве био­уг­ля с улуч­шен­ны­ми емкост­ны­ми и цик­ли­че­ски­ми харак­те­ри­сти­ка­ми, что будет спо­соб­ство­вать раз­ви­тию эко­ло­гич­ных и устой­чи­вых систем хра­не­ния энер­гии.