Центр компетенций: подведение итогов
Сегодня в нашем Центре состоялось важное мероприятие: публичный отчет за все время существование. В конференц-зале ФИЦ ПХФ и МХ РАН в Черноголовке и в онлайне собрались руководители ФИЦ, ключевые сотрудники Центра, наши индустриальные и научные партнеры, представители Фонда НТИ и руководители новых Центров компетенций, работа которых продолжит развитие нашей тематики.
Как подчеркнул представитель Фонда НТИ Арсен Гареев, опыт Центров компетенций НТИ самой первой волны, к которым относится наш Центр, очень важен для развития всей программы создания Центров компетенций.
И.о. директора ФИЦ ПХФ и МХ, член-корреспондент РАН Игорь Ломоносов отметил, что, несмотря на то, что ФИЦ в первую очередь - исследовательский центр, иметь такое мобильное и энергичное подразделение, как наш Центр компетенций, очень важно.
Бывший руководитель (а ныне - научный руководитель) Центра компетенций Юрий Добровольский подчеркнул, что работы Центра стали основой развития всей отрасли в стране.
Руководитель нашего главного индустриального партнера, ГК «ИнЭнерджи» Алексей Кашин сказал, что для для ГК Центр сыграл краеугольную функцию: все те работы, которые велись Центром, ложатся в основу продуктов компании, и совместная работа «ИнЭнерджи» и Центра, разумеется, будет продолжена.
В отчетном выступлении и.о. руководителя Центра компетенций Алексей Левченко вместе с коллегами вкратце рассказал о всех четырех направлениях работы Центра в сотрудничестве с партнерами: литий-ионные и постлитий-ионные аккумуляторы, водородные технологии, проточные батареи и применение всех вышеперечисленных технологий, а руководитель образовательных проектов Екатерина Золотухина в продолжение отчета рассказала об образовательной составляющей деятельности Центра компетенций НТИ.
Сегодня в нашем Центре состоялось важное мероприятие: публичный отчет за все время существование. В конференц-зале ФИЦ ПХФ и МХ РАН в Черноголовке и в онлайне собрались руководители ФИЦ, ключевые сотрудники Центра, наши индустриальные и научные партнеры, представители Фонда НТИ и руководители новых Центров компетенций, работа которых продолжит развитие нашей тематики.
Как подчеркнул представитель Фонда НТИ Арсен Гареев, опыт Центров компетенций НТИ самой первой волны, к которым относится наш Центр, очень важен для развития всей программы создания Центров компетенций.
И.о. директора ФИЦ ПХФ и МХ, член-корреспондент РАН Игорь Ломоносов отметил, что, несмотря на то, что ФИЦ в первую очередь - исследовательский центр, иметь такое мобильное и энергичное подразделение, как наш Центр компетенций, очень важно.
Бывший руководитель (а ныне - научный руководитель) Центра компетенций Юрий Добровольский подчеркнул, что работы Центра стали основой развития всей отрасли в стране.
Руководитель нашего главного индустриального партнера, ГК «ИнЭнерджи» Алексей Кашин сказал, что для для ГК Центр сыграл краеугольную функцию: все те работы, которые велись Центром, ложатся в основу продуктов компании, и совместная работа «ИнЭнерджи» и Центра, разумеется, будет продолжена.
В отчетном выступлении и.о. руководителя Центра компетенций Алексей Левченко вместе с коллегами вкратце рассказал о всех четырех направлениях работы Центра в сотрудничестве с партнерами: литий-ионные и постлитий-ионные аккумуляторы, водородные технологии, проточные батареи и применение всех вышеперечисленных технологий, а руководитель образовательных проектов Екатерина Золотухина в продолжение отчета рассказала об образовательной составляющей деятельности Центра компетенций НТИ.
Российское общество "Знание" добралось и до нашего Центра. Коллеги сняли у нас и с нашими эксперами получасовой сюжет о водородных технологиях, которым мы с удовольствием с вами делимся.
https://vk.com/im?peers=257899004&sel=36940981&z=video-135454514_456243829%2Fabbb30152ceae667aa%2Fpl_post_-135454514_48765
https://vk.com/im?peers=257899004&sel=36940981&z=video-135454514_456243829%2Fabbb30152ceae667aa%2Fpl_post_-135454514_48765
Vk
Водородная энергетика
Практическое применение водорода в качестве моторного топлива в нашей стране началось более 80 лет назад во время Великой Отечественной войны. Вторая попытка была в Харькове — в 1976 году там создали экспериментальный автомобиль Москвич 412. Но советское…
Аккумуляторы можно будет переработать «зеленым» способом
Технологию переработки современных литий-ионных аккумуляторов с использованием глубоких эвтектических растворителей с высокой селективностью разработали ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Processes.
«Достоинство нашего подхода заключается в сочетании фундаментальных исследований и прикладных разработок. На первом этапе работы устанавливается элементный состав и определяются наиболее рациональные схемы переработки отработанных источников тока. Далее синтезируется глубокий эвтектический растворитель, обладающий требуемыми физико-химическими свойствами и заданной селективностью по отношению к основным компонентам аккумуляторов – кобальту, никелю, марганцу, литию и др.
Следующим важным этапом является подбор оптимальных параметров переработки элементов аккумулятора с использованием модельных объектов, это позволяет существенным образом ускорить разработку технологии.
В рамках нашего исследования было проведено выщелачивание металлов из реальных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Затем впервые в лабораторном масштабе было реализовано полное экстракционное разделение всех металлов из полученных растворов выщелачивания с применением разработанных нами гидрофобных глубоких эвтектических растворителей на основе Aliquat 336, D2EHPA и L-ментола.
После этого технологическая схема была реализована на исследовательском экстракционном оборудовании с отработкой режимов и условий процесса», - комментирует один из авторов статьи, заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Андрей Вошкин.
https://new.ras.ru/mir-nauky/articles/razrabotany-dostupnye-zelenye-tekhnologii-pererabotki-otrabotannykh-akkumulyatorov/
Технологию переработки современных литий-ионных аккумуляторов с использованием глубоких эвтектических растворителей с высокой селективностью разработали ученые из Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова РАН. Результаты исследования опубликованы в журнале Processes.
«Достоинство нашего подхода заключается в сочетании фундаментальных исследований и прикладных разработок. На первом этапе работы устанавливается элементный состав и определяются наиболее рациональные схемы переработки отработанных источников тока. Далее синтезируется глубокий эвтектический растворитель, обладающий требуемыми физико-химическими свойствами и заданной селективностью по отношению к основным компонентам аккумуляторов – кобальту, никелю, марганцу, литию и др.
Следующим важным этапом является подбор оптимальных параметров переработки элементов аккумулятора с использованием модельных объектов, это позволяет существенным образом ускорить разработку технологии.
В рамках нашего исследования было проведено выщелачивание металлов из реальных катодных материалов литий-ионных аккумуляторов. Затем впервые в лабораторном масштабе было реализовано полное экстракционное разделение всех металлов из полученных растворов выщелачивания с применением разработанных нами гидрофобных глубоких эвтектических растворителей на основе Aliquat 336, D2EHPA и L-ментола.
После этого технологическая схема была реализована на исследовательском экстракционном оборудовании с отработкой режимов и условий процесса», - комментирует один из авторов статьи, заведующий лабораторией теоретических основ химической технологии ИОНХ РАН, член-корреспондент РАН Андрей Вошкин.
https://new.ras.ru/mir-nauky/articles/razrabotany-dostupnye-zelenye-tekhnologii-pererabotki-otrabotannykh-akkumulyatorov/
Российская академия наук
Разработаны доступные «зеленые» технологии переработки отработанных аккумуляторов
Forwarded from Think Tank Theory
Африканские подростки построили собственный поезд на солнечных батареях
На протяжении многих лет жители ЮАР сталкиваются с веерными отключениями электроэнергии, вызванными авариями на старых и плохо обслуживаемых угольных электростанциях. А во время пандемии стало больше краж кабелей, обеспечивающих подачу электроэнергии вдоль путей. Все это негативно сказалось на работе железных дорог: доля железнодорожного транспорта в ЮАР с 2013-й по 2020 годы сократилась на ⅔.
В ответ на такие дела группа из 20 подростков из городка Сошангуве к северу от столицы Претории взяли и построили свой собственный автономный поезд на солнечных батареях. Для питания в нем используются фотогальванические панели, установленные на крыше. Поезд может двигаться со скоростью 30 км/ч. Вагон выполнен не без комфорта: он оснащен автокреслами и телевизором с плоским экраном. Подросткам немного помог реализовать их затею местный университет. А в местной администрации вовсе не исключают, что подобные поезда будут использовать для регулярных пригородных поездок по стране. Почему бы и нет, если так хорошо получилось.
src
На протяжении многих лет жители ЮАР сталкиваются с веерными отключениями электроэнергии, вызванными авариями на старых и плохо обслуживаемых угольных электростанциях. А во время пандемии стало больше краж кабелей, обеспечивающих подачу электроэнергии вдоль путей. Все это негативно сказалось на работе железных дорог: доля железнодорожного транспорта в ЮАР с 2013-й по 2020 годы сократилась на ⅔.
В ответ на такие дела группа из 20 подростков из городка Сошангуве к северу от столицы Претории взяли и построили свой собственный автономный поезд на солнечных батареях. Для питания в нем используются фотогальванические панели, установленные на крыше. Поезд может двигаться со скоростью 30 км/ч. Вагон выполнен не без комфорта: он оснащен автокреслами и телевизором с плоским экраном. Подросткам немного помог реализовать их затею местный университет. А в местной администрации вовсе не исключают, что подобные поезда будут использовать для регулярных пригородных поездок по стране. Почему бы и нет, если так хорошо получилось.
src
France 24
S.Africa teens build solar train as power cuts haunt commuters
For years, students in a South African township have seen their parents struggle to use trains for daily commutes, the railways frequently hobbled by power outages and cable thefts.
Кадры решат все
15 декабря в московском технопарке «Калибр» состоялось заседание Комитета МТПП по промышленной и инновационной политике, посвященное проблеме кадров в новых отраслях промышленности.
На заседании с докладом «Коммерция или прогресс? Радикальные трансформации в образовании на реальных кейсах» выступила руководитель образовательных проектов нашего Центра, доктор химических наук Екатерина Золотухина, в котором она обрисовала ряд проблем в области подготовки кадров в области критических технологий (на примере водородных технологий и электрохимии) в текущей ситуации. Таких проблем существует много:
- отсутствуют профстандарты для новых компетенций;
- недостаточно программ обучения специалистов с нужными компетенциями;
- недостаточно преподавателей, которые имеют нужные компетенции и могут готовить специалистов.
При этом на рынке образования сложилась ситуация, в которой вуз или НИИ не знает о потребностях индустриальных компаний, компании не знают о возможностях вуза, а абитуриент видит только предложения вузов и список профессий, оторванный от реального спроса. В результате вуз готовит специалиста, на которого отсутствует спрос.
Екатерина обратила внимание на существующую на Западе систему удовлетворения запросов компаний в области водородной энергетики: сертифицированные образовательные программы, созданные самими игроками рынка, задействование крупных образовательных платформ в области дистанционного образование, «спускание» образования в школы.
По мнению Екатерины Золотухиной, в нашей стране требуется создание открытой системы запросов на кадры и предложений - своеобразная торговая образовательная площадка, реформирование существующей системы образования в области критических технологий, создание понятных профессиональных стандартов для отрасли и образовательных программ под эти профстандарты, а также подготовка педагогических кадров высшей квалификации.
15 декабря в московском технопарке «Калибр» состоялось заседание Комитета МТПП по промышленной и инновационной политике, посвященное проблеме кадров в новых отраслях промышленности.
На заседании с докладом «Коммерция или прогресс? Радикальные трансформации в образовании на реальных кейсах» выступила руководитель образовательных проектов нашего Центра, доктор химических наук Екатерина Золотухина, в котором она обрисовала ряд проблем в области подготовки кадров в области критических технологий (на примере водородных технологий и электрохимии) в текущей ситуации. Таких проблем существует много:
- отсутствуют профстандарты для новых компетенций;
- недостаточно программ обучения специалистов с нужными компетенциями;
- недостаточно преподавателей, которые имеют нужные компетенции и могут готовить специалистов.
При этом на рынке образования сложилась ситуация, в которой вуз или НИИ не знает о потребностях индустриальных компаний, компании не знают о возможностях вуза, а абитуриент видит только предложения вузов и список профессий, оторванный от реального спроса. В результате вуз готовит специалиста, на которого отсутствует спрос.
Екатерина обратила внимание на существующую на Западе систему удовлетворения запросов компаний в области водородной энергетики: сертифицированные образовательные программы, созданные самими игроками рынка, задействование крупных образовательных платформ в области дистанционного образование, «спускание» образования в школы.
По мнению Екатерины Золотухиной, в нашей стране требуется создание открытой системы запросов на кадры и предложений - своеобразная торговая образовательная площадка, реформирование существующей системы образования в области критических технологий, создание понятных профессиональных стандартов для отрасли и образовательных программ под эти профстандарты, а также подготовка педагогических кадров высшей квалификации.
Нанопривод на водородном топливе позволит управлять микроустройствами для доставки лекарств и лабораториями на чипе
Российские ученые представили электрохимический наноактуатор — устройство, выполняющее роль двигателя для автономных микроскопических устройств. Он работает за счет горения смеси водорода и кислорода в крошечных пузырьках, которые генерируются электродами. В аналогичных устройствах электроды быстро приходят в негодность из-за большой нагрузки, однако авторы выбрали в качестве материала для них рутений — хорошо проводящий ток, но при этом прочный металл. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованной в журнале Scientific Reports, позволят создать микроскопические двигатели для автономных микроустройств в биологии и медицине.
Механизм ускорения химических реакций на границе раздела вода-воздух, также называемый катализом на поверхности воды, пока до конца не понятен. Вместе с тем этот процесс уже считается достаточно эффективным для решения различных задач экологии, биологии и медицины. Так, например, реакции на пузырьках воздуха в воде способны помочь в очистке воды от токсинов, обезвреживании опасных для клеток активных форм кислорода или, напротив, их получении, чтобы уничтожить раковую опухоль.
Исследователи из ярославского филиала Физико-технологического института имени К.А. Валиева РАН (Ярославль) и Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва) предложили использовать одну из таких реакций, а именно самовозгорание смеси водорода и кислорода в нанопузырьках, в работе наноактуатора, или нанопривода — двигателя, с помощью которого можно управлять микроскопическими устройствами. В качестве последних могут выступать, например, лаборатории на чипе или имплантируемые контейнеры, периодически высвобождающие лекарство в организм человека.
Нанопривод представляет собой маленькую, немногим больше толщины волоса, рабочую камеру: на кремниевую пластинку нанесены электроды, боковые стенки камеры сделаны из фоточувствительного полимера, а верхняя стенка выполнена в виде эластичной мембраны. Камера заполнена электролитом — раствором, содержащим много ионов и поэтому способным проводить ток. На электроды подают переменное напряжение высокой частоты, вследствие чего вода расщепляется на кислород и водород и образуются нанопузырьки, содержащие эти газы — по сути, получается водородное топливо. Пузырьки поднимают мембрану, которая способна, например, толкать жидкость по микроканалам или выполнять другую механическую работу. Затем мембрана возвращается в исходное положение из-за самопроизвольной реакции между нанопузырьками водорода и кислорода. Полный цикл подъема мембраны и возвращения в исходное состояние занимает всего 100 миллисекунд — почти столько же времени требуется колибри для одного взмаха крыла, — а значит, удастся контролировать и довольно быстрые микромашины.
Большой проблемой такой системы стал слишком быстрый износ электродов из-за высоких механических напряжений, вызванных нановзрывами вблизи поверхности электродов. Авторы решили эту проблему, покрыв алюминиевые электроды слоем металла рутения — все еще хорошо проводящего ток, но достаточно прочного, чтобы выдержать нагрузку от взрывов. В результате устройство работало в течение как минимум пяти часов без снижения силы тока и признаков разрушения электродов (другие электроды, например, из золота, меди или платины, разрушались уже через минуту).
«Как правило, сжигание водородно-кислородной смеси невозможно в объемах меньше нескольких микролитров, поскольку в таком случае необходимое для реакции тепло уходит слишком быстро. В нашей же установке это оказалось возможным благодаря спонтанному горению газов в нанопузырьках», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Уваров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЯФ ФТИАН РАН.
Российские ученые представили электрохимический наноактуатор — устройство, выполняющее роль двигателя для автономных микроскопических устройств. Он работает за счет горения смеси водорода и кислорода в крошечных пузырьках, которые генерируются электродами. В аналогичных устройствах электроды быстро приходят в негодность из-за большой нагрузки, однако авторы выбрали в качестве материала для них рутений — хорошо проводящий ток, но при этом прочный металл. Результаты работы, поддержанной грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликованной в журнале Scientific Reports, позволят создать микроскопические двигатели для автономных микроустройств в биологии и медицине.
Механизм ускорения химических реакций на границе раздела вода-воздух, также называемый катализом на поверхности воды, пока до конца не понятен. Вместе с тем этот процесс уже считается достаточно эффективным для решения различных задач экологии, биологии и медицины. Так, например, реакции на пузырьках воздуха в воде способны помочь в очистке воды от токсинов, обезвреживании опасных для клеток активных форм кислорода или, напротив, их получении, чтобы уничтожить раковую опухоль.
Исследователи из ярославского филиала Физико-технологического института имени К.А. Валиева РАН (Ярославль) и Института физической химии и электрохимии имени А. Н. Фрумкина РАН (Москва) предложили использовать одну из таких реакций, а именно самовозгорание смеси водорода и кислорода в нанопузырьках, в работе наноактуатора, или нанопривода — двигателя, с помощью которого можно управлять микроскопическими устройствами. В качестве последних могут выступать, например, лаборатории на чипе или имплантируемые контейнеры, периодически высвобождающие лекарство в организм человека.
Нанопривод представляет собой маленькую, немногим больше толщины волоса, рабочую камеру: на кремниевую пластинку нанесены электроды, боковые стенки камеры сделаны из фоточувствительного полимера, а верхняя стенка выполнена в виде эластичной мембраны. Камера заполнена электролитом — раствором, содержащим много ионов и поэтому способным проводить ток. На электроды подают переменное напряжение высокой частоты, вследствие чего вода расщепляется на кислород и водород и образуются нанопузырьки, содержащие эти газы — по сути, получается водородное топливо. Пузырьки поднимают мембрану, которая способна, например, толкать жидкость по микроканалам или выполнять другую механическую работу. Затем мембрана возвращается в исходное положение из-за самопроизвольной реакции между нанопузырьками водорода и кислорода. Полный цикл подъема мембраны и возвращения в исходное состояние занимает всего 100 миллисекунд — почти столько же времени требуется колибри для одного взмаха крыла, — а значит, удастся контролировать и довольно быстрые микромашины.
Большой проблемой такой системы стал слишком быстрый износ электродов из-за высоких механических напряжений, вызванных нановзрывами вблизи поверхности электродов. Авторы решили эту проблему, покрыв алюминиевые электроды слоем металла рутения — все еще хорошо проводящего ток, но достаточно прочного, чтобы выдержать нагрузку от взрывов. В результате устройство работало в течение как минимум пяти часов без снижения силы тока и признаков разрушения электродов (другие электроды, например, из золота, меди или платины, разрушались уже через минуту).
«Как правило, сжигание водородно-кислородной смеси невозможно в объемах меньше нескольких микролитров, поскольку в таком случае необходимое для реакции тепло уходит слишком быстро. В нашей же установке это оказалось возможным благодаря спонтанному горению газов в нанопузырьках», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Илья Уваров, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник ЯФ ФТИАН РАН.
«Очень важно и то, что мы показали принципиальную возможность построения актуатора, работающего на “водном катализе”, зажигающем реакцию между газами в нанообъемах. Такой миниатюрный двигатель будет приводить в движение автономные микрожидкостные устройства в медицинских и биологических приложениях. Кроме того, можно заменить мембрану на более тонкую, например, из нитрида кремния, и тем самым сделать наноактуатор еще компактнее», — дополняет соавтор работы Виталий Световой, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ИФХЭ РАН.
https://www.nature.com/articles/s41598-022-25267-2
https://www.nature.com/articles/s41598-022-25267-2
Nature
Nanoreactors in action for a durable microactuator using spontaneous combustion of gases in nanobubbles
Scientific Reports - Nanoreactors in action for a durable microactuator using spontaneous combustion of gases in nanobubbles
Электромобиль по пятницам: электронечто от Франца Кравогля
Да, сегодня пятница, а, значит, без электромобиля никак и никуда. Сегодня у нас предтеча всех электромобилей. Да, до 1867 года были игрушечные электромобильчики, но именно в этот год австрийский изобретатель Франц Кравогль представил на Всемирной выставке в Париже вот это. Некое странное, но уже полноразмерное транспортное средство, которое вряд ли было приспособлено к езде по улицам, тем более питалось от первичных источников тока, а не от аккумуляторов - однако до электромобиля Густава Труве, который прокатился по тому же Парижу в 1881 году, оставалось всего 14 лет.
Да, сегодня пятница, а, значит, без электромобиля никак и никуда. Сегодня у нас предтеча всех электромобилей. Да, до 1867 года были игрушечные электромобильчики, но именно в этот год австрийский изобретатель Франц Кравогль представил на Всемирной выставке в Париже вот это. Некое странное, но уже полноразмерное транспортное средство, которое вряд ли было приспособлено к езде по улицам, тем более питалось от первичных источников тока, а не от аккумуляторов - однако до электромобиля Густава Труве, который прокатился по тому же Парижу в 1881 году, оставалось всего 14 лет.
Учёны превратили рисовую шелуху в электрод для суперконденсаторов
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.
«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.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352152X22016875?via%3Dihub
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.
«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.
https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2352152X22016875?via%3Dihub