Борщевик пустили в дело. В МГУ ядовитый сорняк превратили в материал для аккумуляторных батарей

Ученые МГУ и Сколтеха создали из ядовитого растения - борщевика, ставшего проблемой для дачников и аграриев, анодный материал для натрий-ионных батарей, которые на порядок дешевле литий-ионных аккумуляторов. Разница в цене, в том числе, объясняется распространенностью материалов.

«Литий рассредоточен по планете, в то время, как хлорид натрия есть практически у каждого на кухне – это обычная соль. Кроме того, в натрий-ионных батареях, в отличие от литий-ионных, не используется дорогая медная фольга, кобальт», - рассказывает одна из авторов разработки, научный сотрудник химического факультета МГУ Зоя Бобылева.

ЧТО ДА КАК

В числе компонентов для натрий-ионных батарей углеродный материал, который можно получать из большого количества источников: от кожуры апельсина до покрышек. В том числе, в связи с этим ученые решили в качестве эксперимента использовать борщевик. В итоге они обнаружили, что, в целом, он работает не хуже других материалов. «Проводя исследование, я начала обращать внимание на то, что борщевик Сосновского сегодня, действительно, занимает огромные территории, что является довольно серьезной проблемой, - говорит Зоя. - Но ведь важно утилизировать биомассу. Перерабатывая ее, на выходе мы получим углерод для производства натрий-ионных аккумуляторов».

НАУЧНЫЙ ПОДХОД

Минувшим летом Зоя Бобылева вместе со студентами провела ряд экспериментов, по итогам которых была написана научная статья. «Мы изучали как свежий, так и сухой борщевик. В целом, каких-либо разительных отличий в характеристиках обнаружено не было», - поясняет она.

Также ученые протестировали три наиболее популярных подхода к синтезу твердого углерода. Сначала биомассу, полученную из борщевика, подвергли прямой карбонизации, нагреву до 1300 градусов Цельсия в бескислородной атмосфере. Затем синтез повторили, но с предварительной промывкой сырья кислотами для удаления металлических и иных примесей. Еще одним экспериментом стал процесс варки борщевика в закрытом реакторе с водой. В итоге наиболее эффективным оказался способ с применением кислот.

Возвращаясь к вопросу выбора сырья для получения твердого углерода, наша собеседница отмечает, что для каждого региона актуален свой источник. «Нам, к примеру, нет особого смысла писать статью о получении углерода из отходов чайного производства. Это вопрос более актуален, в частности, для Китая. В нашем регионе свое сырье, которое можно и нужно использовать для утилизации, тот же борщевик», - поясняет эксперт.

ВАЖНЫЕ СВОЙСТВА

Говоря о натрий-ионных и литий-ионных аккумуляторах, она подчеркивает, что первые, в силу различных причин, никогда не смогут заменить вторые: «Здесь нет такой задачи. Важно развивать каждое из направлений. Так, из-за небольших размеров литий-ионные подходят для смартфонов, ноутбуков, а натрий-ионные в перспективе могут быть использованы в тех же электробусах. Вместе с тем, натрий-ионные батареи в будущем могут стать отличной заменой токсичных и громоздких свинцово-кислотных аккумуляторов».

РАЗВИТЬ ТЕХНОЛОГИЮ

По словам Зои Бобылевой, ученым важно показать возможную перспективу такого направления. «Наша задача развивать технологию. Совершенствуя ее, мы, косвенно, упрощаем процесс внедрения разработки в производство», - считает эксперт.

Развитию технологии способствует ее востребованность. По мнению Зои, на фоне развития программы импортозамещения, спрос на натрий-ионные батареи будет только расти.

Сегодня в научной лаборатории химического факультета МГУ ученые собирают прототипы натрий-ионных аккумуляторов. Демонстрируя нам один из образцов, Зоя Бобылева уверенно говорит: «Лампочка от него точно загорится».

ЧЕМ ОПАСЕН БОРЩЕВИК СОСНОВСКОГО

Многие знают, что борщевик Сосновского – ядовитое растение. Но в чем же заключается его опасность? Сок растения при попадании на кожу и последующем облучении солнечным светом дает сильные и долго незаживающие ожоги. Важно помнить, что борщевик токсичен вне зависимости от того, молодое растение или взрослое.

Кроме того, борщевик Сосновского - инвазионный вид, подавляющий рост остальных культур. Для продолжения рода ему не нужны другие растения. То есть, если один зонтик вырос, то ветром или насекомыми он хорошо переопыляется.