Во время пандемии коронавируса жители планеты ежемесячно стали использовать более 130 миллиардов масок, которые превращаются в сотни тонн полимерных отходов. При их сжигании выделяются токсичные газы, поэтому особенно актуальна задача по переработке этих отходов.
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из США и Мексики разработали новую технологию получения экономичных аккумуляторов из медицинских отходов. По словам авторов, технология позволит превратить отходы, которые сложно утилизировать, в сырье. Дополнительно закупать нужно будет лишь графен. Исследование опубликовано в журнале Journal of Energy Storage.
Технология позволяет получить тонкие, гибкие, дешевые батареи, которые за счет низкой себестоимости могут быть и одноразовыми. Они превосходят по ряду параметров более тяжелые, покрытые металлом традиционные аккумуляторы, которые требуют больше расходов на производство.
Из маски — в батарейку
«Для создания аккумулятора типа суперконденсатора используется следующий алгоритм: сначала маски дезинфицируют с помощью ультразвука, затем окунают в "чернила" из графена, которые пропитывают маску. Потом материал прессуют под давлением, нагревают до 140 градусов Цельсия», — говорит профессор, научный руководитель инфраструктурного проекта «Высокопроизводительная полимерная тандемная фотовольтаика на основе гибридных перовскитов» НИТУ «МИСиС» Анвар Захидов.
По словам специалиста, при создании обычных аккумуляторов-суперконденсаторов требуется очень высокая температура для пиролиза-карбонизации, до 1000-1300 градусов Цельсия, а новая технология снижает расход энергии в 10 раз.
«Между двумя электродами из нового материала размещают прокладку (тоже из материала масок) с изолирующими свойствами. Ее пропитывают особым электролитом, а затем создают защитную оболочку из материала упаковок от лекарств (парацетамола, например)», — заключает профессор.
Новые аккумуляторы, по сравнению с традиционными аналогами, обладают высокой плотностью запасенной энергии и электрической емкостью. Ранее созданные по похожей технологии таблеточные аккумуляторы имели емкость 10 ватт-часов на 1 кг, а ученым НИТУ «МИСиС» и их зарубежным коллегам удалось получить 98 ватт-часов/кг.
Когда разработчики приняли решение добавить к электродам, полученным из масок, наночастицы неорганического перовскита типа CaCoO, энергетическая емкость аккумуляторов возросла дополнительно в два раза (208 ватт-часов/кг). Достигнута большая электрическая емкость в 1706 фарад на грамм. Это значительно выше по сравнению с емкостью лучших карбонизированных электродов без добавки графена (1000 фарад на грамм).
Маски — самый простой, но не единственный материал для получения энергии
Исследователи ранее пробовали использовать разные пористые природные материалы и отходы для изготовления электродов для суперконденсаторов. Это были оболочки кокосовых орехов, рисовая шелуха, a недавно даже газетные отходы, отходы покрышек от автомобилей, и другие. Но работа с ними всегда требовала высокотемпературного отжига, то есть обугливания, в специальных печах. Маски оказались более простым и дешевым материалом для обработки, так как пропитка графеном достаточна для придания им уникальных свойств.
В будущем исследователи планируют использовать новую технологию для производства батарей для электромобилей, солнечных электростанций и другого применения.
Это тоже интересно:
