Борщевик, разросшийся на огромных территориях России, может принести пользу в качестве материала для аккумуляторов. Ученые из НИТУ «МИСиС» исследовали возможности волокнистых веществ стеблей растения. Из них изготовили электроды — элементы устройств, способных накапливать энергию. Опытным путем было доказано, что обработанный сорняк может успешно заменять традиционные источники ресурсов без снижения качества работы аккумуляторов.
Cуперконденсаторы (СК) представляют собой устройства для накопления. От традиционных батарей они выгодно отличаются высокой мощностью, длительным сроком хранения и продолжительным сроком службы. Такие свойства отчасти объясняются тем, что в качестве материала электрода выступают активированные углероды с высокоразвитой поверхностью, на которой имеется большое количество пор разного размера. Эти поры обеспечивают рост площади электродов, от чего напрямую зависит и максимальный объем накопленного заряда. Сейчас ученые стараются получить углеродные материалы из разного растительного сырья, особенно из отходов сельскохозяйственного производства — из оболочек кокосовых, миндальных и грецких орехов, шелухи, остающейся после переработки зерновых культур и т.п.
Исследователи из НИТУ «МИСиС» предположили, что оптимальные электродные свойства можно найти в стеблях борщевика. Они состоят из твердой коры и мягкого внутреннего сердечника, похожего на губку, образующую разнообразную пористую структуру. Такая конструкция эффективна для использования углеродного материала в качестве основы электродов для СК. Чтобы превратить стебли борщевика в подходящий для применения в качестве электродов материал, необходимо было найти оптимальную технологию их обработки.
Из сухих стеблей борщевика нарезали бруски длиной около сантиметра. Затем для удаления различных неорганических соединений, которые содержатся в стеблях, обработали их соляной кислотой, промыли и высушили. Для получения углеродного материала измельченные стебли борщевика насытили углекислым газом при температуре 400°С. На следующей стадии полученный материал смешали с гидроксидом калия и провели его активацию, то есть открыли образовавшиеся поры, в атмосфере аргона при различных температурах.
Обработка исходного углеродного материала при температуре 900°С привела к образованию поверхности с большим количеством пор размером
— Основной параметр работы суперконденсатора — емкость, то есть мера способности накапливать электрический заряд, — пояснил доцент кафедры электрохимии СПбГУ Олег Левин. — Полученная на стеблях борщевика емкость находится на таком же уровне, как и у других материалов. Разумеется, при использовании, например, графена, она будет выше. Однако само по себе использование отходов растительного сырья для производства активного углерода — безусловный мировой тренд. С этой стороны труд ученых перспективен и заслуживает интереса.
Однако руководитель работ, заведующий кафедрой физической химии НИТУ «МИСиС» профессор Михаил Астахов подчеркивает, что применение стеблей борщевика для производства электродов на постоянной основе может столкнуться с большими трудностями. Ведь для получения сырья придется ездить по всей стране, вырубая растение и отвозя его на предприятие, так как создавать посевные площади под сорняк неразумно. Рано или поздно запасы «дикого» борщевика могут иссякнуть. В этом случае созданная для его переработки технология станет просто не нужна.
С другой стороны, в настоящее время площади, покрытые мощным сорняком, который тормозит развитие других семян, попавших в почву, только увеличиваются.
