На что годятся гнилые яблоки?

Литий-ионные аккумуляторы обладают неплохими характеристиками, но в них используются редкие и дорогие материалы, наносящие вред окружающей среде…

Используя отходы яблок, учёные из Института Гельмгольца в Ульме создали активный материал на основе углерода. В совокупности с другим изобретением – слоистыми оксидами – «яблочный» углерод в будущем поможет снизить нагрузку на окружающую среду и сделает аккумуляторные батареи более дешевыми.

Оба новых материала предназначены для использования в натрий-ионных аккумуляторах. Разрабатывая материалы, исследователи ставили перед собой цель не только обеспечить отличные электрохимические свойства батарей, но и оптимизировать их производство, сделать его безопасным и устойчивым.

Натрий-ионные батареи рассматриваются как альтернатива литий-ионной технологии, так как исходное сырье для их производства доступно и дешево. С другой стороны натрий-ионные аккумуляторы более мощные, чем никель-металлические или свинцово-кислотные, что и обусловило выбор направления исследований.

По мнению одного из руководителей исследования профессора Стефано Пассерини (Stefano Passerini), производительность натрий-ионных аккумуляторов примерно на 20% ниже, чем литий-ионных. Но при этом они примерно на 20% дешевле, в пересчёте на 1 кВт мощности.

Именно из-за низкой себестоимости натрий-ионные батареи рассматриваются сегодня как наиболее перспективная технология для стационарных систем хранения энергии, которые должны занять центральную роль в энергетике будущего, ориентированной на использование, трансформацию и хранение энергии, поступающей из экологически чистых альтернативных источников прерывистого действия. Для подобных объемных хранилищ стоимость более значимый показатель, чем вес и размер батарей.

Каждый год европейские производители яблок отбраковывают по различным показателям значительную часть выращенной продукции. Большинство брака утилизируется, так как яблоки портятся слишком быстро, чтобы их можно было использовать, например, в качестве корма для скота.

Коллектив во главе с профессором Пассерини и доктором Даниэлем Бухольцем (Daniel Bucholz) нашел способ выделять из предварительно высушенных яблочных отходов до 95% содержащегося в них углерода, необходимого для производства «жесткого карбона», дешевого и высокопроизводительного материала для электродов аккумуляторов.

Созданный из «яблочного» углерода анод обладает стабильными и высокими электротехническими характеристиками. Он способен обеспечить плотность тока до 230 мАч/г и сохраняет свои показатели после 1000 зарядно-разрядных циклов практически неизменными.

Для катода новой батареи исследователи также разработали особый экологически чистый материал, состоящих из нескольких слоёв оксидов натрия, уложенных друг на друга. Катод оказался менее стабильным, чем анод, но способен сохранить 90,2% заряда после 600 циклов.

Пока что речь не идет о коммерческом использовании натрий-ионной технологии хранения электроэнергии, однако немецкие исследователи полагают, что благодаря низкой стоимости новые аккумуляторы найдут применение в самых разных сферах, в том числе в электронике для личного использования и в недорогих электромобилях.