Все мы привыкли к тому, что батарейки и аккумуляторы без металла не сделаешь. А вот российские специалисты «Национального исследовательского технологического университета» (НИТУ «МИСиС») совместно с коллегами из США и Мексики разработали новую технологию получения экономичных батарей из медицинских отходов. Учёные, проведя эксперимент, доказали, что ёмкость аккумуляторов из использованных медицинских масок составляет 98 ватт-часов на килограмм — в 10 раз больше, чем у аналогов. Такие батареи можно использовать, к примеру, в часах или светильниках.
Илон Маск явно удивился бы такой креативности. А может, уже и обдумывает, как взять на вооружение такую инновационную разработку — надо же как-то свои «теслы» подпитывать.
Экологическая бомба
По данным исследователей НИТУ «МИСиС» (9 институтов и 6 филиалов, 4 из которых работают в России и 2 за рубежом), во время пандемии коронавируса жители планеты ежемесячно используют 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.
Благодаря российским учёным и их коллегам теперь «бэушные» средства защиты можно превращать в энергию для гаджетов.
Учёные НИТУ разработали новую технологию получения экономичных аккумуляторов из использованных масок, где в качестве оболочек также используются отходы упаковок от лекарств. Таким образом, основу для создания элементов питания создают медицинские отходы. Появилась возможность получить тонкие, гибкие, дешёвые батареи, которые за счёт низкой себестоимости могут быть и одноразовыми. Они превосходят по ряду параметров более тяжёлые, покрытые металлом традиционные аккумуляторы, которые требуют больше расходов на производство.
«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. Надо заметить, что 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. Затем между двумя электродами из нового материала размещают прокладку (тоже из материала масок) с изолирующими свойствами. Её пропитывают особым электролитом, а затем создают защитную оболочку из материала упаковок от лекарств, таких как парацетамол»
Огонь-батарея
Индустрия аккумуляторных батарей не претерпевала коренных изменений уже почти полвека, с момента изобретения литий-ионных батареек. Вместе со свинцово-кислотными аккумуляторами они сейчас занимают примерно две трети рынка. Но взрывной рост спроса на электронику и переход автомобильной индустрии на электродвигатели требует поиска принципиально новых, более совершенных технологий
Новые аккумуляторы, по сравнению с традиционными аналогами, обладают высокой плотностью запасённой энергии и электрической ёмкостью. Ранее созданные по похожей технологии таблеточные аккумуляторы имели ёмкость 10 ватт-часов на 1 кг, а учёным НИТУ «МИСиС» и их зарубежным коллегам удалось получить 98 ватт-часов/кг.
Когда специалисты решили добавить к электродам, полученным из масок, наночастицы неорганического перовскита типа CaCoO, энергетическая ёмкость аккумуляторов возросла дополнительно в два раза (208 ватт-часов/кг). Достигнута большая электрическая ёмкость в 1706 фарад на грамм. Это значительно выше по сравнению с ёмкостью лучших карбонизованных электродов без добавки графена (1000 фарад на грамм).
Исследователи и ранее пробовали использовать разные пористые природные материалы и отходы для изготовления электродов для суперконденсаторов. Это были оболочки кокосовых орехов, рисовая шелуха, газеты, отходы покрышек от автомобилей и другие. Но работа с ними всегда требовала высокотемпературного отжига (обугливания) в специальных печах. Маски оказались более простым и дешёвым материалом для обработки, так как пропитка графеном достаточна для придания им уникальных свойств.
В будущем учёные планируют использовать новую технологию для производства батарей электромобилей, солнечных электростанций и другого применения. Так и разработка литиевых месторождений скоро окажется никому не нужна. Привет «Рио Тинто» и горячим сербским экологам!
