Китайские учёные предложили инновационный способ производства компонентов для накопителей энергии, превращая два типа отходов — старые аккумуляторы мобильных телефонов и промышленные древесные остатки — в высокоэффективный материал для натрий-ионных батарей.
Исследовательская группа, в которую вошли специалисты из Хэнаньского педагогического университета и Цилунского технологического университета, разработала уникальный анодный материал. В его основе лежит комбинация металлов, извлечённых из отслуживших свой срок батарей, и углерода, полученного из лигнина — побочного продукта деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности.
Технология создания и структура материала
Процесс производства включает несколько этапов. Сначала из компонентов старых аккумуляторов выделяются необходимые соединения металлов, которые затем соединяются с очищенным лигнином. Последующая химическая обработка и карбонизация в азотной среде позволяют сформировать особую ячеистую структуру, внешне напоминающую пчелиные соты.
Такая архитектура играет ключевую роль в производительности накопителя: она значительно облегчает проникновение электролита внутрь материала и ускоряет движение ионов натрия.
Преимущества двухфазной структуры
Лигнин в данном процессе выполняет функции, выходящие за рамки простого углеродного наполнителя. В ходе обработки он способствует формированию дополнительной сульфидной фазы Co?S?. В результате внутри анода образуется эффективная двухфазная структура, которая:
- Повышает общую электропроводность материала;
- Улучшает процессы переноса заряда;
- Обеспечивает высокую стабильность при многократных циклах зарядки и разрядки.
Результаты испытаний
Экспериментальные образцы показали достойные результаты. Начальная ёмкость материала составила свыше 1060 мА·ч на грамм. В ходе длительных тестов стабильность оставалась на хорошем уровне: после 100 циклов ёмкость сохранялась на отметке около 244 мА·ч/г, а после 300 циклов составляла примерно 207 мА·ч/г.
Исследователи подчеркивают, что по сравнению с контрольными образцами новый материал демонстрирует более быстрый перенос ионов натрия и значительно более высокую эксплуатационную стабильность.
Разработчики уверены, что предложенная технология позволит создавать более дешёвые и экологичные аккумуляторы для портативной электроники, электромобилей и крупных систем накопления энергии, одновременно решая проблему утилизации промышленного и электронного мусора.
