ChemNet
 
Химический факультет МГУ

Научные достижения химического факультета
23.12.2022

Химики МГУ превратили рисовую шелуху
в электрод для суперконденсаторов

Сотрудники кафедры физической химии Химического факультета МГУ использовали в качестве электродного материала для суперконденсаторов активированный уголь, выделенный из отходов производства риса. Работа показывает пример рационального использования сельскохозяйственных отходов для снижения вредного воздействия на окружающую среду и одновременного создания высокоэффективных устройств хранения энергии. Работа опубликована в издании Journal of Energy Storage.

Рис – один из наиболее важных пищевых продуктов в мире. Его выращивают в сотне стран, а ежегодное производство риса-сырца превышает 700 миллионов тонн. Ежегодный рост сельскохозяйственного производства неизбежно приводит к усилению негативного воздействия на окружающую среду. В частности, в процессе переработки риса образуются многотоннажные отходы в виде шелухи и соломы.

"Одним из распространённых способов переработки отходов является их контролируемое сжигание, – рассказала к.х.н., соавтор работы Екатерина Архипова. – Как правило, полученную в результате золу далее не перерабатывают, а утилизируют в специально созданных отвалах. Разумеется, это сопровождается финансовыми затратами, а также вызывает существенные экологические проблемы".

Золу можно использовать как ценный источник для получения аморфного кремнезёма и углей. Угли – перспективные электродные материалы в устройствах хранения и преобразования энергии. Например, в суперконденсаторах, принцип действия которых основан на накоплении электростатических зарядов на электродах и протекании электрохимических реакций.

"Суперконденсатор состоит из двух электродов, разделенных сепаратором и пропитанных раствором электролита, – пояснила Екатерина Архипова. – В качестве электродных материалов используют различные углеродные наноматериалы, проводящие полимеры, оксиды переходных металлов и др. Как правило, синтез таких структур требует дорогого оборудования и реагентов. Использование в данном исследовании активированных углей, полученных в две стадии из золы рисовой шелухи, позволяет упростить способ получения электродного материала и снизить его стоимость, а также существенно уменьшить нагрузку на окружающую среду".

Активированный уголь широко используется при производстве электродов суперконденсаторов благодаря его безопасности, низкой стоимости и высокой удельной площади поверхности, которая обеспечивает наилучшую адсорбцию ионов электролита на электроде в процессе зарядки. Дополнительная модификация поверхности этих углей позволяет адаптировать полученный материал к разным задачам.

"Мы также предложили наиболее оптимальный состав электролита для использования с электродами на основе активированных углей, полученных из золы рисовой шелухи, – рассказала Екатерина Архипова. – При этом удалось повысить удельную емкость в несколько раз".

В будущих исследованиях авторы планируют модифицировать поверхность полученных активированных углей различными функциональными группами, которые позволят существенно улучшить ёмкостные параметры электродного материала и, следовательно, повысить величину удельной энергии, запасаемой суперконденсатором.

Исследование проведено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента РФ в рамках стипендии Президента РФ (СП-2828.2022.1).

Ссылка на статью:
Ekaterina A. Arkhipova, Roman Yu. Novotortsev, Anton S. Ivanov, Konstantin I. Maslakov, Serguei V. Savilov
Rice husk-derived activated carbon electrode in redox-active electrolyte – New approach for enhancing supercapacitor performance
Journal of Energy Storage
Volume 55, Part C, 25 November 2022, 105699
https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105699

Текст: Алина Сагитова/пресс-служба химического факультета МГУ

Фото: Юлия Чернова/пресс-служба химического факультета МГУ


Сервер создается при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований
Не разрешается  копирование материалов и размещение на других Web-сайтах
Вебдизайн: Copyright (C) И. Миняйлова и В. Миняйлов
Copyright (C) Химический факультет МГУ
Написать письмо редактору