Активированный уголь, изготовленный из рисовой шелухи, применили в качестве материала для электродов суперконденсаторов сотрудники кафедры физической химии химфака МГУ, 26 декабря сообщает пресс-служба университета.

В своей работе ученые показали, как можно рационально использовать сельхозотходы, снижать вредное воздействие на окружающую среду и одновременно создавать высокоэффективный материал для устройств хранения энергии.

Результаты проведенного исследования ученые представили в статье «Электрод из активированного угля из рисовой шелухи в окислительно-восстановительном электролите — новый подход к повышению производительности суперконденсатора», опубликованной в Journal of Energy Storage.

Рис, который является одним из наиболее широко используемых пищевых продуктов в мире, выращивается сотней стран. Ежегодное производство риса-сырца составляет более 700 млн тонн.

При этом процесс переработки риса приводит к образованию многих тонн отходов в виде шелухи и соломы. Соавтор работы, старший научный сотрудник НИЛ катализа и газовой электрохимии кафедры физической химии химического факультета МГУ Екатерина Архипова, пояснила:

«Одним из распространенных способов переработки отходов является их контролируемое сжигание. 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».

Однако, как напоминают авторы статьи, зола может служить ценным источником для получения аморфного кремнезема и углей, а угли, в свою очередь, являются перспективными электродными материалами для устройств хранения и преобразования энергии.

В том числе, как предложили авторы, угли можно использовать в суперконденсаторах. Работа таких конденсаторов основана на накоплении на электродах электростатических зарядов и протекании электрохимических реакций.

«Суперконденсатор состоит из двух электродов, разделенных сепаратором и пропитанных раствором электролита. В качестве электродных материалов используют различные углеродные наноматериалы, проводящие полимеры, оксиды переходных металлов и др.», — рассказала Архипова.

Для синтеза наноструктур в настоящее время используются дорогие оборудование и реагенты. Активированные угли, полученные исследователями в две стадии из золы рисовой шелухи, позволяют упростить способ получения электродного материала, снизить его стоимость и при этом существенно уменьшить нагрузку на окружающую среду.

Активированный уголь используется при производстве электродов суперконденсаторов, так как он безопасен, дешев и обладает высокой удельной площадью поверхности, которая обеспечивает в процессе зарядки наилучшую адсорбцию ионов электролита на электроде.

«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».

Исследователи намерены в дальнейшем модифицировать поверхность полученных активированных углей различными функциональными группами для значительного улучшения емкостных параметров электродного материала. Это, в свою очередь, позволит повысить величину удельной энергии, которую запасает суперконденсатор.