• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
22.02.2023
НИТУ МИСИС
422

Усовершенствован метод получения материалов для суперконденсаторов

4.6

Ученые Университета МИСИС совместно с коллегами из РХТУ имени Д. И. Менделеева и Вьетнамского национального университета лесного хозяйства предложили модификацию существующего метода переработки отхода текстильного производства — хлопкового пуха — в пористый активированный уголь. Повышение скорости нагрева материала с пяти до 350 градусов Цельсия в минуту позволяет одновременно увеличить доступную поверхность углеродного материала от двух до восьми раз и в несколько раз ускорить процесс его получения. Это будет способствовать существенной экономии электроэнергии при производстве. Сам углеродный материал может быть использован для изготовления суперконденсаторов или в качестве эффективного сорбента для очистки воды и воздуха.

Процесс производства / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС / Автор: Lampronia Auxilius

Результаты исследования опубликованы в журнале Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathematics. В настоящее время существует много видов сырья, которое можно использовать для получения пористых активированных углей. При этом именно материалы с высоким содержанием целлюлозы обеспечивают высокую эффективность карбонизации – получения большей доли полезного углеродного материала по отношению к массе исходного органического вещества. Перспективным с этой точки зрения представляется хлопковый пух, так как содержание целлюлозы в нем составляет от 80 до 97 процентов. Источником такого сырья являются отходы текстильного производства, которые, как правило, просто сжигают.

Исследователи НИТУ МИСИС, РХТУ имени Д. И. Менделеева и Вьетнамского национального университета лесного хозяйства предложили модификацию метода переработки хлопкового пуха в активированный уголь, которая позволяет увеличить удельную доступную поверхность углеродного материала от двух до восьми раз и ускорить процесс его изготовления. За основу взят хорошо известный метод получения активных форм углерода путем карбонизации исходного сырья при нагреве в инертной атмосфере с последующей активацией полученного материала в потоке углекислого газа. Получаемый углеродный материал может быть использован для изготовления суперконденсаторов или как сорбент для очистки воды или воздуха, показывая более высокие характеристики, чем материал, полученный из того же сырья традиционным методом без модификации.

«Главное отличие предложенного нами метода заключается в высокой скорости нагрева и охлаждения реакционной камеры. При использовании традиционных режимов скорость нагрева печи от комнатной температуры до температур карбонизации и активации обычно составляет от пяти до 20 градусов Цельсия в минуту. Между тем, с помощью предложенного метода скорость нагрева может достигать от 350 до 600 градусов Цельсия в минуту для процесса карбонизации и до 750 градусов Цельсия в минуту для процесса активации.

Хлопковый пух / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС

В связи с этим меняется характер протекания побочных процессов при карбонизации: мы предполагаем, что меняется соотношение скоростей разложения и испарения некоторых более летучих органических компонентов, благодаря чему удается получить углеродную основу с большим потенциалом для активации, чем при традиционном нагреве. Благодаря этому при использовании таких режимов после активации удалось получить более высокую удельную поверхность за счет появления большего числа пор с максимумом распределения по размерам, смещённым в область радиусов порядка единиц нанометров», – пояснил один из авторов статьи, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС Илья Кречетов.

SEM-изображения образца SP600 при различных величинах / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС

Высокая скорость нагрева и охлаждения достигается за счет того, что реактор с сырьем помещается в предварительно нагретую печь, и извлекается из печи для охлаждения, а не остывает вместе с ней. Это позволяет, к тому же, от двух до восьми раз сократить время получения готового материала.

дин из авторов статьи, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физической химии НИТУ МИСИС Илья Кречетов / ©Пресс-служба НИТУ МИСИС

«Мы в основном изучаем возможности использования углеродных материалов для создания электродов электрохимических суперконденсаторов. По сравнению с аккумуляторами, суперконденсаторы обеспечивают более быстрый заряд и разряд, высокий ресурс (более 100000 циклов заряда/разряда) и высокую удельную мощность. Они все чаще применяются в областях энергетики с прерывистым режимом работы, таких как солнечная энергия, энергия ветра и приливов. Недостатком суперконденсаторов, по сравнению с батареями, однако, является гораздо более низкая удельная энергия. Использование активированного угля с высокой пористостью для суперконденсаторов увеличивает удельную энергию и расширяет возможности их применения», — отметил Илья Кречетов.

Это исследование – один из шагов в работе по определению влияния различных режимов получения углеродного материала на характеристики электродов накопителей электрической энергии на основе электрохимических суперконденсаторов. В дальнейшем ученые продолжат поиск новых перспективных видов сырья и методов карбонизации и активации для получения таких материалов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет науки и технологий МИСИС — это ведущий вуз в области создания, внедрения и применения новых технологий и материалов; первый в стране, получивший статус «Национального исследовательского технологического университета». Первое место в России и ТОП-100 в мире в рейтинге QS Materials Science за 2023 год. В университете действуют 45 научно-исследовательских лабораторий и 3 научных центра мирового уровня. В состав НИТУ МИСИС входят 8 институтов, 4 филиала в России и 2 за рубежом.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

Позавчера, 15:47
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

7 часов назад
Андрей

Палеонтологи обнаружили нового рогатого динозавра на границе Канады и США — животное прозвали локицератопсом в честь бога Локи из скандинавских мифов. Однако факт, что это самостоятельный вид, будет оспариваться, потому что у локицератопса было исключительно много соседей. И судя по всему, в Северной Америке открыли еще далеко не всех динозавров.

Позавчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

20 июня
МПСУ

Эмоциональное выгорание ИТ-специалиста напрямую связано с его личностными характеристиками. С профессиональными перегрузками и стажем связи нет. К такому выводу пришли ученые МПСУ, которые исследовали ИТ-специалистов двух компаний. Жизнестойкость, то есть способность человека выдерживать стрессовые ситуации без снижения успешности деятельности, в совокупности с внутренней положительной мотивацией формируют иммунитет к эмоциональному выгоранию специалиста в ИТ-сфере. Блокаторами стали интерес к работе и профессиональная удовлетворенность.

Позавчера, 15:47
Александр Березин

Разные группы ученых предсказывали существование реликтовых гравитационных волн еще десятки лет назад. Однако, когда такое открытие в 2020-х годах действительно сделали, оказалось, что обнаруженные гравиволны несовместимы практически со всеми конкретными предсказаниями, кроме одного.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

Позавчера, 15:22
Nadya

Земля начала формироваться примерно 4,5 миллиарда лет назад. Чтобы понять, как это происходило в ранние периоды развития нашей планеты, ученые ищут образцы древних горных пород. Одну из таких, возрастом почти 3,5 миллиарда лет, обнаружили рядом с городом Колли в Австралии.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно